[发明专利]快响应高热效率结构化电加热多孔碳基催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种快响应高热效率结构化电加热多孔碳基催化剂的制备方法，所述方法主要包括如下步骤：(1)通过通道流场设计和结构化设计，设计出结构化模型；(2)使用3D打印机打印出结构化模型；(3)将所述结构化模型进行碳化和活化处理得到结构化多孔碳基体；(4)在结构化多孔碳基体上负载所需活性组分而制备成结构化催化剂；从而制备成本发明结构化催化剂。将所述结构化催化剂置于反应器中并接入电路而制成电加热催化反应器。采用本方法制备的结构化催化剂，该结构化电加热碳基催化剂可以实现催化剂反应器小型化、集成化和移动化，在工业应用中具有极大的使用价值。

技术领域

本发明涉及一种结构化催化剂及其制备方法，属于气固多相催化技术领域，具体的说是催化剂制备领域。

背景技术

在吸热类气固多相催化反应中，通常通过利用外加电加热器或者利用燃料燃烧产生的热量的方式给反应器供热，保证催化剂在合适的温度下进行反应，但是以上两种供热方式，反应器催化反应所需要的热量均来自催化剂外部，吸热反应的温度控制受限于热传导过程，导致反应装置启动时间往往较长且催化剂床层受热不均匀，易于形成局部热点或冷点，造成催化剂活性降低甚至无法满足催化要求。

多孔碳材料具有大的比表面积和丰富的孔隙结构，使得在负载活性组分时，更容易获得分散度高、结合稳定的活性位点，因而在吸附和催化领域得到了广泛的应用。目前市场上的多孔碳材料以粉状、块状和柱状为主，在将多孔碳制备成结构化形式，尚只有蜂窝状多孔碳一种在吸附领域得到了广泛应用，然而对于复杂结构的多孔碳材料制备方法较少。同时，多孔碳材料作为电的优良导体，这一性能在催化领域的应用也尚未引起足够重视。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中结构化多孔碳制备方法不足，填补了碳加热快速响应方面的空白，提供一种快响应、高热效率结构化电加热多孔碳基催化剂及其制备方法。

本发明一种快响应、高热效率结构化电加热多孔碳基催化剂及其制备方法是通过以下技术方案实现：

一种快响应、高热效率结构化电加热多孔碳基催化剂及其制备方法其特征在于，包含以下步骤：

(1)使用SolidWorks等三维设计软件设计孔壁相间的三维结构化模型，其中设计的孔为流体的流动通道，将设计的三维模型输出到DLP 3D打印机；

(2)打印结构化模型

将聚氨酯丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、碳黑和碳酸钾混合均匀，使用球磨机以100r/min～270r/min的转速球磨1～6h，得到光固化树脂，使用3D打印机打印出结构化模型；

各种原料的质量比为：聚氨酯丙烯酸酯32～48％、二丙二醇二丙烯酸酯35～55％、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(简称819)1～6％、碳黑0.3～3％，碳酸钾0～10％；

(3)碳化

将打印模型在氮气气氛中以0.1～15℃/min的升温速率升温至450～900℃，保温1～9h，随管式炉自然冷却后得到碳化样品。

(4)活化

将碳化模型在尿素溶液氛围中以2～15℃/min的升温速率升温至500～950℃，保温0.5～9h，随管式炉自然冷却后得到活化样品。

(5)结构化催化剂的负载

a.配制活性组分前驱体溶液。将硝酸铜溶于去离子水中，配置成摩尔浓度为0.1～5mol/L的盐溶液，常温搅拌0.1～10h，制备得到浸渍盐溶液；

b.结构化载体清洗。采用等体积去离子水浸泡所述结构化多孔碳碳载体0.5～3h并重复3～5次，采用等体积无水乙醇浸泡所述结构化多孔碳碳载体0.5～3h并重复3～5次，随后使用烘箱50～150℃干燥1～6h，得到清洁干净的导电的结构化多孔碳基体；