JP4435404B2

JP4435404B2 - Catalyst precursor automatic synthesizer and catalyst automatic synthesizer

Info

Publication number: JP4435404B2
Application number: JP2000366718A
Authority: JP
Inventors: 浩之矢野; 英範日名子
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP2002166160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多種多数の触媒前駆体及び該触媒前駆体を焼成することによって得られる触媒の自動合成を効率的に行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の物質を組み合わせて新規化合物を合成する場合、近年、コンビナトリアルケミストリー（コンビケム）という技術が採用されている。これは、組み合わせを利用して、組成などを系統的に変化させた数百、数千の化合物群を一度に作成し評価する技術である。コンビケム技術は医薬のスクリーニングから始まり、有機合成や錯体合成の分野、そして材料化学の分野にも急速に広まっており、特に超伝導体、磁性体、蛍光材料などの開発に威力を発揮している。
【０００３】
触媒の分野では、所望の性質を持つ触媒を探索する方法として、コンビケム技術の均一系触媒への応用が精力的に行われてきたが、最近、不均一系触媒である複合金属酸化物触媒に関しても、マスキング法、インクジェット法、水熱合成法、含浸法、ゾルゲル法、を用いた合成例が報告されている（Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，３８，４８３（１９９９）；Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８０，１７３５（１９９８）；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，３７，３３６９（１９９８）；Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｅｓ．，３５，４８０１（１９９６）；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，３８，２７９４（１９９９）；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，３８（１９９９））。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、複合金属酸化物触媒の触媒性能は原料成分の混ざり方に強く関係しており、同一の触媒原料を用いて同一の触媒組成で触媒又は触媒前駆体を調製しても、反応中や反応終了後の溶媒除去の際に触媒原料の混ざり方にムラが生じると、得られる複合金属酸化物触媒の触媒性能は、均一に触媒原料が混ざったものに比べて低くなることが多い。すなわち、触媒性能を高めるためには、触媒原料が均一に混合する触媒調製法が望ましい。
【０００５】
また、生成する結晶構造も触媒調製法によって異なり、同一の触媒原料を用いて同一の触媒組成で触媒又は触媒前駆体を調製しても、同一の触媒が必ずしも得られるとは限らず、従って、それぞれの触媒調製法の特徴を考慮して、目的に適った触媒調製法を選択することが、複合金属酸化物触媒の探索を行う際には非常に重要である。例えば、水熱合成法でのみ生成する結晶構造もあれば、含浸法で好ましい結晶構造を生成する触媒もある。すなわち、触媒探索を行うに当たっては、様々な調製法を用いて多角的に試みることが望ましい。
【０００６】
こうした複合金属酸化物触媒調製の特性を考慮すると、先に例示した調製法のみでは、効果的な触媒探索を行うには十分とは言えない。
【０００７】
水熱合成法は、ゼオライトや一部の複合金属酸化物触媒の調製に利用することができるが、特に複合金属酸化物触媒の調製に関しては限られた報告例しかなく、複合金属酸化物触媒の汎用的な調製法としては利用が困難である。
【０００８】
含浸法は、金属担持触媒など、少量の触媒成分を担体中に導入する場合には適した方法であるが、触媒成分含量が多い複合金属酸化物触媒に対しては、触媒原料の混ざり方にムラが生じたり、触媒原料の担体外へのはみ出しなどの問題があり、適切な調製法ではない。
【０００９】
ゾルゲル法は、触媒原料による制約、例えば、アルコキサイド法では触媒原料はアルコキサイドのみ、硝酸塩法では触媒原料は硝酸塩のみしか利用できないという制約がある。
【００１０】
また、アルコキサイド法で得られる微粒の沈殿物と溶媒部の分離は、サンプル数が少ない場合は、手作業での分離が実施可能であるが、自動合成工程の一環として大量のサンプルを処理しようとする場合は、沈殿物と溶媒部との分離を自動化することは容易ではない。また、溶媒部を分離できたとしても得られるのは微粒粉体であり、微粒粉体のまま触媒反応評価を行おうとすると、反応時に圧力損失を生じ、正確な触媒性能評価とはなり得ないという問題がある。一方、造粒によって粒径を増そうとすると、自動合成工程の一環として造粒工程を自動化することは容易ではない。また、単に触媒原料を溶媒中に混合し、混合液を加熱によって蒸発乾固によって溶媒を除去する方法も考えられるが、この場合、蒸発乾固によって得られた粉体は、攪拌下で蒸発乾固を行って得られた粉体であっても、極めて不均一な組成を有する粉体となり、これを焼成しても所望の複合金属酸化物触媒を得られないことが多い。さらに、溶媒を分離した後の粉体は様々な形態を有し、造粒を必要とするが、上記のように自動合成工程の一環として造粒工程を自動化するのは容易ではない。
【００１１】
マスキング法、インクジェット法は、次世代の複合金属酸化物触媒探索として最近、注目されつつあるが、構造や触媒性能の点で探索用に合成した触媒と実触媒との乖離が大きいため、これらの方法で適正なスクリーニングが実施できるかは分からないという問題がある。また、マスキング法、インクジェット法で得られる触媒は基板上のスポット式に配列されたライブラリーとして得られるため、そのままでは流通式の触媒性能評価装置に適用できないという制約や、そうした形態のために性能評価結果に大きい誤差が生じ易いという問題がある。
【００１２】
すなわち、触媒前駆体及び触媒のコンビケム的合成を行うにあたって、従来の技術では、触媒原料の制約、組成ムラをなくすための触媒原料の均一分散が困難であるということ、自動合成システムを構築する上でのボトルネックがあることなどの問題があり、多種多数の触媒前駆体を迅速且つ効率的に合成する方法はなく、それを実現する自動合成装置の開発が望まれていた。
【００１３】
本発明の目的は、多種多数の触媒原料を用いて、これらが均一に混ざった多種多数の触媒前駆体及び触媒を、迅速且つ効率的に自動合成する装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明者らは、触媒前駆体及び触媒自動合成装置について鋭意検討した結果、高温気流中に触媒原料を含む溶液や懸濁液などの液状物質を噴霧させて、液状物質の乾燥を瞬間的に行う噴霧乾燥を実施し、さらに粉体取りだし口に捕集容器と該捕集容器を載置できる捕集容器載置台を設置し、捕集容器と捕集容器設置台を所望の位置に移動制御させることによって、多種多様な原料に対応でき、組成ムラが小さく、且つ触媒性能評価を適切に行う上で必要な造粒ができ、またこれらの工程によって、触媒前駆体及び触媒合成の自動化を容易にできることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１５】
すなわち、本発明は、
（１）触媒原料液を蓄えることのできるベッセルが複数個配列された原料ブロックと、前記触媒原料液を混合させて触媒原料調合液として蓄えることのできるベッセルが複数個配列された反応ブロックと、前記原料ブロックから前記触媒原料液を前記反応ブロックへ分注する第１分注装置と、前記触媒原料調合液を噴霧乾燥して触媒前駆体を粉体として得るための噴霧乾燥装置と、前記反応ブロックから前記触媒原料調合液を前記噴霧乾燥装置へ供給する第２分注装置と、前記噴霧乾燥装置から粉体の触媒前駆体を取り出すための前記噴霧乾燥装置の開口部である粉体取り出し口から粉体の触媒前駆体を回収するための捕集容器と、該捕集容器を設置できる捕集容器載置台と、前記捕集容器及び前記捕集容器載置台のうちの少なくとも一方を三次元的に移動させる捕集容器移動装置と、を備えていることを特徴とする触媒前駆体自動合成装置、
（２）前記第１分注装置が、前記触媒原料液を吸入・吐出するための第１シリンジと、該第１シリンジを三次元的に移動させる第１シリンジ移動機構部と、前記触媒原料液の吸入・吐出の切換及び前記触媒原料液の吸入量・吐出量を制御可能な第１流量制御ポンプと、前記第１シリンジ移動機構部及び前記第１流量制御ポンプを作動制御する第１制御装置と、を備えていることを特徴とする（１）に記載の触媒前駆体自動合成装置、
（３）前記第２分注装置が、前記触媒原料調合液を吸入・吐出するための第２シリンジと、該第２シリンジを三次元的に移動させる第２シリンジ移動機構部と、前記触媒原料調合液の吸入・吐出の切換及び前記触媒原料調合液の吸入量・吐出量を制御可能な第２流量制御ポンプと、前記触媒原料調合液を前記噴霧乾燥装置へ供給するための触媒原料調合液供給ラインと、前記第２シリンジ移動機構部及び前記第２流量制御ポンプを作動制御する第２制御装置と、を備えていることを特徴とする（１）または（２）に記載の触媒前駆体自動合成装置、
（４）前記捕集容器移動装置が、前記捕集容器及び前記捕集容器載置台のうちの少なくとも一方を三次元的に移動させる捕集容器移動機構部と、該捕集容器移動機構部を作動制御する捕集容器移動制御装置と、を備えていることを特徴とする（１）から３のうちのいずれか１項に記載の触媒前駆体自動合成装置、
（５）前記噴霧乾燥装置が、遠心方式、二流体ノズル方式、高圧ノズル方式、のうちのいずれか１つによって前記触媒原料調合液の噴霧乾燥を行うことを特徴とする（１）から４のうちのいずれか１項に記載の触媒前駆体自動合成装置、
（６）前記噴霧乾燥装置が、ガス加熱ヒーターと、チャンバーと、サイクロンと、噴霧口と、温度調節器と、ガス送風装置又はガス吸引装置と、ガス排気装置と、のうちの少なくともいずれか一つを備えていることを特徴とする（１）から（５）のうちのいずれかに記載の触媒前駆体自動合成装置、
（７）前記噴霧乾燥装置の開口部である前記粉体取り出し口が、電磁式、ロック式、圧着式、ねじ込み式、のうちのいずれか１つによって前記捕集容器を着脱することができる着脱機構部を備えていることを特徴とする（１）から（６）のうちのいずれかに記載の触媒前駆体自動合成装置、
（８）前記噴霧乾燥装置がサイクロンを備え、該サイクロンの出口を前記粉体取り出し口として用いることを特徴とする（１）から（７）のうちのいずれかに記載の触媒前駆体自動合成装置、
（９）前記触媒原料液を蓄えることのできるベッセルが、内部に磁気攪拌子を備え、前記原料ブロックが、前記触媒原料液を蓄えることのできるベッセルを加熱するヒーターと、回転磁場を形成させて各ベッセル内の前記磁気攪拌子を回転させる原料液攪拌装置と、を備えていることを特徴とする（１）から（８）のうちのいずれかに記載の触媒前駆体自動合成装置、
（１０）前記触媒原料調合液を蓄えることのできるベッセルが、内部に磁気攪拌子を備え、前記反応ブロックが、前記触媒原料調合液を蓄えることのできるベッセルを加熱するヒーターと、回転磁場を形成させて各ベッセル内の前記磁気攪拌子を回転させる原料調合液攪拌装置と、を備えていることを特徴とする（１）から（９）のうちのいずれかに記載の触媒前駆体自動合成装置、
（１１）（１）から（１０）のうちのいずれかに記載された触媒前駆体自動合成装置と、該触媒前駆体自動合成装置によって得られた触媒前駆体を焼成することができる焼成装置と、を備えていることを特徴とする触媒自動合成装置、
を提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
【００１７】
まず始めに、本発明に係わる触媒前駆体自動合成装置の構成について説明する。図１は、本発明に係わる触媒前駆体自動合成装置の一実施形態を表す概念図である。
【００１８】
本発明の触媒前駆体自動合成装置は、触媒原料液を蓄えることのできるベッセル２１が複数個配列された原料ブロック２と、触媒原料液を混合させて触媒原料調合液として蓄えることのできるベッセル４１が複数個配列された反応ブロック４と、原料ブロック２から触媒原料液を反応ブロック４へ分注する第１分注装置３と、触媒原料調合液を噴霧乾燥するための噴霧乾燥装置６と、反応ブロック４から触媒原料調合液を噴霧乾燥装置６へ供給する第２分注装置５と、噴霧乾燥装置６の粉体取り出し口６８から粉体として得られる触媒前駆体を回収するための捕集容器７と、捕集容器７を設置できる捕集容器載置台８と、捕集容器７及び捕集容器載置台８のうちの少なくとも一方を所望の位置に移動させる捕集容器移動装置９と、を備えている。
【００１９】
また、本発明の触媒自動合成装置は、上記の触媒前駆体自動合成装置に加えて、触媒前駆体自動合成装置によって得られた触媒前駆体を焼成することができる焼成装置１０と、を備えている。焼成装置１０を用いて触媒前駆体を焼成することによって、所定の触媒とすることができる。
【００２０】
（原料ブロック）
触媒を一定温度に保ち、且つ均一にしておくために、ベッセル２１が内部に磁気攪拌子を備えていること、原料ブロック２が、触媒原料液を蓄えたベッセル２１を加熱するヒーター２２と、回転磁場を形成させて各ベッセル内の磁気攪拌子２３を回転させる原料液攪拌装置２４と、を備えていることが好ましい。
【００２１】
ヒーター２２は複数のベッセル毎にそれぞれ別個に作動装置を備えていてもよいし、全体で一つの作動装置を備えていてもよい。攪拌装置２４は複数のベッセル毎にそれぞれ別個に作動装置を備えていてもよいし、全体で一つの作動装置を備えていてもよい。ベッセル２１の数は、特定の数には限らないが、例えば数十から数百のベッセル数が例示される。ベッセル２１の配置は、マトリックス状であっても、同心円状であってもよい。触媒原料液は、触媒原料を溶媒に溶解させたもの、触媒原料を溶媒に懸濁させたもの、又は溶媒のみであってもよい。溶媒のみの触媒原料液は、反応ブロック４において他の触媒原料液と混合して濃度調整のために使用したり、そのままの状態で噴霧乾燥装置６の洗浄のために使用したりすることができる。
【００２２】
（反応ブロック）
触媒を一定温度に保ち、且つ均一にしておくために、４１ベッセルが内部に磁気攪拌子を備えていること、反応ブロック４が、触媒原料調合液を蓄えたベッセル４１を加熱するヒーター４２と、回転磁場を形成させて各ベッセル内の磁気攪拌子４３を回転させる原料調合液攪拌装置４４と、を備えていることが好ましい。
