[发明专利]基于纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术、纳流控技术和催化技术交叉领域，特别是涉及一种基于纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器及其制备方法，该纳通道式催化纳反应器在催化反应中的应用。

背景技术

1990年瑞士Ciba-Geigy提出了微反应器的概念，随后，许多的研究机构都对微反应器的制备和应用做了大量的研究工作，例如：德国的卡尔斯鲁尔研究中心、日本机械工程研究室、德国美因茨微技术研究所等等，然而进入21世纪以来，纳米科学技术飞速发展，这就使得反应器的尺寸必然向着更小的尺寸发展。与微反应器相比较，纳反应器具有更高效、更快速、更灵活、更便捷等特点，同时对环境安全及资源综合利用具有十分重要的意义，因此，近年来引起了越来越多的研究者的关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳通道式纳反应器，该反应器将有序的纳米孔孔阵列和催化剂活性组分结合起来，使其具有更高的催化活性。

本发明提供一种基于纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器，其特征在于，该纳反应器包括多孔薄膜和负载在该多孔薄膜的孔道内和/或孔道外的催化剂活性组分，负载在多孔薄膜的孔道内的催化剂活性组分具有三维网状结构，所述多孔薄膜上的孔为阵列排布的通孔，且该孔的直径小于1000纳米。

本发明还提供一种上述基于纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器的制备方法，其特征在于，该方法包括将催化剂的活性组分分散在有机溶剂和/或无机溶剂中形成分散液，将分散液与多孔薄膜接触，去除溶剂，所述多孔薄膜上的孔为阵列排布的通孔，且该孔的直径小于1000纳米。

本发明还提供上述的基于纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器在催化反应中的应用。

由于本发明的纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器的纳米孔阵列的孔道中的催化剂活性组分具有三维网状结构，大大增加流体在流经纳米孔道时与催化剂的接触时间和接触面积，同时由于纳米孔道呈规则式排列，增加了纳反应器催化过程的连续性和催化反应的一致性。

附图说明

图1是基于纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器工作装置的示意图；

图2是基于纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器横截面的示意图。

图3是基于纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器纵截面的示意图。

图4是氧化铝纳米孔阵列的扫描电镜横截面图；

图5是氧化铝纳米孔阵列的扫描电镜纵截面图；

图6是负载介孔氧化钛的氧化铝纳米孔阵列的扫描透射图；

图7是负载介孔氧化钛的氧化铝纳米孔阵列光催化降解甲基橙的降解率与时间关系曲线。

附图标记说明

1光源

2加热装置

3VCR套件

4热电偶

5纳通道式催化纳反应器

6石英玻璃

7多孔薄膜

8催化剂

具体实施方式

本发明提供一种基于纳米孔阵列的纳通道式催化纳反应器，其特征在于，该纳反应器包括多孔薄膜和负载在该多孔薄膜的孔道内和/或孔道外的催化剂活性组分，负载在多孔薄膜的孔道内的催化剂活性组分具有三维网状结构，所述多孔薄膜上的孔为阵列排布的通孔，且该孔的直径小于1000纳米。

在本发明中，负载在纳米孔中的催化剂活性组分为三维网状结构。所述的三维网状结构中的孔为六方结构和/或四方结构，且该孔以层状结构排列，该孔的孔径一般可以为2nm-50nm。虽然孔径越小其表面积越大，但是催化底物通过的速度慢，影响效率；孔径越大其表面积越小，影响催化的效果，因此所述孔径优选为5-25nm。

在本发明中，以多孔薄膜和负载在该多孔薄膜的孔道内和/或孔道外的催化剂活性组分的总量计，负载在该多孔薄膜的孔道内和/或孔道外的催化剂活性组分的含量可以在很大范围内变动。一般情况下，可以根据活性组分的具体种类来选择。具体地，以多孔薄膜和负载在该多孔薄膜的孔道内和/或孔道外的催化剂活性组分的总量计，催化剂活性组分的含量可以为1-40重量％，优选为10-20重量％。催化剂活性组分的含量可以根据负载催化剂活性组分后的多孔薄膜的重量和负载前多孔薄膜的重量计算得到。

根据本发明，所述多孔薄膜上的孔为阵列排布，多孔薄膜上的孔的孔径只要为纳米级别即可，具体地，可以为10nm-800nm，优选为50nm-200nm；多孔薄膜上的孔与孔之间的距离可以根据实际的应用进行选择，一般情况下，可以为30nm-1000nm，优选为100-300nm。