CN111558400A - 一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，属于催化剂载体技术领域，通过将外拱形多孔载体和内拱形多孔载体烧结成拱形结构，在外拱形多孔载体和内拱形多孔载体内交错分布第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层，采用催化剂与吸附凝胶注浆成型，易于捕捉反应物中的杂质，为催化剂提供接触反应空间，扩大反应物与催化剂接触的反应面积，同时在留有反应物导通空隙的前提下，也能够保障反应物在导通过程中能够流经内外分布的第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层处，此外，在分布扩散载体通道内设置多个催化剂负载层,催化剂负载层同样实现对反应物中的杂质进行吸附后催化反应，且多个催化剂负载层之间具有空隙，有效避免反应物导通堵塞。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂载体技术领域，更具体地说，涉及一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体。
背景技术
催化剂载体在催化反应过程中支持活性组分，使催化剂具有特定的物理形态，但是载体本身并不具有催化活性。传统的催化剂载体主要包括天然矿物类、吸附剂类、玻璃类、高分子聚合物类等，而多孔陶瓷类催化剂载体由于具有高比表面积、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀等优点，成为了近年来受到广泛关注的催化剂载体类型
现有技术中的催化剂载体的形状有片状、环形、球形和其它不规则形状。这些具有不同形状的催化剂载体都能够有效地吸附催化剂。催化剂的均匀、高分布性对反应物的吸附效果及其重要。现有技术中只是将催化剂层层铺设于催化剂载体上或层层填充于催化剂载体内，虽然其表面积增大，但由于催化剂的分布过于紧密，对反应物的流通性往往会造成一定的影响；此外现有技术中的催化剂载体对反应物的捕捉吸附性还有待提高。
为此，我们提出一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体来有效提高现有载体的使用效果。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，包括分布扩散载体通道和固定连接于分布扩散载体通道底端的反应物入口，所述分布扩散载体通道的上端两侧通过拱形承托板均固定连接有外拱形多孔载体，两个所述外拱形多孔载体的内部均设有带有封装板的内拱形多孔载体，所述分布扩散载体通道的左右两端均通过导气管分别与两个封装板的内底部相连通，所述外拱形多孔载体和内拱形多孔载体的内部沿其轴心方向分别开设有第一注浆通孔和第二注浆通孔，所述第一注浆通孔和第二注浆通孔内分别浇筑有第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层，且第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层内外交错分布设置，所述分布扩散载体通道的内部两侧均设有多个催化剂负载层，多个所述催化剂负载层不规格分布于载体通道的内部，且多个催化剂负载层将分布扩散载体通道内部分隔成多个空隙导流腔。
进一步的，所述外拱形多孔载体和内拱形多孔载体均为多孔陶瓷载体，所述多孔陶瓷载体由陶瓷纤维、造孔剂、生物碳混合配制烧结而成，所述造孔剂包括但不限于碳酸氢铵、碳酸钙、***钠中的一种或多种，将造孔剂加入原料中，经加热会释放出二氧化碳等气体，生成的气体从原料中溢出产生孔洞结构，同时外拱形多孔载体和内拱形多孔载体均为拱形结构，易于扩大反应物与催化剂接触的反应面积。
进一步的，所述第一催化剂浇筑层由第一催化剂和第一吸附凝胶混合浇筑而成，所述第二催化剂浇筑层由第二催化剂和第二吸附凝胶混合浇筑而成，所述第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层分别向第一注浆通孔、第二注浆通孔内注浆成型，外拱形多孔载体和内拱形多孔载体的内外套设分布，同时分别浇筑在外拱形多孔载体和内拱形多孔载体内的第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层内外交错分布，在留有反应物导通空隙的前提下，在一定程度上也能够保障反应物在导通过程中能够流经内外分布的第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层处，其内外分布间距可根据实际最佳导通情况而设定。