【００２３】
ヒーター４２は複数のベッセル毎にそれぞれ別個に作動装置を備えていてもよいし、全体で一つの作動装置を備えていてもよい。攪拌装置４４は複数のベッセル毎にそれぞれ別個に作動装置を備えていてもよいし、全体で一つの作動装置を備えていてもよい。ベッセル４１の数は、特定の数には限らないが、例えば９６個や２５６個といった数十から数百のベッセル数が例示される。ベッセル４１の配置は、マトリックス状であっても、同心円状であってもよい。
【００２４】
（分注装置）
第１分注装置３は、少なくとも、触媒原料液を吸入・吐出するための第１シリンジ３１と、第１シリンジ３１を三次元的に移動させる第１シリンジ移動機構部３２と、触媒原料液の吸入・吐出の切換及び触媒原料液の吸入量・吐出量を制御可能な第１流量制御ポンプ３３と、第１シリンジ移動機構部３２及び第１流量制御ポンプ３３を作動制御するための、作動条件の設定、作動手順の設定、吸入量・吐出量の設定、作動状況の表示、通信設定、装置メンテナンスなどを行うプログラムが組み込まれた第１制御装置３４と、を備えていることが好ましい。
【００２５】
このような構成によれば、第１制御装置３４からの指令信号に従って、第１シリンジ移動機構部３２と第１流量制御ポンプ３３が作動し、第１シリンジ３１が原料ブロック２に設置された所定位置のベッセル２１へ移動させられて所要量のベッセル２１内の触媒原料液を吸入したり、吸入した触媒原料液を反応ブロック４に設置された所定位置のベッセル４１へ移動させられてベッセル４１内へ吐出したりすることができる。
【００２６】
第１シリンジ移動機構部３２は、三次元的なマニピュレートが可能な機構であればとくに限定されないが、好ましい形態としては、水平方向の直交する２軸（ＸＹ軸）と垂直方向の１軸（Ｚ軸）との３軸方向移動機構や、水平方向を極座標的（Ｒθ）に、中心軸周りの回転とアームの伸縮で移動し、加えて垂直方向の１軸（Ｚ軸）の移動機構を持った形態などが挙げられる。
【００２７】
第１制御装置３４は、第１分注装置３の内部に内蔵された内蔵型演算装置であってもよいし、第１分注装置３に外部から接続された汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
【００２８】
また、本実施形態の装置の場合、複数個あるベッセル２１内の触媒原料が共通の第１分注装置３によって吸入・吐出される形態であるが、それぞれの触媒原料液がそれぞれ別の複数個の第１分注装置３によって吸入・吐出される形態であってもよい。
【００２９】
第２分注装置５は、少なくとも、触媒原料調合液を吸入・吐出するための第２シリンジ５１と、第２シリンジ５１を三次元的に移動させる第２シリンジ移動機構部５２と、触媒原料調合液の吸入・吐出の切換及び触媒原料調合液の吸入量・吐出量を制御可能な第２流量制御ポンプ５３と、触媒原料液を噴霧乾燥装置６へ供給するための触媒原料調合液供給ライン５４と、第２シリンジ移動機構部５２及び第２流量制御ポンプ５３を作動制御するための、作動条件の設定、作動手順の設定、吸入量・吐出量の設定、作動状況の表示、通信設定、装置メンテナンスなどを行うプログラムが組み込まれた第２制御装置５５と、を備えていることが好ましい。
【００３０】
このような構成によれば、第２制御装置５５からの指令信号に従って、第２シリンジ移動機構部５２と第２流量制御ポンプ５３が作動し、第２シリンジ５１が反応ブロック４に設置された所定位置のベッセル４１へ移動させられて所要量のベッセル４１内の触媒原料調合液を吸入したり、吸入した触媒原料調合液を触媒原料調合液供給ライン５４を通じて噴霧乾燥装置６へ供給することができる。
【００３１】
第２シリンジ移動機構部３２は、三次元的なマニピュレートが可能な機構であればとくに限定されないが、好ましい形態としては、水平方向の直交する２軸（ＸＹ軸）と垂直方向の１軸（Ｚ軸）との３軸方向移動機構や、水平方向を極座標的（Ｒθ）に、中心軸周りの回転とアームの伸縮で移動し、加えて垂直方向の１軸（Ｚ軸）の移動機構を持った形態などが挙げられる。
【００３２】
第２制御装置５５は、第２分注装置５の内部に内蔵された内蔵型演算装置であってもよいし、第２分注装置５に外部から接続された汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
【００３３】
また、本実施形態の装置の場合、複数個あるベッセル４１内の触媒原料調合液が共通の第２分注装置５によって吸入・吐出される形態であるが、それぞれの触媒原料調合液がそれぞれ別の複数個の第２分注装置５によって吸入・吐出される形態であってもよい。
【００３４】
（噴霧乾燥装置）
噴霧乾燥装置６は、ガス加熱ヒーター６１、チャンバー６２、サイクロン６３、噴霧口６４、温度調節器６５、ガス送風装置６６、ガス排気装置６７、粉体取り出し口６８の少なくともいずれか一つを備えていることが好ましい。
【００３５】
このような構成によれば、ガス送風装置６６によってガス加熱ヒーター６１に乾燥用ガスが供給されて加熱され、第２分注装置５によって供給された触媒原料調合液が噴霧口６４で噴霧化され、加熱されたガスによって噴霧化された触媒原料調合液中の水分がチャンバー６２内で蒸発して、サイクロン６３によって粉体取り出し口６８へ排出されて、粉体として触媒前駆体を得ることができる。
【００３６】
乾燥用のガスとしては空気や窒素を用いることが好ましい。また、ガス送風装置６６は、ガス加熱ヒーター６１に乾燥用ガスを供給するために外部からガスを吸引する、ガス吸引装置でも良い。
【００３７】
噴霧乾燥の方式としては、遠心方式、二流体ノズル方式、高圧ノズル方式、等が好ましく用いられる。
【００３８】
（粉体取り出し口）
粉体取り出し口６８は捕集容器７を着脱するために、電磁式、ロック式、ねじ込み式のいずれかの着脱機構部６９を備えていることが好ましい。
【００３９】
着脱機構部６９が電磁式の場合、着脱機構部６９を作動制御する着脱機構部作動制御装置（不図示）を備えていることが好ましい。着脱機構部作動制御装置は作動条件の設定、作動手順の設定、作動状況の表示などを行うプログラムが組み込まれている。着脱機構部６９が電磁式の場合には、着脱機構部６９は電流を流すことによって磁化する性質の金属から作られている。着脱機構部６９に電流を流すことにより、磁場が発生し、捕集容器７に常磁性金属を用いることにより、着脱機構部６９と捕集容器７を密着させることができ、電流を遮断することで着脱機構部６９から捕集容器７を脱離させることができる。
【００４０】
着脱機構部６９がロック式の場合、着脱機構部６９には爪がついており、捕集容器７に窪みなどをつけることにより、着脱機構部６９から捕集容器７を着脱させることができる。
【００４１】
着脱機構部６９がねじ込み式の場合、着脱機構部６９にはねじがついており、捕集容器７にねじをつけることにより、着脱機構部６９から捕集容器７を着脱させることができる。
【００４２】
着脱機構部６９が圧着式の場合、着脱機構部６９は捕集容器７の上面と密着できる形状を有しており、着脱機構部６９から捕集容器７を着脱させることができる。着脱機構部６９が圧着式の場合、着脱機構部６９又は捕集容器７にパッキンを備えていることが好ましい。
【００４３】
また、粉体取り出し口６８は、サイクロン６３の出口であることが好ましい。
【００４４】
（捕集容器）
捕集容器７は、触媒前駆体を回収することのできるベッセルである。
【００４５】
着脱機構部６９が電磁式の場合、捕集容器７に常磁性金属からなるものとする。着脱機構部６９がロック式の場合、捕集容器７には窪みなどを備えているものとする。着脱機構部６９がねじ込み式の場合、捕集容器７にはねじを備えているものとする。着脱機構部６９が圧着式の場合、捕集容器７の上面が着脱機構部６９と密着できる形態を有しているものとする。
【００４６】
捕集容器７の数は、特定の数には限らないが、例えば９６個や２５６個といった数十から数百のベッセル数が例示され、ベッセル４１と同数程度であることが好ましい。捕集容器７の配置は、マトリックス状であっても、同心円状であってもよい。
【００４７】
（捕集容器載置台）
捕集容器載置台８は、粉体取りだし口６８から採取される触媒前駆体を回収するための捕集容器７が複数個配列されたラック又はプレートである。
【００４８】
（捕集容器移動装置）
捕集容器移動装置９は、捕集容器７及び捕集容器載置台８のうちの少なくとも一方を三次元的に移動できる捕集容器移動機構部９１と、捕集容器移動機構部９１を作動制御するための、作動条件の設定、作動手順の設定、作動状況の表示、通信設定、装置メンテナンスなどを行うプログラムが組み込まれた捕集容器移動制御装置９２を備えていることが好ましい。
【００４９】
このような構成によれば、捕集容器移動制御装置９２からの指令信号に従って、捕集容器移動機構部９１が作動し、捕集容器７及び捕集容器載置台８のうちの少なくとも一方を粉体取り出し口６８へ移動させて所要量の乾燥粉体を採取することができる。
【００５０】
本実施形態における捕集容器移動装置９は、捕集容器移動機構部９１に汎用のロボットアームを用いることによって、捕集容器７のみを三次元的に移動させるものでもよいし、捕集容器設置台８を三次元的に移動させるものであってもよい。
【００５１】
捕集容器移動機構部９１は、三次元的なマニピュレートが可能な機構であればとくに限定されないが、好ましい形態としては、水平方向の直交する２軸（ＸＹ軸）と垂直方向の１軸（Ｚ軸）との３軸方向移動機構や、水平方向を極座標的（Ｒθ）に、中心軸周りの回転とアームの伸縮で移動し、加えて垂直方向の１軸（Ｚ軸）の移動機構を持った形態などが挙げられる。
【００５２】
捕集容器移動制御装置９２は、捕集容器移動装置９内部に内蔵された内蔵型演算装置であってもよいし、捕集容器移動装置９に外部から接続された汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
【００５３】
また、着脱機構部６９と捕集容器移動機構部９１は、着脱機構部６９と捕集容器移動機構部９１を連動作動させるプログラムを、前記の不図示の着脱機構部作動制御装置と捕集容器移動制御装置９２に組み込むことで、着脱機構部６９と捕集容器移動機構部９１を連動作動させてもよい。
【００５４】
（焼成装置）
本発明の触媒自動合成装置が備える焼成装置１０は、捕集容器７に蓄えられた触媒前駆体を焼成するために、少なくも焼成炉と加熱制御装置と焼成用ガス供給装置を備えていることが好ましい。
【００５５】
焼成用ガスは、空気であっても、実質的に酸素を含まない不活性ガスであってもよい。焼成温度、焼成時間及び焼成ガスは、目的とする触媒の性状によって、任意に変えることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明にかかる触媒前駆体及び触媒自動合成装置は、高温気流中に触媒原料を含む溶液や懸濁液などの液状物質を噴霧させて、液状物質の乾燥を瞬間的に行う噴霧乾燥を実施し、さらに粉体取り出し口に捕集容器と該捕集容器を載置できる捕集容器載置台を設置し、捕集容器と捕集容器設置台を所望の位置に移動制御させることによって複数の容器のそれぞれに製造された異なる種類の触媒前駆体を蓄えることができる。
【００５７】
本発明のこのような構成の装置によって、多種多様な原料に対応でき、組成ムラが小さく、且つ触媒性能評価を適切に行う上で必要な造粒ができ、またこれらの工程によって、触媒原料が均一に混ざった触媒前駆体を迅速且つ効率的に自動合成し、さらにはこの触媒前駆体を焼成することによって触媒を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る触媒前駆体自動合成装置及び触媒自動合成装置の一実施形態を表す概念図である。
【符号の説明】
２原料ブロック
３第１分注装置
４反応ブロック
５第２分注装置
６噴霧乾燥装置
７捕集容器
８捕集容器載置台
９捕集容器移動装置
１０焼成装置
２１ベッセル
２２ヒーター
２３磁気攪拌子
２４原料液攪拌装置
３１第１シリンジ
３２第１シリンジ移動機構部
３３第１流量制御ポンプ
３４第１制御装置
４１ベッセル
４２ヒーター
４３磁気攪拌子
４４原料調合液攪拌装置
５１第２シリンジ
５２第２シリンジ移動機構部
５３第２流量制御ポンプ
５４触媒原料調合液供給ライン
５５第２制御装置
６１ガス加熱ヒーター
６２チャンバー
６３サイクロン
６４噴霧口
６５温度調節器
６６ガス送風装置
６７ガス排気装置
６８粉体取り出し口
６９着脱機構部
９１捕集容器移動機構部
９２捕集容器移動制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a large number of catalyst precursors and an apparatus for efficiently performing automatic synthesis of a catalyst obtained by calcining the catalyst precursor.
[0002]
[Prior art]
In the case of synthesizing a new compound by combining a plurality of substances, a technique called combinatorial chemistry (combchem) has recently been adopted. This is a technique that uses a combination to create and evaluate hundreds or thousands of compound groups whose composition has been systematically changed. Combichem technology starts with medical screening, and is rapidly spreading to the fields of organic synthesis and complex synthesis, and material chemistry, and is particularly effective in the development of superconductors, magnetic materials, fluorescent materials, etc. .
[0003]
