制备球形催化剂珠粒的设备和方法专利检索-微件软件组件软件包软件计算机系统电脑零配件专利检索查询-专利查询网

制备球形催化剂珠粒的设备和方法

阅读：320发布：2024-01-11

专利汇可以提供制备球形催化剂珠粒的设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请公开了用于制备均匀球形珠粒的设备和方法。具体地，通过以下方法制备均匀球形珠粒：将液滴滴在液滴滚动装置表面上，使液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒，并通过珠粒收集器来收集珠粒。，下面是制备球形催化剂珠粒的设备和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种由液体悬浮液制备球形珠粒的设备，包括：
液滴产生装置，所述液滴产生装置用于产生液滴；
液滴滚动装置，所述液滴滚动装置包括超疏性涂层；以及
珠粒收集器，
其中，所述液滴在到达所述珠粒收集器之前从所述液滴滚动装置表面的一个点移动到另一个点。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴产生装置包括流体贮存器和枪头；
所述液滴的大小通过调节所述液滴产生装置中的液体悬浮液的体积来调节。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴滚动装置相对水平面是倾斜的；
优选地，所述液滴滚动装置与水平面之间的角度为0度至90度之间。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴滚动装置还包括至少一个加热元件；
所述液滴滚动装置被加热到约80℃至约120℃之间的温度。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述超疏性涂层是超疏水涂层和/或超疏油涂层；
所述超疏性涂层具有超疏水性和/或超疏油性，并且具有热稳定性和耐久性。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述珠粒收集器包括超疏性涂层；
所述珠粒收集器还包括至少一个加热元件。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，
所述珠粒收集器包括的超疏性涂层是超疏水涂层和/或超疏油涂层；
所述珠粒收集器包括的超疏性涂层是超疏水和/或超疏油、且热稳定和耐久的。
8.一种由液体悬浮液制备球形珠粒的方法，包括：
提供液体悬浮液的液滴；
将所述液滴滴在液滴滚动装置表面的一个点上，其中，所述液滴滚动装置包括超疏性涂层；
通过将在所述液滴滚动装置表面上的所述液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒；
以及
通过珠粒收集器收集所述珠粒。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述滚动步骤还包括加热所述液滴滚动装置；
将所述液滴滚动装置加热到80℃至120℃之间的温度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述珠粒收集器加热到80℃至120℃之间的温度；
所述珠粒的平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述超疏性涂层是超疏水涂层和/或超疏油涂层；
所述超疏性涂层是超疏水和/或超疏油、且热稳定和耐久的。

说明书全文

制备球形催化剂珠粒的设备和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及均匀球形催化剂珠粒的制备，更具体地涉及利用超疏性涂层制备均匀球形珠粒的设备和方法。

背景技术

[0002] 珠粒形成材料通常是水溶胶，或含二氧化硅、氧化铝或二氧化硅-氧化铝的浆料。珠粒通常是用作催化剂、催化剂载体或基质、吸附剂或离子交换材料的金属氧化物。通常，诸如气体液化的催化过程需要用催化剂材料覆盖的大表面积的反应器。均匀球形催化剂珠粒具有提供可以发生化学反应的大表面积的潜力。因此，在催化过程中需要均匀球形催化剂。

[0003] 球形催化剂珠粒具有许多优于其它形状的优点，因为它们允许均匀填充，从而使压降的变化最小化，并且增加了反应物流通过床与催化剂有效接触的趋势，其用于移动床系统，产生了更好的流动性。

[0004] 至少有六种不同的用于产生球形催化剂珠粒的技术(破碎、喷雾干燥、造粒、压片、挤出、油滴)。由液体方法制备的常用方法中的两种称为喷雾干燥和油滴法。

[0005] 美国专利号125,406中描述的喷雾干燥技术将粉末悬浮在水中，产生浆料，该浆料通过喷嘴喷射以产生小液滴的颗粒，进入热空气干燥。然而这种技术适用于直径小于1mm的颗粒，它不适用于尺寸约为1mm至13mm的大尺寸颗粒。

[0006] 油滴法(美国专利2,620,314)将少量可控量的催化剂溶液如氧化铝水溶胶与内部胶凝剂(六亚甲基四胺)一起滴入热油浴中。热油浴由重油或轻油组成，并且包含在柱或盘中。由于液滴主要由水组成，因此它不溶于油，并形成球体。然后水凝胶球体被吸引到油浴的底部并逐渐胶凝以保持球体的结构完整性。然后水凝胶球在热油中老化，然后洗涤、干燥并且在425℃至750℃的温度下煅烧。液滴在浸入油中之前是不规则形状的；非均匀尺寸的颗粒，并且由于表面张力的作用而仅在热油浴中呈现球形。由该方法制备的球形催化剂珠粒通常是不均匀的，尺寸小。

