一種金屬板式微通道反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
本發(fā)明涉及一種新型壁載化金屬板式微通道反應(yīng)器的制造方法，尤其是應(yīng)用于強(qiáng)放熱氣固催化反應(yīng)過(guò)程的新型微通道反應(yīng)器。
[0002]技術(shù)背景
微通道反應(yīng)器是指通過(guò)微加工和精密加工技術(shù)制造的微型反應(yīng)系統(tǒng)，微流體通道尺寸一般在亞微米到亞毫米量級(jí)。微通道反應(yīng)器應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程具有常規(guī)反應(yīng)器所不及的優(yōu)點(diǎn):如反應(yīng)器體積小、比表面積大、傳熱傳質(zhì)性能良好、生產(chǎn)彈性大、過(guò)程安全且易于控制、易于集成與放大、適于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)等。
[0003]目前應(yīng)用于制作微通道反應(yīng)器的微加工技術(shù)主要有:單晶材料的整體微加工技術(shù)，低壓等離子體或離子束干式刻蝕法，光刻、電鑄和塑模結(jié)合的工藝(LIGA工藝)，微模塑技術(shù)，玻璃的濕式化學(xué)刻蝕、銑、削、鋸、模壓、沖孔和鉆孔等精加工技術(shù)，金屬薄片的各向同性濕式化學(xué)刻蝕，微電火加工技術(shù)(EDM)和激光燒蝕技術(shù)等。
[0004]雖然微通道反應(yīng)器具有上述許多優(yōu)點(diǎn)，但是由于其反應(yīng)流體通道極其微小，微通道壁上催化層的制備已成為制約微通道技術(shù)在反應(yīng)器中應(yīng)用的重要因素。和常規(guī)反應(yīng)器的催化劑的利用方式不同，微通道反應(yīng)器難以把催化劑作為填充物進(jìn)行利用，同時(shí)為了充分利用微通道在化學(xué)反應(yīng)中快速高效的優(yōu)點(diǎn)、避免催化劑顆粒分布不均可能引起的反應(yīng)器局部過(guò)熱和反應(yīng)物流動(dòng)不均等現(xiàn)象，催化劑必須均勻且牢靠的負(fù)載于微通道內(nèi)壁上。目前可用于微通道表面的催化層制備技術(shù)主要有:物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、噴涂法、復(fù)合鍍、浸漬或沉淀法、溶膠凝膠法、陽(yáng)極氧化法等。
[0005]陽(yáng)極氧化法被認(rèn)為是很有發(fā)展?jié)摿Φ奈⑼ǖ来呋瘜又苽浞椒?。其基本原理是在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐?，將金屬制品作為?yáng)極，通以陽(yáng)極電流，使其表面氧化得到一層氧化膜的表面處理方法。其包括金屬的溶解、離子在溶液中的迀移和電極放電以及氧化(成膜)等步驟。金屬通過(guò)陽(yáng)極氧化法處理后在其表面生成的具有大比表面積的納米金屬氧化物層即可作為催化劑的載體。
[0006]通常的催化劑負(fù)載方法是通過(guò)浸漬法實(shí)現(xiàn)活性組分負(fù)載，但該方法雖然簡(jiǎn)單，但負(fù)載的催化劑容易出現(xiàn)分布不均。而一般閥金屬通過(guò)陽(yáng)極氧化后得到的金屬氧化物如Ti02、Zr02等通常具有較好的光催性能，因此可通過(guò)光催化還原沉積的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬催化劑活性組分在陽(yáng)極氧化所得納米金屬氧化物層內(nèi)的負(fù)載。
[0007]強(qiáng)放熱反應(yīng)過(guò)程由于會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放出大量的熱量，從而導(dǎo)致反應(yīng)器極易出現(xiàn)熱點(diǎn)以及有效產(chǎn)物選擇性下降等一系列嚴(yán)重后果。以金屬板制作壁載化金屬板式微通道反應(yīng)器，微通道反應(yīng)器能提供快速混合，催化劑壁載化能減小流動(dòng)阻力，金屬壁面能及時(shí)導(dǎo)出熱量，反應(yīng)溫度可實(shí)現(xiàn)精確控制，消除局部過(guò)熱，顯著提高反應(yīng)的收率和選擇性。從而提高生產(chǎn)安全性、減少副產(chǎn)物并提高生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]