In the field of catalysts, combichem technology has been vigorously applied to homogeneous catalysts as a method for searching for catalysts having desired properties. Recently, composite metal oxide catalysts that are heterogeneous catalysts have been used. Also, synthesis examples using a masking method, an inkjet method, a hydrothermal synthesis method, an impregnation method, and a sol-gel method have been reported (Angew. Chem. Int. Ed., 38, 483 (1999); Science, 280, 1735 (1998); Angew.Chem.Int.Ed., 37,3369 (1998); Ind.Eng.Chem.Es., 35,4801 (1996); Angew.Chem.Int.Ed., 38,2794 ( 1999); Angew.Chem.Int.Ed., 38 (1999)).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the catalytic performance of the composite metal oxide catalyst is strongly related to how the raw material components are mixed. Even if the catalyst or catalyst precursor is prepared with the same catalyst composition using the same catalyst raw material, the catalyst performance during the reaction or reaction If unevenness occurs in how the catalyst raw materials are mixed when the solvent is removed after the completion, the resulting composite metal oxide catalyst often has a lower catalytic performance than that obtained by uniformly mixing the catalyst raw materials. That is, in order to improve catalyst performance, a catalyst preparation method in which catalyst raw materials are uniformly mixed is desirable.
[0005]
In addition, the crystal structure to be produced varies depending on the catalyst preparation method, and even if a catalyst or a catalyst precursor is prepared with the same catalyst composition using the same catalyst raw material, the same catalyst is not always obtained. It is very important when searching for a composite metal oxide catalyst to select a catalyst preparation method suitable for the purpose in consideration of the characteristics of each catalyst preparation method. For example, some crystal structures are produced only by the hydrothermal synthesis method, and other catalysts produce a preferred crystal structure by the impregnation method. In other words, it is desirable to try variously using various preparation methods when searching for a catalyst.
[0006]
Considering such characteristics of the composite metal oxide catalyst preparation, the preparation method exemplified above alone is not sufficient for effective catalyst search.
[0007]
Hydrothermal synthesis can be used for the preparation of zeolites and some composite metal oxide catalysts, but there are only limited reports on the preparation of composite metal oxide catalysts. It is difficult to use as a general-purpose preparation method.
[0008]
The impregnation method is suitable when a small amount of a catalyst component such as a metal-supported catalyst is introduced into the support. However, for a composite metal oxide catalyst having a high catalyst component content, the method of mixing the catalyst raw materials There are problems such as unevenness and protrusion of the catalyst raw material to the outside of the carrier, which is not an appropriate preparation method.
[0009]
The sol-gel method has a limitation due to the catalyst raw material, for example, the alkoxide method can use only alkoxide as the catalyst raw material, and the nitrate method can use only nitrate as the catalyst raw material.
[0010]
In addition, the separation of fine precipitates obtained from the alkoxide method and the solvent part can be performed manually if the number of samples is small, but an attempt is made to process a large amount of samples as part of the automated synthesis process. In that case, it is not easy to automate the separation of the precipitate and the solvent part. In addition, even if the solvent part can be separated, it is fine powder that can be obtained. If an attempt is made to evaluate the catalytic reaction with the fine powder, pressure loss will occur during the reaction, and accurate catalyst performance evaluation cannot be achieved. There is a problem. On the other hand, when trying to increase the particle size by granulation, it is not easy to automate the granulation process as part of the automatic synthesis process. A method of simply mixing the catalyst raw material in a solvent and removing the solvent by evaporating to dryness by heating the mixed solution is also conceivable. In this case, the powder obtained by evaporating to dryness is evaporated to dryness with stirring. Even if the powder is obtained by solidifying, it becomes a powder having a very non-uniform composition, and it is often impossible to obtain a desired composite metal oxide catalyst even if it is calcined. Furthermore, although the powder after separating the solvent has various forms and requires granulation, as described above, it is not easy to automate the granulation process as part of the automatic synthesis process.
[0011]
The masking method and ink-jet method have recently been attracting attention as a search for next-generation composite metal oxide catalysts, but there is a large discrepancy between the catalyst synthesized for search and the actual catalyst in terms of structure and catalyst performance. There is a problem that it is not known whether proper screening can be performed by this method. In addition, since the catalyst obtained by the masking method and ink-jet method is obtained as a library arranged in a spot format on the substrate, it cannot be applied to a flow-through type catalyst performance evaluation device as it is, and performance due to such a configuration. There is a problem that a large error is likely to occur in the evaluation result.
[0012]
In other words, in the conventional synthesis of the catalyst precursor and the catalyst, it is difficult to uniformly distribute the catalyst raw material in order to eliminate the restrictions on the catalyst raw material and the composition unevenness in the conventional technology, and in constructing an automatic synthesis system. However, there is no method for quickly and efficiently synthesizing a large number of catalyst precursors, and it has been desired to develop an automatic synthesizer that realizes the method.
[0013]