[0007] 美国专利号4,628,040公开了油滴浴的替代方案，除去了油浴，并使用毛细管、文丘里管和不混溶的流体如气体或油来制备均匀球形催化剂珠粒。通过将毛细管的末端放置在文丘里管的喉部处来产生均匀的金属/非金属氧化物浆料液滴。不混溶的流体流过文丘里管并将液滴从毛细管的末端分离，产生均匀的球形液滴，其被硬化成球形珠粒。

[0008] 还有其他专利已经对这些技术进行了改进(US 6,797,203)，这些技术将含水陶瓷浆料流入喷嘴枪头，喷嘴枪头浸入水不混溶流体中，以产生球形珠粒。美国专利号8,256,091使用具有精确尺寸的球形室腔的筛板，其中一定体积尺寸的液体悬浮液与流体一起释放到室中，该流体可将整个球形液体悬浮液排出到环境中以进行进一步改性，例如硬化。但是，没有使用超双疏性涂层板生成球形珠粒。超双疏性用于描述对高表面和低表面张力液体(油)均排斥的表面。

发明内容

[0009] 本发明的一方面涉及一种由液体悬浮液制备球形珠粒的设备，包括：液滴产生装置，所述液滴产生装置用于产生液滴；液滴滚动装置，所述液滴滚动装置表面包括超疏性涂层；以及珠粒收集器。所述液滴滚动装置和所述珠粒收集器被定位成使得所述液滴在到达所述珠粒收集器之前从所述液滴滚动装置的一个点移动到另一个点。优选地，所述超疏性涂层是超疏水性涂层和/或超疏油性涂层。

[0010] 本发明的另一方面涉及一种由液体悬浮液制备球形珠粒的方法，所述方法包括提供液体悬浮液的液滴；将所述液滴滴在液滴滚动装置表面上，其中，所述液滴滚动装置表面包括超疏性涂层；通过将在所述液滴滚动装置表面上的所述液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒；以及通过珠粒收集器收集所述珠粒。所述珠粒的平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)。

[0011] 根据本发明的方法是有益的。与现有方法相比，利用包括超疏性涂层的液滴滚动装置表面制备珠粒的方法，可显著降低成本并且改善珠粒的均匀性。

[0012] 本发明提供制备球形催化剂珠粒的方法。通过包含液体悬浮液的液滴产生装置产生形成珠粒液体的均匀液滴，并且所述液滴产生装置的枪头位于具有倾斜角的、表面具有超疏性涂层的液滴滚动装置的顶部。液滴在具有倾斜角的超双疏性涂层表面上滚动，并受到加热以硬化。由于超双疏性涂层的低表面能，液滴/液体/悬浮液在硬化之前不会粘附到超双疏性涂层板的表面上并且在空气中保持液滴球形。由于液滴滚动装置表面相对于水平面的轻微倾斜，液滴滚动以产生均匀的接近球形的催化剂珠粒，其由均匀的催化金属组成，可以制成球珠状催化剂。通过改变形成珠粒液体的液滴体积，可以调节珠粒的尺寸。附图说明

[0013] 包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了下面描述的若干实施例。

[0014] 图1示出了包括加热元件的用于制备球形催化剂珠粒的设备的实施例。

[0015] 图2A-2C示出了包括以下液滴滚动装置的设备的实施例：(A)三个超疏性涂层板，(b)漏斗设计，和(c)螺旋设计。

[0016] 图3示出了根据本发明的一些实施例形成的球形铝催化剂珠粒。

[0017] 图4示出了根据本发明的一些实施例形成的球形氧化铝珠粒。

具体实施方式

[0018] 在描述若干示例性实施例之前，应理解，本发明不限于以下公开内容中阐述的结构或处理步骤的细节。本文提供的公开内容能够具有其他实施方式，并且能够以各种方式实施或进行。

[0019] 本发明的实施例提供用于制备球形珠粒的设备和方法，优选平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)的球形催化珠粒。

