[发明专利]一种陶瓷微反应器的制作方法及应用

说明书

一种陶瓷微反应器的制作方法及应用，制作方法包括陶瓷基底材料的配制、含有微通道陶瓷基板的制作以及微通道负载催化剂、陶瓷微反应器的封装与成型。本发明制作的陶瓷微反应器用于光化学反应，制作工艺简单、封装成本低，封装后的微反应器透光性、密封性、耐久性好；然后借助陶瓷粗糙表面负载催化剂和进行微通道的透明封装，利用催化剂挂壁式陶瓷微反应器提高光降解水体中有机物效率的方法，利用该方法进行光降解反应，反应停留时间短、反应连续、催化剂无需回收且长期有效的有益效果。

技术领域

本发明属于微反应器技术领域，具体涉及一种陶瓷微反应器的制作方法及应用。

背景技术

随着经济的飞速发展，水污染问题日益严峻。对工业、农业和生活产生的水体污染的修复已引起各方的关注。其中工业生产产生的有机废水毒性大、色度高、酸碱度变化大，对环境污染严重。用光催化剂进行光催化氧化处理有机废水被认为是相对廉价和有效的方法。光催化水处理技术是一种环境友好型化学处理方法，能够在短时间内使用少量的催化剂，高效的处理有机物对水的污染；但是使用常规反应器进行光降解处理，存在催化剂回收难、对设备存在二次污染、间歇反应效率低等问题，且还存在光能利用率低、光子转移限制、缺氧缺乏反应途径等问题，微反应器高效的传质效率、短扩散时间、可控的反应途径等优势为其提供了可行的解决途径，同时陶瓷材料粗糙的表面和一定的孔隙率便于催化剂的负载，陶瓷材料的耐酸碱性使其能应用于苛刻的反应环境，因此考虑将陶瓷微反应器应用于光降解反应中。乍一看，微反应技术和水处理似乎是矛盾的，因为前者设计用于处理少量溶液，而后者需要大量生产。这种不匹配可以通过扩大微反应器来弥补。

虽然光催化水处理技术是一种环境友好型化学处理方法，但是存在光能利用率低、光子转移限制、缺氧缺乏反应途径等问题，微反应器高效的传质效率、短扩散时间、可控的反应途径等优势为其提供了可行的解决途径，同时陶瓷材料粗糙的表面和一定的孔隙率便于催化剂的负载，陶瓷材料的耐酸碱性使其能应用于苛刻的反应环境，因此考虑将陶瓷微反应器应用于光降解反应中。并且目前，陶瓷材料微加工较为复杂，陶瓷材料加工出微通道后，微通道的密封难度较大且在烧结过程中容易坍塌，使用的等静压一体烧结，设备和工艺较复杂，成本高；使用高强度垫片压合密封，耐候性差；使用胶粘耐高温、耐溶剂性差，陶瓷微通道的封装方式直接影响了陶瓷微反应器的性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种陶瓷微反应器的制作方法及应用。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种陶瓷微反应器的制作方法，包括以下步骤：

步骤一，陶瓷基底材料的配制：

按照重量份计，将75-85份氧化铝粉、15-25份堇青石粉、2-6份二氧化钛和1-2份甲基纤维素粉进行混合，经过球磨、过筛后，再加入水、乙醇和丙醇进行真空练泥后陈化，得陶瓷基底材料；

步骤二，含有微通道陶瓷基板的制作：

将上一步骤得到的陶瓷基底材料放入模具中压模成型，制作出陶瓷生胚，陶瓷生胚脱模后在70-100℃下烘干，待陶瓷生胚烘干后使用砂纸将陶瓷生胚打磨平整，再使用机械加工在陶瓷生胚上加工出微通道，随后将加工后的陶瓷生胚放置在高温炉中进行烧结，烧结过程为：先以4-6℃/min的升温速率升温到350-450℃后保温25-35min进行陶瓷生胚的排胶；随后以3-5℃/min的升温速率升温到950-1050℃后保温25-35min进行陶瓷生胚的预烧结；然后以3-5℃/min的升温速率升温到1300-1450℃保温0.5-1.5h进行陶瓷生胚的烧结，待烧结完成后自然降温冷却，得到含有微通道陶瓷基板；

步骤三，微通道负载催化剂，陶瓷微反应器的封装与成型：