An object of the present invention is to provide an apparatus for automatically and quickly and efficiently synthesizing a large number of catalyst precursors and catalysts in which a large number of catalyst raw materials are uniformly mixed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have intensively studied the catalyst precursor and the catalyst automatic synthesizer, and as a result, sprayed a liquid substance such as a solution or suspension containing the catalyst raw material in a high-temperature air stream to form a liquid. Spray drying is performed to instantaneously dry the substance, and a collection container and a collection container mounting table on which the collection container can be placed are installed at the powder outlet, and the collection container and the collection container installation table By controlling the movement of the catalyst to a desired position, it is possible to cope with a wide variety of raw materials, the composition unevenness is small, and the granulation necessary for appropriately performing the catalyst performance evaluation can be performed. And it discovered that automation of a catalyst synthesis | combination could be performed easily and came to complete this invention.
[0015]
That is, the present invention
(1) A raw material block in which a plurality of vessels capable of storing a catalyst raw material liquid are arranged, and a reaction block in which a plurality of vessels capable of storing the catalyst raw material liquid and stored as a catalyst raw material preparation liquid are arranged, A first dispensing device for dispensing the catalyst raw material liquid from the raw material block to the reaction block; a spray drying device for spray-drying the catalyst raw material preparation liquid to obtain a catalyst precursor as powder; and the reaction A second dispensing device for supplying the catalyst raw material preparation liquid from the block to the spray drying device; and a powder takeout port which is an opening of the spray drying device for taking out the powder catalyst precursor from the spray drying device. A collection container for recovering the catalyst precursor in powder form, a collection container mounting table on which the collection container can be installed, and at least one of the collection container and the collection container mounting table. Catalyst precursor automated synthesizer, characterized in that it comprises a collecting container moving device for moving dimensionally, and
(2) The first dispensing device includes a first syringe for sucking and discharging the catalyst raw material liquid, a first syringe moving mechanism for moving the first syringe three-dimensionally, and the catalyst raw material liquid A first flow rate control pump capable of switching suction / discharge of the catalyst and controlling a suction amount / discharge amount of the catalyst raw material liquid, and a first control device for controlling the operation of the first syringe moving mechanism and the first flow rate control pump. The catalyst precursor automatic synthesizer according to (1), characterized by comprising:
(3) The second dispensing device includes a second syringe for sucking and discharging the catalyst raw material preparation liquid, a second syringe moving mechanism for moving the second syringe three-dimensionally, and the catalyst raw material A second flow rate control pump capable of controlling suction / discharge switching of the preparation liquid and a suction / discharge amount of the catalyst raw material preparation liquid, and a catalyst raw material preparation liquid for supplying the catalyst raw material preparation liquid to the spray drying device The catalyst precursor according to (1) or (2), further comprising: a supply line; and a second control device that controls the second syringe moving mechanism and the second flow rate control pump. Automatic synthesizer,
(4) The collection container moving device includes a collection container movement mechanism that three-dimensionally moves at least one of the collection container and the collection container mounting table, and the collection container movement mechanism. A catalyst container automatic synthesizer according to any one of (1) to 3, characterized by comprising a collection container movement control device for controlling operation;
(5) The spray drying apparatus performs spray drying of the catalyst raw material preparation liquid by any one of a centrifugal method, a two-fluid nozzle method, and a high-pressure nozzle method. The catalyst precursor automatic synthesizer according to any one of the above,
(6) The spray drying device is at least one of a gas heater, a chamber, a cyclone, a spray port, a temperature controller, a gas blowing device or a gas suction device, and a gas exhaust device. The catalyst precursor automatic synthesizer according to any one of (1) to (5), characterized in that
(7) The attachment / detachment capable of attaching / detaching the collection container by any one of an electromagnetic type, a lock type, a pressure bonding type, and a screw type, so that the powder take-out port which is an opening of the spray drying apparatus. The catalyst precursor automatic synthesizer according to any one of (1) to (6), comprising a mechanism part;
(8) The catalyst precursor automatic synthesizer according to any one of (1) to (7), wherein the spray drying apparatus includes a cyclone, and an outlet of the cyclone is used as the powder take-out port. ,
(9) The vessel capable of storing the catalyst raw material liquid includes a magnetic stirrer inside, and the raw material block forms a rotating magnetic field with a heater for heating the vessel capable of storing the catalyst raw material liquid. A catalyst precursor automatic synthesizing apparatus according to any one of (1) to (8), characterized by comprising: a raw material liquid stirring device that rotates the magnetic stirring bar in each vessel;
(10) The vessel capable of storing the catalyst raw material preparation liquid includes a magnetic stirrer inside, and the reaction block forms a rotating magnetic field with a heater for heating the vessel capable of storing the catalyst raw material preparation liquid The catalyst precursor automatic synthesizer according to any one of (1) to (9), further comprising: a raw material mixture agitator that rotates the magnetic stirrer in each vessel ,
(11) The catalyst precursor automatic synthesizer described in any one of (1) to (10), and a calcination apparatus capable of calcination of the catalyst precursor obtained by the catalyst precursor automatic synthesizer A catalyst automatic synthesizer characterized by comprising:
Is to provide.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
[0017]