[0020] 图1是用于制备球形珠粒的设备100的简要示意图。设备100具有三个部分。第一部分是液滴产生装置10。液滴产生装置10包括流体贮存器11和枪头12，液滴可以从枪头12分配。在一些实例中，液滴产生装置10是微量移液器，微量体积的液滴通过移液器枪头分配。

[0021] 第二部分是液滴滚动装置20，其包括至少一个超疏性涂层板21。如本文所用，术语“超疏性”定义为疏水(油)角等于或大于150°。超疏性涂层板21可以具有三层：金属板22(例如铝板)，在金属板的表面上的超疏性涂层23，以及粘附到金属板的另一表面的至少一个加热元件24。在一些实例中，至少一个超疏性涂层板21是倾斜的，并且至少一个超疏性涂层板21与水平面之间的角度可为0至90度之间。在一些其他实例中，液滴滚动装置被加热到不能够引起超疏性涂层23变形的温度。温度优选为约80℃至约120℃之间。在另一个实例中，超疏性涂层是超双疏性涂层。如本文所用，术语“超双疏性”是指超疏水(提供低表面张力)、超疏油、热稳定和耐久的。涂层超疏水性为表面提供低表面能，因此水基悬浮液不会粘附到其上。类似地，油基液体悬浮液不会粘附到超疏油表面上。在某些实例中，术语“超疏性”和“超双疏性”具有相同的含义并且可以互换使用。超疏性或超双疏性涂层可承受至少100℃的温度而不变形。

[0022] 第三部分是珠粒收集器30，其包括用于收集球形珠粒32的超疏性涂层板31。超疏性涂层板31具有三层：金属板32(例如氧化铝板)，在金属板的表面上的超疏性涂层33，以及粘附到金属板的另一表面的至少一个加热元件34。

[0023] 将含有溶剂和至少一种金属/非金属氧化物如氢氧化铝或氧化硅的液体悬浮液(用作催化剂或催化剂载体)逐滴分配到加热的超疏性涂层板21上，以形成硬化的球形珠粒。液体悬浮液还可包含其他金属/非金属氧化物或碳酸盐化合物，例如碳酸钙、二氧化钛和硅酸铝。超疏性涂层23在硬化之前可以防止液滴粘附到板表面并且在空气中将液滴保持球形。随着板的轻微倾斜，液滴滚动以产生接近球形且均匀的催化剂珠粒，其包含至少一种金属/非金属氧化物化合物或碳酸盐化合物。应该指出的是，所公开的方法可以用于制备其他球形颗粒，例如具有金属/非金属氧化物或碳化物化合物的催化载体、研磨材料或吸附剂。

[0024] 液体催化剂悬浮液储存在流体贮存器11中。当使用该设备时，液滴形成并从枪头12的尖端滴下。在一些实例中，液滴滴落在液滴滚动装置20的一个点上。然后，在落到珠粒收集器30上之前，液滴移动到液滴滚动装置分20的另一个点。当超疏性涂层板21倾斜时，重力可以驱动液滴的运动。在其他实例中，液滴可以通过其他机构移动，例如通过真空力、吹气或通过机械运动。枪头12与超疏性涂层板21的滴落位置之间的垂直距离为0厘米至3厘米之间。然后，液滴沿着板的长度方向滚动到收集器板中。在滚动期间，包围液滴的液体被蒸发，并且液滴形成干燥的球形珠粒。球形珠粒积聚在珠粒收集器30中。珠粒收集器30优选被加热以进一步干燥和收集。可以通过调节超疏性涂层板21与水平面之间的垂直距离和/或角度来调节滚动时间。

[0025] 在一些实施例中，珠粒收集器30是液滴滚动装置20的一部分，其中超疏性涂层板21包括用于滚动珠粒的倾斜部分和用于收集珠粒的水平部分。

[0026] 图2A-2C示出了液滴滚动装置20的不同实施例。在图2A中，液滴滚动装置20具有三个超疏性涂层板21a、21b和21c。在一些实例中，三个超疏性涂层板具有不同的倾斜角度，以便调节液滴滚动速度或用于其他目的。图2B和2C示出了液滴滚动装置20的另外两种构造。图2B是漏斗结构，其中超疏性涂层23位于漏斗内表面上。珠粒收集器30放置在漏斗杆下面。
所述至少一个加热元件位于漏斗的外部。类似地，图2C示出了位于温控室中的螺旋结构。

[0027] 根据一个或多个实施例，可以通过在金属板上涂覆超疏性材料来制备超疏性涂层板。美国专利公开号20170260420、20160339625、20140023852和20140011013，美国专利号9823174和9108880，以及待审美国专利申请15891870提供了制备超疏性涂层和超疏性涂层板的方法。