本發(fā)明的目的是提供一種新型壁載化金屬板式微通道反應(yīng)器的制造方法，尤其是應(yīng)用于強(qiáng)放熱氣固催化反應(yīng)過(guò)程的新型壁載化金屬板式微通道反應(yīng)器的制備技術(shù)。利用陽(yáng)極氧化法和光催化還原沉積法將催化劑活性組分負(fù)載于壁面，減小反應(yīng)器流動(dòng)阻力，避免催化劑活性組分流失;利用金屬片作為微通道反應(yīng)器壁面，傳熱性能好，強(qiáng)放熱反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)區(qū)域接近恒溫;反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率和選擇性均有提升。
[0009]本發(fā)明的關(guān)鍵在于通過(guò)陽(yáng)極氧化的方法在金屬片表面制備多孔金屬氧化物層作為壁載化催化劑層載體，通過(guò)光催化還原沉積的方法將貴金屬催化劑活性成分負(fù)載于陽(yáng)極氧化法制備的多孔金屬氧化物層載體上。
[0010]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案如下:
1.將寬度為1-100011，長(zhǎng)度為1-100011，厚度為0.05-11111]1的鈦或媽或鐵或錯(cuò)或鉬或銅金屬板以砂紙打磨進(jìn)行物理拋光處理，待金屬表面光亮后依次用丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水進(jìn)行超聲清洗，清洗后的金屬板用氮?dú)獯蹈桑?br> 2.將經(jīng)拋光處理的金屬板作為陽(yáng)極，以鉑電極或石墨電極為陰極，放入0.001-1OM濃度的含氟溶液或硫酸溶液或草酸溶液或氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，陽(yáng)極氧化時(shí)間為1-180分鐘，陽(yáng)極氧化電壓為1-100V;
3.將完成陽(yáng)極氧化的金屬板以去離子水沖洗3-5次，60-100°C下烘干，烘干后金屬板置于馬弗爐或管式爐中在空氣氣氛下于300-650°C進(jìn)行退火處理；
4.將退火后的金屬板放入盛有前驅(qū)體溶液容器中，按計(jì)量加入1-100ml的空穴捕獲劑，以汞燈或氙燈為光源或直接置于太陽(yáng)光下照射一定時(shí)間，即可將催化劑活性成分鉑或鈀或銠或釕或銅或鎳或銀或金負(fù)載于金屬板上，得到壁載化催化劑金屬板；
5.將相同尺寸的金屬板采用線切割或刻蝕的方法在金屬板上加工得到有特定形狀微通道的微通道金屬板，通道為單通道或平行多通道，通道截面為矩形或半圓形或弧形或三角形或梯形，截面尺寸范圍為0.05-lmm，通道為直線通道或波浪形通道或折線通道或正弦形通道，通道長(zhǎng)度為0.5-500cm ；
6.將相同尺寸的金屬板采用線切割或刻蝕或鉆孔的方法在金屬板上加工得到有尺寸為0.05-lmm的進(jìn)出開(kāi)孔的蓋板金屬板；
7.將加工好的微通道金屬板和蓋板金屬板以砂紙打磨進(jìn)行物理拋光處理，然后依次用丙酮、無(wú)水乙醇以及去離子水進(jìn)行超聲處理后烘干，烘干后的微通道金屬板和蓋板金屬板置于馬弗爐或管式爐中，在空氣氣氛下700°C高溫?zé)崽幚?小時(shí)，以在其表面生成一層致密的氧化物薄膜作為保護(hù)；
8.將壁載化催化劑金屬板，有特定形狀微通道的微通道金屬板和有進(jìn)出開(kāi)孔的蓋板金屬板三層疊合，構(gòu)成微通道反應(yīng)器單元，由該微通道反應(yīng)器單元通過(guò)并聯(lián)或串聯(lián)組合后經(jīng)機(jī)械密封構(gòu)成完整的壁載化金屬板式微通道反應(yīng)器；
本技術(shù)發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:
1.微通道反應(yīng)器制作工藝簡(jiǎn)單，微通道尺寸可控，微通道反應(yīng)器裝配拆卸和催化劑及微通道更換更改均十分方便；
2.壁載化催化劑比表面積大，負(fù)載均勻，負(fù)載量小，該負(fù)載方式下催化劑機(jī)械強(qiáng)度高，不易脫落，催化性能穩(wěn)定； 3.微通道反應(yīng)器性能穩(wěn)定，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性均好；
4.微通道反應(yīng)器傳熱性能好，無(wú)熱點(diǎn)發(fā)生，反應(yīng)區(qū)域接近恒溫;流動(dòng)阻力小，流體通過(guò)微通道壓力降只有填充式微通道的30%;
5.該方法能將催化劑有效成分均勻的負(fù)載于載體上。
【附圖說(shuō)明】
[0011]
附圖1為微通道反應(yīng)器單元結(jié)構(gòu)示意圖其中，1:催化劑板;2:微通