First, the configuration of the catalyst precursor automatic synthesis apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an automatic catalyst precursor synthesis apparatus according to the present invention.
[0018]
The catalyst precursor automatic synthesizer of the present invention includes a raw material block 2 in which a plurality of vessels 21 that can store a catalyst raw material liquid are arranged, and a vessel 41 that can be mixed and stored as a catalyst raw material mixture by mixing the catalyst raw material liquid. , A first dispensing device 3 for dispensing the catalyst raw material liquid from the raw material block 2 to the reaction block 4, a spray drying device 6 for spray drying the catalyst raw material preparation liquid, The second dispensing device 5 for supplying the catalyst raw material preparation liquid from the reaction block 4 to the spray drying device 6 and the collection for recovering the catalyst precursor obtained as a powder from the powder outlet 68 of the spray drying device 6 A container 7, a collection container mounting table 8 on which the collection container 7 can be installed, a collection container moving device 9 that moves at least one of the collection container 7 and the collection container mounting table 8 to a desired position, Has .
[0019]
Moreover, the catalyst automatic synthesizer of the present invention includes, in addition to the catalyst precursor automatic synthesizer described above, a calcination device 10 that can calcinate the catalyst precursor obtained by the catalyst precursor automatic synthesizer. Yes. By calcining the catalyst precursor using the calcining apparatus 10, a predetermined catalyst can be obtained.
[0020]
(Raw material block)
In order to keep the catalyst at a constant temperature and uniform, the vessel 21 is provided with a magnetic stirrer inside, the raw material block 2 is rotated with a heater 22 for heating the vessel 21 storing the catalyst raw material liquid, It is preferable to include a raw material liquid stirring device 24 that forms a magnetic field and rotates the magnetic stirring bar 23 in each vessel.
[0021]
The heater 22 may be provided with an operating device separately for each of the plurality of vessels, or may be provided with one operating device as a whole. The stirring device 24 may be provided with an operating device separately for each of the plurality of vessels, or may be provided with one operating device as a whole. Although the number of the vessels 21 is not limited to a specific number, for example, tens to hundreds of vessels are exemplified. The arrangement of the vessel 21 may be a matrix or a concentric circle. The catalyst raw material liquid may be one obtained by dissolving the catalyst raw material in a solvent, one obtained by suspending the catalyst raw material in the solvent, or only the solvent. The catalyst raw material liquid containing only the solvent can be mixed with other catalyst raw material liquids in the reaction block 4 and used for adjusting the concentration, or can be used for washing the spray drying apparatus 6 as it is. .
[0022]
(Reaction block)
In order to keep the catalyst at a constant temperature and uniform, the 41 vessel has a magnetic stirrer inside, the reaction block 4 has a heater 42 for heating the vessel 41 storing the catalyst raw material preparation liquid, It is preferable to include a raw material preparation liquid stirring device 44 that rotates the magnetic stirring bar 43 in each vessel by forming a rotating magnetic field.
[0023]
The heater 42 may include an operating device for each of the plurality of vessels, or may include a single operating device as a whole. The stirring device 44 may be provided with an operating device separately for each of the plurality of vessels, or may be provided with one operating device as a whole. Although the number of the vessels 41 is not limited to a specific number, for example, tens to hundreds of vessels such as 96 pieces or 256 pieces are exemplified. The arrangement of the vessel 41 may be a matrix or a concentric circle.
[0024]
(Dispensing device)
The first dispensing device 3 includes at least a first syringe 31 for sucking and discharging the catalyst raw material liquid, a first syringe moving mechanism 32 for moving the first syringe 31 three-dimensionally, and a catalyst raw material liquid Operating conditions for controlling the operation of the first flow rate control pump 33, the first syringe moving mechanism 32, and the first flow rate control pump 33 that can control the switching of the suction and discharge and the suction amount and discharge amount of the catalyst raw material liquid. And a first control device 34 in which a program for setting operation procedures, setting suction / discharge amounts, displaying operation status, communication settings, device maintenance, and the like is incorporated.
[0025]
According to such a configuration, in accordance with a command signal from the first control device 34, the first syringe moving mechanism unit 32 and the first flow rate control pump 33 are operated, and the first syringe 31 is installed in the raw material block 2. The required amount of catalyst raw material liquid in the vessel 21 is sucked into the vessel 21 at the position, or the sucked catalyst raw material liquid is moved to the vessel 41 at a predetermined position installed in the reaction block 4 to move into the vessel 41. Can be discharged.
[0026]
The first syringe moving mechanism unit 32 is not particularly limited as long as it is a mechanism capable of three-dimensional manipulation, but as a preferred form, two orthogonal axes in the horizontal direction (XY axis) and one axis in the vertical direction (Z 3 axis direction movement mechanism with the axis), horizontal movement in polar coordinates (Rθ), moving around the central axis by the expansion and contraction of the arm, plus a vertical axis movement mechanism (Z axis) The form etc. are mentioned.
[0027]
The first control device 34 may be a built-in arithmetic device built in the first dispensing device 3 or a general-purpose personal computer connected to the first dispensing device 3 from the outside. Good.
[0028]
Further, in the case of the apparatus of the present embodiment, a plurality of catalyst raw materials in the vessel 21 are sucked and discharged by the common first dispensing device 3, but each of the catalyst raw material liquids has a different plurality. The first dispensing device 3 may be inhaled and discharged.
[0029]