[0028] 本公开还提供了制备球形珠粒的方法。在一个或多个实施例中，该方法包括提供液体悬浮液的液滴；将液滴滴在液滴滚动装置的一个点上；通过将在液滴滚动装置上的液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒；以及通过珠粒收集器收集珠粒。在一些实施例中，液滴滚动装置包括至少一个超疏性表面。在一些实施例中，滚动步骤还包括加热液滴滚动装置。温度可为80℃至120℃之间。在一些实施例中，将珠粒收集器被加热到80℃至120℃之间的温度。加热可以蒸发水滴中的水并促进液滴的硬化形成珠粒。珠粒的平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)。

[0029] 实施例1

[0030] 如图2所示，将超双疏性涂层涂覆在铝(Al)板上。使用未决专利申请15891870中公开的方法制备超双疏性涂层板。在制备球形催化剂珠粒之前，通过加热元件将板加热至平均温度90℃(温度范围为85-95℃)。液体催化剂悬浮液包含AlO2、用于胶凝的六亚甲基四胺以及水。使用自动微量移液器分配系统移液器枪头作为液滴产生装置。液滴为约10μl的液体催化剂悬浮液(AlO2)。滴加后，AlO2液体催化剂悬浮液液滴垂直移动约1-13cm至超双疏性涂层板上的滴落位置，向下滚动通过超双疏性涂层板，并落入珠粒收集器中。

[0031] 超双疏性涂层的低表面能导致液体催化剂悬浮液沿着板形成并保持其球形。通过加热的板蒸发在AlO2液体催化剂悬浮液中的水，并且使AlO2催化剂材料固化成接近均匀的球形珠粒。10μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液的平均直径为约3.55mm。10μl的AlO2液液体催化剂悬浮液溶液在干燥后形成直径为2.67mm的均匀球体。球体的图像如图4所示。催化剂珠粒滴落后在至少2至5分钟内干燥/胶凝。需要额外的热处理如煅烧以使珠粒完全硬化。图4示出了球形催化剂珠粒。

[0032] 实施例2

[0033] 在制备球形催化剂珠粒之前，通过加热元件将板加热至平均温度90℃。每个液滴约为5μl液体催化剂悬浮液(AlO2)。5μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液的平均直径为约2.77mm。5μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液在干燥后形成直径为2.02mm的均匀球体。

[0034] 实施例3

[0035] 在制备球形催化剂珠粒之前，通过加热元件将板加热至平均温度90℃。每个液滴为约2.5μl液体催化剂悬浮液(AlO2)。2.5μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液的平均直径为约2.14mm。2.5μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液在干燥后形成直径小于2mm的均匀球体。

[0036] 实施例4

[0037] 在制备球形催化剂珠粒之前，通过加热元件将板加热至平均温度90℃。每个液滴约为1μl液体催化剂悬浮液(AlO2)。1μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液的平均直径为约1.54mm。1μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液在干燥后形成直径小于1mm的均匀球体。

[0038] 表1 实施例1-4的球形催化剂珠粒的直径

[0039]

[0040] 实施例5-14

[0041] 以实施例1的方法制备球形催化剂珠粒，区别仅在于下表2，所形成的液体催化剂悬浮液溶液的平均直径以及AlO2液体催化剂悬浮液溶液在干燥后的均匀球体的直径如下表2。

[0042] 表2 实施例5-14的球形催化剂珠粒的直径

[0043]

[0044]

标题	发布/更新时间	阅读量
一种微小RNA评估冷冻卵母细胞质量的方法	2021-01-30	2
具有集成定向耦合器的放大器	2021-10-01	1
一种掺杂无机纳米颗粒的生物基复合材料制备方法	2020-07-01	0
一种大面积连续超薄二维Ga2O3非晶薄膜的制备方法与应用	2021-10-18	2
一种定向自组装制备半导体纳米器件结构的方法	2020-08-27	2
油田微波含水率及流量一体式流量计	2021-03-13	2
用于生成分子功能谱、对其进行可视化和分类的系统和方法	2020-06-16	1
多层陶瓷电子组件	2020-08-28	2
一种智能直饮机及智能直饮机系统	2020-11-04	2
化合物半導体及びその製造方法	2020-10-05	2

制备球形催化剂珠粒的设备和方法

制备球形催化剂珠粒的设备和方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：