[发明专利]陶瓷基催化剂载体的墨水直写式3D打印装置及制造方法

权利要求书

1.一种陶瓷基催化剂载体的墨水直写式3D打印制造方法，其特征在于：

所述制造方法采用墨水直写式3D打印装置，所述打印装置包括墨水直写式3D打印机（9）、空气压缩机（5）、初级减压阀（6）、次级减压阀（7）和控制器（8）；所述的墨水直写式3D打印机（9）包括了墨水直写式3D打印装置（2）、打印料筒（3）；墨水直写式3D打印装置（2）上方设有打印料筒（3），打印料筒（3）经气压输送管（4）和次级减压阀（7）连接；空气压缩机（5）的出口依次经初级减压阀（6）、次级减压阀（7）后和墨水直写式3D打印机（9）中的打印料筒（3）连接，控制器（8）分别与次级减压阀（7）和墨水直写式3D打印机（9）电连接，控制器（8）通过控制次级减压阀（7）和墨水直写式3D打印机（9）实现材料挤出气压和3D打印路径的控制；

所述制造方法包括以下步骤：

步骤1：配置具有假塑性流动特性的适用于墨水直写式3D打印的陶瓷前驱体浆料；

步骤2：将陶瓷前驱体浆料放入打印料筒（3）中，墨水直写式3D打印机（9）进行陶瓷前驱体模型打印；

步骤3：将完成打印的陶瓷前驱体模型进行后处理获得陶瓷载体；

所述步骤3具体为：

步骤3.1：将完成打印的陶瓷前驱体模型干燥24 h，以2-6 ℃/min的升温速率升至150-250 ℃氧化交联2-6 h；

步骤3.2：将完成氧化交联后的陶瓷前驱体模型置于马弗炉中进行高温烧结；烧结环境为真空或惰性气体，高温烧结的升温速率为0.5-4 ℃/min，烧结温度为800-1400 ℃，保温时间为2-4 h；

步骤3.3：完成烧结后的陶瓷前驱体模型转化成陶瓷模型，将陶瓷模型进行超声振动，去除表面杂质；以陶瓷模型为催化剂载体，进行催化剂的涂覆获得陶瓷催化剂载体；

步骤4：将陶瓷载体置于反应器中，对催化剂进行还原，随后进行催化化学反应，完成基于墨水直写式3D打印制造的陶瓷催化剂载体；

所述的陶瓷催化剂载体为具有3D规则孔隙结构的陶瓷催化剂载体；

所述的规则孔隙包括正八面体框架式规则孔隙或体心晶胞式规则孔隙；

所述的陶瓷催化剂载体形态包括微晶格状阵列形态或体心晶胞状阵列形态；

所述步骤1，具体是将陶瓷前驱体、陶瓷颗粒、粘接剂和有机溶剂放入磁力搅拌机，以120~180 r/min的速度混合1-4 h，得到具有假塑性流动特性的适用于墨水直写式3D打印的陶瓷前驱体浆料；

所述的陶瓷颗粒为陶瓷粉末或陶瓷晶须；

所述陶瓷前驱体浆料中各组分的比重为：50-80 wt.%的陶瓷前驱体、2-30 wt.%的陶瓷粉末或晶须、2-10 wt.%的粘接剂和20-40 wt.%的有机溶剂。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基催化剂载体的墨水直写式3D打印制造方法，其特征在于：所述陶瓷前驱体包括聚碳硅烷、聚硅氧烷或硅硼碳氮；

所述粘接剂包括硅橡胶、氟橡胶或环氧树脂；

所述有机溶剂包括正己烷、环己烷、甲苯或四氢呋喃。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷基催化剂载体的墨水直写式3D打印制造方法，其特征在于：所述陶瓷粉末包括二氧化硅粉末、纳米碳化硅粉末、氧化铝粉末或氧化石墨烯粉末；

所述陶瓷晶须包括碳化硅晶须、氧化铝晶须或氧化锆晶须。

4.根据权利要求1所述的一种陶瓷基催化剂载体的墨水直写式3D打印制造方法，其特征在于：所述步骤2中，墨水直写式3D打印速度为6-30 mm/s，打印层高为0.15-0.40 mm，挤出头直径为0.15-0.40 mm，挤出压力为0.1-0.6 MPa。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷基催化剂载体的墨水直写式3D打印制造方法，其特征在于：所述步骤4中，反应器结构包括层叠板式反应器、管式反应器或微反应器。

6.一种陶瓷基催化剂载体，其特征在于：

采用权利要求1-5任一所述墨水直写式3D打印制造方法制造而成。