The second dispensing device 5 includes at least a second syringe 51 for sucking and discharging the catalyst raw material preparation liquid, a second syringe moving mechanism 52 for moving the second syringe 51 three-dimensionally, and catalyst raw material preparation A second flow rate control pump 53 capable of switching the suction / discharge of the liquid and controlling the suction amount / discharge amount of the catalyst raw material preparation liquid, and a catalyst raw material preparation liquid supply line 54 for supplying the catalyst raw material liquid to the spray drying device 6. And setting of operating conditions, setting of operating procedures, setting of intake and discharge amounts, display of operating status, communication settings, and devices for controlling the operation of the second syringe moving mechanism 52 and the second flow rate control pump 53 It is preferable to include a second control device 55 in which a program for performing maintenance or the like is incorporated.
[0030]
According to such a configuration, the second syringe moving mechanism 52 and the second flow rate control pump 53 operate according to the command signal from the second control device 55, and the second syringe 51 is installed in the reaction block 4. It is moved to the vessel 41 at the position, and a required amount of the catalyst raw material preparation liquid in the vessel 41 can be sucked, or the sucked catalyst raw material preparation liquid can be supplied to the spray drying device 6 through the catalyst raw material preparation liquid supply line 54. .
[0031]
The second syringe moving mechanism section 32 is not particularly limited as long as it is a mechanism capable of three-dimensional manipulation. However, as a preferred form, two axes that are orthogonal in the horizontal direction (XY axis) and one axis that is vertical (Z 3 axis direction movement mechanism with the axis), horizontal movement in polar coordinates (Rθ), moving around the central axis by the expansion and contraction of the arm, plus a vertical axis movement mechanism (Z axis) The form etc. are mentioned.
[0032]
The second control device 55 may be a built-in arithmetic device built in the second dispensing device 5 or a general-purpose personal computer connected to the second dispensing device 5 from the outside. Good.
[0033]
In the case of the apparatus of the present embodiment, the catalyst raw material preparation liquid in the plurality of vessels 41 is sucked and discharged by the common second dispensing device 5. The plurality of second dispensing devices 5 may be used for inhalation / discharge.
[0034]
(Spray dryer)
The spray drying device 6 includes at least one of a gas heater 61, a chamber 62, a cyclone 63, a spray port 64, a temperature controller 65, a gas blower 66, a gas exhaust device 67, and a powder takeout port 68. Preferably it is.
[0035]
According to such a configuration, the gas blowing device 66 supplies and heats the drying gas to the gas heater 61, and the catalyst raw material preparation solution supplied by the second dispensing device 5 is atomized at the spray port 64. The water in the catalyst raw material preparation liquid atomized by the heated gas evaporates in the chamber 62 and is discharged to the powder take-out port 68 by the cyclone 63 to obtain the catalyst precursor as powder. .
[0036]
Air or nitrogen is preferably used as the drying gas. Further, the gas blower 66 may be a gas suction device that sucks gas from the outside in order to supply the drying gas to the gas heater 61.
[0037]
As the spray drying method, a centrifugal method, a two-fluid nozzle method, a high-pressure nozzle method, or the like is preferably used.
[0038]
(Powder removal port)
It is preferable that the powder take-out port 68 includes an attaching / detaching mechanism portion 69 of any one of an electromagnetic type, a lock type, and a screw type in order to attach and detach the collection container 7.
[0039]
In the case where the attachment / detachment mechanism 69 is electromagnetic, it is preferable to include an attachment / detachment mechanism operation control device (not shown) that controls the attachment / detachment mechanism 69. The attachment / detachment mechanism operation control device incorporates a program for setting operation conditions, setting operation procedures, displaying operation status, and the like. When the attachment / detachment mechanism portion 69 is electromagnetic, the attachment / detachment mechanism portion 69 is made of a metal having a property of being magnetized by passing an electric current. By applying a current to the attachment / detachment mechanism 69, a magnetic field is generated, and by using a paramagnetic metal for the collection container 7, the attachment / detachment mechanism 69 and the collection container 7 can be brought into close contact with each other, and the current is interrupted. Thus, the collection container 7 can be detached from the attachment / detachment mechanism 69.
[0040]
When the attachment / detachment mechanism portion 69 is a lock type, the attachment / detachment mechanism portion 69 has a claw, and the collection container 7 can be attached / detached from the attachment / detachment mechanism portion 69 by adding a dent or the like to the collection container 7.
[0041]
When the attachment / detachment mechanism portion 69 is screwed, the attachment / detachment mechanism portion 69 is screwed, and the collection container 7 can be detached from the attachment / detachment mechanism portion 69 by attaching the screw to the collection container 7.
[0042]
When the attachment / detachment mechanism portion 69 is a pressure bonding type, the attachment / detachment mechanism portion 69 has a shape that can be in close contact with the upper surface of the collection container 7, and the collection container 7 can be attached / detached from the attachment / detachment mechanism portion 69. When the attachment / detachment mechanism portion 69 is a pressure bonding type, it is preferable that the attachment / detachment mechanism portion 69 or the collection container 7 includes a packing.
[0043]
Moreover, it is preferable that the powder take-out port 68 is an outlet of the cyclone 63.
[0044]
(Collection container)
The collection container 7 is a vessel that can recover the catalyst precursor.
[0045]