进一步的，所述封装板包括位于外拱形多孔载体底端面的封装底板，所述封装底板的上端两侧均固定连接有封装侧板，两个所述封装侧板对外拱形多孔载体的两侧端面固定衔接，所述导气管与封装底板的底端部相连通设置，实现将内拱形多孔载体和外拱形多孔载体的内部处于一个封闭状态，以实现反应物只能从外拱形多孔载体的上端面导出，有效扩大反应面积。
进一步的，所述分布扩散载体通道包括固定连接于反应物入口顶端上的下通道，所述下通道的内部开设有导流空腔，所述下通道的上端设有与其内部密封衔接的上盖板，两个所述导气管分别分布于下通道的左右两端顶端位置。
进一步的，所述上盖板的底端固定连接有嵌设板，所述下通道的底端部开设有与嵌设板位置相对应的嵌设槽，设置成上下拆装式，易于技术人员对催化剂负载层进行拆装以及更换。
进一步的，所述催化剂负载层包括固定衔接于导流空腔内的纤维骨架层，所述纤维骨架层的上下端面均通过粘结层固定粘结有第三催化剂，反应物通过反应物入口导入至分布扩散载体通道内，在流通的过程中与催化剂负载层相接触，催化剂负载层上的粘结层以及纤维骨架层均对反应物中的有害杂质进行吸附，而被吸附后的杂质足以能够与第三催化剂相接触而被催化反应。
进一步的，所述第三催化剂包括粘附于粘结层上的球状囊体，所述球状囊体内部注射填充有，所述球状囊体的外侧壁上设有多个延伸至其内部的纤维绒毛，为液态催化剂，在使用过程中，会随纤维绒毛慢慢向外渗透且能够均匀部分于纤维骨架层上，有效扩大纤维绒毛的分布面积，同时采用缓慢释放方式，易于提高催化的时效性。
一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体的制造方法，包括以下步骤：
S1、首先，技术人员将多孔陶瓷载体的原料置于聚合浮内进行高温反应，与此同时，可投放适量的纤维素，纤维素在聚合后形成稳定体系，可在多孔陶瓷载体内形成纤维聚合体，再经烧结形成拱桥状的外拱形多孔载体和内拱形多孔载体；
S2、对外拱形多孔载体和内拱形多孔载体进行开孔得到第一注浆通孔和第二注浆通孔，并分别向第一注浆通孔以及第二注浆通孔内浇筑第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层，得到多孔且拱形结构的载体材料，将外拱形多孔载体和内拱形多孔载体进行内外套设封装并与分布扩散载体通道进行衔接，技术人员事先在分布扩散载体通道内安装好多个不规格分布的催化剂负载层，分布扩散载体通道上端两侧处的导气管分别与多孔载体的底端部相连通，完成整个多孔陶瓷载体的拼接。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案通过将外拱形多孔载体和内拱形多孔载体烧结成拱形结构，在外拱形多孔载体和内拱形多孔载体内交错分布第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层，易于扩大反应物与催化剂接触的反应面积，同时在留有反应物导通空隙的前提下，在一定程度上也能够保障反应物在导通过程中能够流经内外分布的第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层处，而采用催化剂与吸附凝胶注浆成型，吸附凝胶将反应物中的杂质进行捕捉吸附，为催化剂提供接触反应空间，此外，在分布扩散载体通道内设置多个催化剂负载层,催化剂负载层同样实现对反应物中的杂质进行吸附后催化反应，且多个催化剂负载层之间具有空隙，有效避免反应物导通堵塞。
(2)外拱形多孔载体和内拱形多孔载体均为多孔陶瓷载体，多孔陶瓷载体由陶瓷纤维、造孔剂、生物碳混合配制烧结而成，造孔剂包括但不限于碳酸氢铵、碳酸钙、***钠中的一种或多种，将造孔剂加入原料中，经加热会释放出二氧化碳等气体，生成的气体从原料中溢出产生孔洞结构，同时外拱形多孔载体和内拱形多孔载体均为拱形结构，易于扩大反应物与催化剂接触的反应面积。
(3)第一催化剂浇筑层由第一催化剂和第一吸附凝胶混合浇筑而成，第二催化剂浇筑层由第二催化剂和第二吸附凝胶混合浇筑而成，第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层分别向第一注浆通孔、第二注浆通孔内注浆成型，外拱形多孔载体和内拱形多孔载体的内外套设分布，同时分别浇筑在外拱形多孔载体和内拱形多孔载体内的第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层内外交错分布，在留有反应物导通空隙的前提下，在一定程度上也能够保障反应物在导通过程中能够流经内外分布的第一催化剂浇筑层和第二催化剂浇筑层处，其内外分布间距可根据实际最佳导通情况而设定。
(4)催化剂负载层包括固定衔接于导流空腔内的纤维骨架层，纤维骨架层的上下端面均通过粘结层固定粘结有第三催化剂，反应物通过反应物入口导入至分布扩散载体通道内，在流通的过程中与催化剂负载层相接触，催化剂负载层上的粘结层以及纤维骨架层均对反应物中的有害杂质进行吸附，而被吸附后的杂质足以能够与第三催化剂相接触而被催化反应。
(5)第三催化剂包括粘附于粘结层上的球状囊体，球状囊体内部注射填充有，球状囊体的外侧壁上设有多个延伸至其内部的纤维绒毛，为液态催化剂，在使用过程中，会随纤维绒毛慢慢向外渗透且能够均匀部分于纤维骨架层上，有效扩大纤维绒毛的分布面积，同时采用缓慢释放方式，易于提高催化的时效性。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的内剖图；
图3为本发明的外拱形多孔载体和内拱形多孔载体浇筑前的立体图；
图4为本发明的外拱形多孔载体和内拱形多孔载体浇筑后的结构示意图；
图5为本发明的封装板处的立体图；
图6为本发明的分布扩散载体通道处的立体图；
图7为本发明的分布扩散载体通道处的***图；
图8为本发明的催化剂负载层处的立体图；
图9为本发明的第三催化剂处的内剖图。
图中标号说明：
1分布扩散载体通道、101下通道、102上盖板、103导气管、104嵌设板、2反应物入口、3外拱形多孔载体、301第一注浆通孔、4内拱形多孔载体、401第二注浆通孔、5拱形承托板、6第一催化剂浇筑层、601第一催化剂、602第一吸附凝胶、7第二催化剂浇筑层、701第二催化剂、702第二吸附凝胶、8催化剂负载层、801纤维骨架层、802第三催化剂、8021球状囊体、8022液态催化剂、8023纤维绒毛、803粘结层、9封装板、901封装底板、902封装侧板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-2，一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，包括和固定连接于分布扩散载体通道1底端的反应物入口2，分布扩散载体通道1的上端两侧通过拱形承托板5均固定连接有外拱形多孔载体3，分布扩散载体通道1和反应物入口2均采用拱形结构，反应物流通分布扩散载体通道1处，易于左右两端的分布运动，两个外拱形多孔载体3的内部均设有带有封装板9的内拱形多孔载体4，分布扩散载体通道1的左右两端均通过导气管103分别与两个封装板9的内底部相连通。
外拱形多孔载体3和内拱形多孔载体4均为多孔陶瓷载体，多孔陶瓷载体由陶瓷纤维、造孔剂、生物碳混合配制烧结而成，造孔剂包括但不限于碳酸氢铵、碳酸钙、***钠中的一种或多种，将造孔剂加入原料中，经加热会释放出二氧化碳等气体，生成的气体从原料中溢出产生孔洞结构，同时外拱形多孔载体3和内拱形多孔载体4均为拱形结构，易于扩大反应物与催化剂接触的反应面积。
请参阅图2-4，外拱形多孔载体3和内拱形多孔载体4的内部沿其轴心方向分别开设有第一注浆通孔301和第二注浆通孔401，第一注浆通孔301和第二注浆通孔401内分别浇筑有第一催化剂浇筑层6和第二催化剂浇筑层7，且第一催化剂浇筑层6和第二催化剂浇筑层7内外交错分布设置，第一催化剂浇筑层6由第一催化剂601和第一吸附凝胶602混合浇筑而成，第二催化剂浇筑层7由第二催化剂701和第二吸附凝胶702混合浇筑而成，第一催化剂601与第二催化剂701采用固体催化剂，技术人员可根据所处理的反应物来对催化剂的种类进行选择，第一催化剂浇筑层6和第二催化剂浇筑层7分别向第一注浆通孔301、第二注浆通孔401内注浆成型，外拱形多孔载体3和内拱形多孔载体4的内外套设分布，同时分别浇筑在外拱形多孔载体3和内拱形多孔载体4内的第一催化剂浇筑层6和第二催化剂浇筑层7内外交错分布，在留有反应物导通空隙的前提下，在一定程度上也能够保障反应物在导通过程中能够流经内外分布的第一催化剂浇筑层6和第二催化剂浇筑层7处，其内外分布间距可根据实际最佳导通情况而设定。
请参阅图图1和图5，此外，封装板9包括位于外拱形多孔载体3底端面的封装底板901，封装底板901的上端两侧均固定连接有封装侧板902，两个封装侧板902对外拱形多孔载体3的两侧端面固定衔接，导气管103与封装底板901的底端部相连通设置，实现将内拱形多孔载体4和外拱形多孔载体3的内部处于一个封闭状态，以实现反应物只能从外拱形多孔载体3的上端面导出，有效扩大反应面积。
请参阅图2和图6-7，分布扩散载体通道1的内部两侧均设有多个催化剂负载层8，多个催化剂负载层8不规格分布于载体通道1的内部，且多个催化剂负载层8将分布扩散载体通道1内部分隔成多个空隙导流腔，分布扩散载体通道1包括固定连接于反应物入口2顶端上的下通道101，下通道101的内部开设有导流空腔，下通道101的上端设有与其内部密封衔接的上盖板102，两个导气管103分别分布于下通道101的左右两端顶端位置，上盖板102的底端固定连接有嵌设板104，下通道101的底端部开设有与嵌设板104位置相对应的嵌设槽，设置成上下拆装式，易于技术人员对催化剂负载层8进行拆装以及更换。
请参阅图8-9，具体的，催化剂负载层8包括固定衔接于导流空腔内的纤维骨架层801，纤维骨架层801的上下端面均通过粘结层803固定粘结有第三催化剂8012，反应物通过反应物入口2导入至分布扩散载体通道1内，在流通的过程中与催化剂负载层8相接触，催化剂负载层8上的粘结层803以及纤维骨架层801均对反应物中的有害杂质进行吸附，而被吸附后的杂质足以能够与第三催化剂8012相接触而被催化反应。
第三催化剂8012包括粘附于粘结层803上的球状囊体8021，球状囊体8021内部注射填充有8022，球状囊体8021的外侧壁上设有多个延伸至其内部的纤维绒毛8023，8022为液态催化剂，在使用过程中，会随纤维绒毛8023慢慢向外渗透且能够均匀部分于纤维骨架层801上，有效扩大纤维绒毛8023的分布面积，同时采用缓慢释放方式，易于提高催化的时效性。
一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体的制造方法，包括以下步骤：
S1、首先，技术人员将多孔陶瓷载体的原料置于聚合浮内进行高温反应，与此同时，可投放适量的纤维素，纤维素在聚合后形成稳定体系，可在多孔陶瓷载体内形成纤维聚合体，再经烧结形成拱桥状的外拱形多孔载体3和内拱形多孔载体4；
S2、对外拱形多孔载体3和内拱形多孔载体4进行开孔得到第一注浆通孔301和第二注浆通孔401，并分别向第一注浆通孔301以及第二注浆通孔401内浇筑第一催化剂浇筑层6和第二催化剂浇筑层7，得到多孔且拱形结构的载体材料，将外拱形多孔载体3和内拱形多孔载体4进行内外套设封装并与分布扩散载体通道1进行衔接，技术人员事先在分布扩散载体通道1内安装好多个不规格分布的催化剂负载层8，分布扩散载体通道1上端两侧处的导气管103分别与多孔载体的底端部相连通，完成整个多孔陶瓷载体的拼接。
本发明中的所采用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，包括分布扩散载体通道(1)和固定连接于分布扩散载体通道(1)底端的反应物入口(2)，其特征在于：所述分布扩散载体通道(1)的上端两侧通过拱形承托板(5)均固定连接有外拱形多孔载体(3)，两个所述外拱形多孔载体(3)的内部均设有带有封装板(9)的内拱形多孔载体(4)，所述分布扩散载体通道(1)的左右两端均通过导气管(103)分别与两个封装板(9)的内底部相连通，所述外拱形多孔载体(3)和内拱形多孔载体(4)的内部沿其轴心方向分别开设有第一注浆通孔(301)和第二注浆通孔(401)，所述第一注浆通孔(301)和第二注浆通孔(401)内分别浇筑有第一催化剂浇筑层(6)和第二催化剂浇筑层(7)，且第一催化剂浇筑层(6)和第二催化剂浇筑层(7)内外交错分布设置，所述分布扩散载体通道(1)的内部两侧均设有多个催化剂负载层(8)，多个所述催化剂负载层(8)不规格分布于载体通道(1)的内部，且多个催化剂负载层(8)将分布扩散载体通道(1)内部分隔成多个空隙导流腔。
2.根据权利要求1所述的一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，其特征在于：所述外拱形多孔载体(3)和内拱形多孔载体(4)均为多孔陶瓷载体，所述多孔陶瓷载体由陶瓷纤维、造孔剂、生物碳混合配制烧结而成，所述造孔剂包括但不限于碳酸氢铵、碳酸钙、***钠中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，其特征在于：所述第一催化剂浇筑层(6)由第一催化剂(601)和第一吸附凝胶(602)混合浇筑而成，所述第二催化剂浇筑层(7)由第二催化剂(701)和第二吸附凝胶(702)混合浇筑而成，所述第一催化剂浇筑层(6)和第二催化剂浇筑层(7)分别向第一注浆通孔(301)、第二注浆通孔(401)内注浆成型。
4.根据权利要求1所述的一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，其特征在于：所述封装板(9)包括位于外拱形多孔载体(3)底端面的封装底板(901)，所述封装底板(901)的上端两侧均固定连接有封装侧板(902)，两个所述封装侧板(902)对外拱形多孔载体(3)的两侧端面固定衔接，所述导气管(103)与封装底板(901)的底端部相连通设置。
5.根据权利要求1所述的一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，其特征在于：所述分布扩散载体通道(1)包括固定连接于反应物入口(2)顶端上的下通道(101)，所述下通道(101)的内部开设有导流空腔，所述下通道(101)的上端设有与其内部密封衔接的上盖板(102)，两个所述导气管(103)分别分布于下通道(101)的左右两端顶端位置。
6.根据权利要求5所述的一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，其特征在于：所述上盖板(102)的底端固定连接有嵌设板(104)，所述下通道(101)的底端部开设有与嵌设板(104)位置相对应的嵌设槽。
7.根据权利要求6所述的一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，其特征在于：所述催化剂负载层(8)包括固定衔接于导流空腔内的纤维骨架层(801)，所述纤维骨架层(801)的上下端面均通过粘结层(803)固定粘结有第三催化剂(8012)。
8.根据权利要求7所述的一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体，其特征在于：所述第三催化剂(8012)包括粘附于粘结层(803)上的球状囊体(8021)，所述球状囊体(8021)内部注射填充有(8022)，所述球状囊体(8021)的外侧壁上设有多个延伸至其内部的纤维绒毛(8023)。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种高表面积的催化剂多孔陶瓷载体的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、首先，技术人员将多孔陶瓷载体的原料置于聚合浮内进行高温反应，与此同时，可投放适量的纤维素，纤维素在聚合后形成稳定体系，可在多孔陶瓷载体内形成纤维聚合体，再经烧结形成拱桥状的外拱形多孔载体(3)和内拱形多孔载体(4)；
S2、对外拱形多孔载体(3)和内拱形多孔载体(4)进行开孔得到第一注浆通孔(301)和第二注浆通孔(401)，并分别向第一注浆通孔(301)以及第二注浆通孔(401)内浇筑第一催化剂浇筑层(6)和第二催化剂浇筑层(7)，得到多孔且拱形结构的载体材料，将外拱形多孔载体(3)和内拱形多孔载体(4)进行内外套设封装并与分布扩散载体通道(1)进行衔接，技术人员事先在分布扩散载体通道(1)内安装好多个不规格分布的催化剂负载层(8)，分布扩散载体通道(1)上端两侧处的导气管(103)分别与多孔载体的底端部相连通，完成整个多孔陶瓷载体的拼接。
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