When the attaching / detaching mechanism 69 is electromagnetic, the collection container 7 is made of a paramagnetic metal. When the attachment / detachment mechanism 69 is a lock type, it is assumed that the collection container 7 is provided with a depression or the like. When the attaching / detaching mechanism 69 is a screw-in type, the collection container 7 is provided with a screw. When the attachment / detachment mechanism portion 69 is a pressure bonding type, it is assumed that the upper surface of the collection container 7 has a form capable of being in close contact with the attachment / detachment mechanism portion 69.
[0046]
Although the number of collection containers 7 is not limited to a specific number, for example, the number of vessels of several tens to several hundreds such as 96 or 256 is exemplified, and is preferably about the same as the number of vessels 41. The collection container 7 may be arranged in a matrix or a concentric circle.
[0047]
(Collection container mounting table)
The collection container mounting table 8 is a rack or plate in which a plurality of collection containers 7 for collecting the catalyst precursor collected from the powder extraction port 68 are arranged.
[0048]
(Collection container moving device)
The collection container moving device 9 controls the operation of the collection container movement mechanism 91 and the collection container movement mechanism 91 that can move at least one of the collection container 7 and the collection container mounting table 8 three-dimensionally. It is preferable to include a collection container movement control device 92 in which a program for setting operation conditions, setting operation procedures, displaying operation status, communication settings, device maintenance, and the like is incorporated.
[0049]
According to such a configuration, according to the command signal from the collection container movement control device 92, the collection container movement mechanism 91 operates, and at least one of the collection container 7 and the collection container mounting table 8 is powdered. A required amount of dry powder can be collected by moving to the body outlet 68.
[0050]
The collection container moving device 9 in the present embodiment may move only the collection container 7 in a three-dimensional manner by using a general-purpose robot arm for the collection container movement mechanism 91, or may be installed in the collection container. The table 8 may be moved three-dimensionally.
[0051]
The collection container moving mechanism 91 is not particularly limited as long as it is a mechanism capable of three-dimensional manipulation, but as a preferred form, two orthogonal axes in the horizontal direction (XY axis) and one axis in the vertical direction (Z 3 axis direction movement mechanism with the axis), horizontal movement in polar coordinates (Rθ), moving around the central axis by the expansion and contraction of the arm, plus a vertical axis movement mechanism (Z axis) The form etc. are mentioned.
[0052]
The collection container movement control device 92 may be a built-in arithmetic device built in the collection container movement device 9 or a general-purpose personal computer connected to the collection container movement device 9 from the outside. Also good.
[0053]
In addition, the attachment / detachment mechanism unit 69 and the collection container moving mechanism unit 91 are configured to execute a program for operating the attachment / detachment mechanism unit 69 and the collection container movement mechanism unit 91 in conjunction with each other. By incorporating it into the movement control device 92, the attaching / detaching mechanism portion 69 and the collection container moving mechanism portion 91 may be operated in conjunction with each other.
[0054]
(Baking device)
The calcining device 10 included in the automatic catalyst synthesis device of the present invention includes at least a calcining furnace, a heating control device, and a calcining gas supply device in order to calcine the catalyst precursor stored in the collection container 7. Is preferred.
[0055]
The firing gas may be air or an inert gas substantially free of oxygen. The firing temperature, firing time, and firing gas can be arbitrarily changed depending on the properties of the target catalyst.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, the catalyst precursor and the catalyst automatic synthesizer according to the present invention spray a liquid material such as a solution or suspension containing the catalyst raw material in a high-temperature air stream, and instantaneously dry the liquid material. In addition, a collection container and a collection container mounting table on which the collection container can be placed are installed at the powder outlet, and the collection container and the collection container installation table are moved to desired positions. By controlling, different types of catalyst precursors produced in each of the plurality of containers can be stored.
[0057]
With the apparatus having such a configuration of the present invention, it is possible to cope with a wide variety of raw materials, the composition unevenness is small, and granulation necessary for appropriately performing the catalyst performance evaluation can be performed. A catalyst can be obtained by automatically synthesizing a homogeneously mixed catalyst precursor quickly and efficiently, and further by calcining the catalyst precursor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an automatic catalyst precursor synthesizer and an automatic catalyst synthesizer according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 Raw material block
3 First dispensing device
4 reaction blocks
5 Second dispensing device
6 Spray dryer
7 Collection container
8 Collection container mounting table
9 Collection container moving device
10 Firing equipment
21 Vessel
22 Heater
23 Magnetic Stir Bar
24 Raw material liquid stirring device
31 First syringe
32 1st syringe moving mechanism part
33 First flow control pump
34 First controller
41 Vessel
42 Heater
43 Magnetic Stir Bar
44 Raw material mixture agitator
51 Second syringe
52 Second syringe moving mechanism
53 Second flow control pump
54 Catalyst raw material preparation liquid supply line
55 Second controller
61 Gas heater
62 Chamber
63 Cyclone
64 Spraying mouth
65 Temperature controller
66 Gas blower
67 Gas exhaust system
68 Powder outlet
69 Detachment mechanism
91 Collection container moving mechanism
92 Collection container movement control device

Claims

触媒原料液を蓄えることのできるベッセルが複数個配列された原料ブロックと、前記触媒原料液を混合させて触媒原料調合液として蓄えることのできるベッセルが複数個配列された反応ブロックと、前記原料ブロックから前記触媒原料液を前記反応ブロックへ分注する第１分注装置と、前記触媒原料調合液を噴霧乾燥して触媒前駆体を粉体として得るための噴霧乾燥装置と、前記反応ブロックから前記触媒原料調合液を前記噴霧乾燥装置へ供給する第２分注装置と、前記噴霧乾燥装置から粉体の触媒前駆体を取り出すための前記噴霧乾燥装置の開口部である粉体取り出し口から粉体の触媒前駆体を回収するための捕集容器と、該捕集容器を設置できる捕集容器載置台と、前記捕集容器及び前記捕集容器載置台のうちの少なくとも一方を三次元的に移動させる捕集容器移動装置と、を備えていることを特徴とする触媒前駆体自動合成装置。A raw material block in which a plurality of vessels capable of storing a catalyst raw material liquid are arranged, a reaction block in which a plurality of vessels in which the catalyst raw material liquid can be mixed and stored as a catalyst raw material preparation liquid, and the raw material block A first dispensing device for dispensing the catalyst raw material liquid to the reaction block, a spray drying device for spray-drying the catalyst raw material preparation liquid to obtain a catalyst precursor as a powder, and the reaction block from the A second dispensing device for supplying the catalyst raw material preparation liquid to the spray drying device; and a powder from a powder take-out port which is an opening of the spray drying device for taking out the powder catalyst precursor from the spray drying device. A collection container for recovering the catalyst precursor, a collection container mounting table on which the collection container can be installed, and at least one of the collection container and the collection container mounting table in three dimensions Catalyst precursor automated synthesizer, characterized in that it comprises a and a collecting container moving device for moving the.

前記第１分注装置が、前記触媒原料液を吸入・吐出するための第１シリンジと、該第１シリンジを三次元的に移動させる第１シリンジ移動機構部と、前記触媒原料液の吸入・吐出の切換及び前記触媒原料液の吸入量・吐出量を制御可能な第１流量制御ポンプと、前記第１シリンジ移動機構部及び前記第１流量制御ポンプを作動制御する第１制御装置と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の触媒前駆体自動合成装置。The first dispensing device includes a first syringe for sucking and discharging the catalyst raw material liquid, a first syringe moving mechanism for moving the first syringe three-dimensionally, A first flow rate control pump capable of controlling discharge switching and a suction / discharge amount of the catalyst raw material liquid; and a first control device for controlling the operation of the first syringe moving mechanism and the first flow rate control pump. The catalyst precursor automatic synthesizer according to claim 1, wherein the catalyst precursor automatic synthesizer is provided.

前記第２分注装置が、前記触媒原料調合液を吸入・吐出するための第２シリンジと、該第２シリンジを三次元的に移動させる第２シリンジ移動機構部と、前記触媒原料調合液の吸入・吐出の切換及び前記触媒原料調合液の吸入量・吐出量を制御可能な第２流量制御ポンプと、前記触媒原料調合液を前記噴霧乾燥装置へ供給するための触媒原料調合液供給ラインと、前記第２シリンジ移動機構部及び前記第２流量制御ポンプを作動制御する第２制御装置と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒前駆体自動合成装置。The second dispensing device includes a second syringe for sucking and discharging the catalyst raw material preparation liquid, a second syringe moving mechanism for moving the second syringe three-dimensionally, and the catalyst raw material preparation liquid. A second flow rate control pump capable of controlling suction / discharge switching and a suction / discharge amount of the catalyst raw material preparation liquid; and a catalyst raw material preparation liquid supply line for supplying the catalyst raw material preparation liquid to the spray drying device; The catalyst precursor automatic synthesizing device according to claim 1, further comprising: a second control device that controls the second syringe moving mechanism and the second flow rate control pump.

前記捕集容器移動装置が、前記捕集容器及び前記捕集容器載置台のうちの少なくとも一方を三次元的に移動させる捕集容器移動機構部と、該捕集容器移動機構部を作動制御する捕集容器移動制御装置と、を備えていることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の触媒前駆体自動合成装置。The collection container moving device controls the operation of the collection container moving mechanism and a collection container moving mechanism that moves at least one of the collection container and the collection container mounting table in a three-dimensional manner. The catalyst precursor automatic synthesizing device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a collection container movement control device.

前記噴霧乾燥装置が、遠心方式、二流体ノズル方式、高圧ノズル方式、のうちのいずれか１つによって前記触媒原料調合液の噴霧乾燥を行うことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の触媒前駆体自動合成装置。5. The spray drying apparatus according to claim 1, wherein the spray drying apparatus performs spray drying of the catalyst raw material mixture by any one of a centrifugal method, a two-fluid nozzle method, and a high-pressure nozzle method. The catalyst precursor automatic synthesizer according to claim 1.

前記噴霧乾燥装置が、ガス加熱ヒーターと、チャンバーと、サイクロンと、噴霧口と、温度調節器と、ガス送風装置又はガス吸引装置と、ガス排気装置と、を備えていることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の触媒前駆体自動合成装置。The spray drying device includes a gas heater, a chamber, a cyclone, a spray port, a temperature controller, a gas blower or a gas suction device, and a gas exhaust device. Item 6. The catalyst precursor automatic synthesizer according to any one of Items 1 to 5.

前記噴霧乾燥装置の開口部である前記粉体取り出し口が、電磁式、ロック式、圧着式、ねじ込み式、のうちのいずれか１つによって前記捕集容器を着脱することができる着脱機構部を備えていることを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の触媒前駆体自動合成装置。An attachment / detachment mechanism part capable of attaching / detaching the collection container by any one of an electromagnetic type, a lock type, a pressure bonding type, and a screw type, wherein the powder take-out port which is an opening part of the spray drying device is provided. The catalyst precursor automatic synthesizer according to any one of claims 1 to 6, wherein the catalyst precursor automatic synthesizer is provided.

前記噴霧乾燥装置がサイクロンを備え、該サイクロンの出口を前記粉体取り出し口として用いることを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の触媒前駆体自動合成装置。The catalyst precursor automatic synthesizer according to any one of claims 1 to 7, wherein the spray-drying device includes a cyclone, and an outlet of the cyclone is used as the powder take-out port.

前記触媒原料液を蓄えることのできるベッセルが、内部に磁気攪拌子を備え、前記原料ブロックが、前記触媒原料液を蓄えることのできるベッセルを加熱するヒーターと、回転磁場を形成させて各ベッセル内の前記磁気攪拌子を回転させる原料液攪拌装置と、を備えていることを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか１項に記載の触媒前駆体自動合成装置。The vessel that can store the catalyst raw material liquid includes a magnetic stirrer inside, and the raw material block forms a rotating magnetic field in each vessel by heating the vessel that can store the catalyst raw material liquid. The catalyst precursor automatic synthesizing device according to claim 1, further comprising: a raw material stirring device that rotates the magnetic stirring bar.

前記触媒原料調合液を蓄えることのできるベッセルが、内部に磁気攪拌子を備え、前記反応ブロックが、前記触媒原料調合液を蓄えることのできるベッセルを加熱するヒーターと、回転磁場を形成させて各ベッセル内の前記磁気攪拌子を回転させる原料調合液攪拌装置と、を備えていることを特徴とする請求項１から９のうちのいずれか１項に記載の触媒前駆体自動合成装置。The vessel capable of storing the catalyst raw material preparation liquid has a magnetic stirrer inside, and the reaction block forms a rotating magnetic field with a heater for heating the vessel capable of storing the catalyst raw material preparation liquid. The catalyst precursor automatic synthesizer according to any one of claims 1 to 9, further comprising: a raw material mixture agitator that rotates the magnetic agitator in the vessel.

請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載された触媒前駆体自動合成装置と、該触媒前駆体自動合成装置によって得られた触媒前駆体を焼成することができる焼成装置と、を備えていることを特徴とする触媒自動合成装置。An automatic catalyst precursor synthesis device according to any one of claims 1 to 10, and a calcining device capable of calcining the catalyst precursor obtained by the automatic catalyst precursor synthesis device. An automatic catalyst synthesizer characterized by comprising: