一種金屬板式微通道反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]
本發明涉及一種新型壁載化金屬板式微通道反應器的制造方法，尤其是應用于強放熱氣固催化反應過程的新型微通道反應器。
[0002]技術背景
微通道反應器是指通過微加工和精密加工技術制造的微型反應系統，微流體通道尺寸一般在亞微米到亞毫米量級。微通道反應器應用于化學反應過程具有常規反應器所不及的優點:如反應器體積小、比表面積大、傳熱傳質性能良好、生產彈性大、過程安全且易于控制、易于集成與放大、適于現場生產等。
[0003]目前應用于制作微通道反應器的微加工技術主要有:單晶材料的整體微加工技術，低壓等離子體或離子束干式刻蝕法，光刻、電鑄和塑模結合的工藝(LIGA工藝)，微模塑技術，玻璃的濕式化學刻蝕、銑、削、鋸、模壓、沖孔和鉆孔等精加工技術，金屬薄片的各向同性濕式化學刻蝕，微電火加工技術(EDM)和激光燒蝕技術等。
[0004]雖然微通道反應器具有上述許多優點，但是由于其反應流體通道極其微小，微通道壁上催化層的制備已成為制約微通道技術在反應器中應用的重要因素。和常規反應器的催化劑的利用方式不同，微通道反應器難以把催化劑作為填充物進行利用，同時為了充分利用微通道在化學反應中快速高效的優點、避免催化劑顆粒分布不均可能引起的反應器局部過熱和反應物流動不均等現象，催化劑必須均勻且牢靠的負載于微通道內壁上。目前可用于微通道表面的催化層制備技術主要有:物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、噴涂法、復合鍍、浸漬或沉淀法、溶膠凝膠法、陽極氧化法等。
[0005]陽極氧化法被認為是很有發展潛力的微通道催化層制備方法。其基本原理是在適當的電解液中，將金屬制品作為陽極，通以陽極電流，使其表面氧化得到一層氧化膜的表面處理方法。其包括金屬的溶解、離子在溶液中的迀移和電極放電以及氧化(成膜)等步驟。金屬通過陽極氧化法處理后在其表面生成的具有大比表面積的納米金屬氧化物層即可作為催化劑的載體。
[0006]通常的催化劑負載方法是通過浸漬法實現活性組分負載，但該方法雖然簡單，但負載的催化劑容易出現分布不均。而一般閥金屬通過陽極氧化后得到的金屬氧化物如Ti02、Zr02等通常具有較好的光催性能，因此可通過光催化還原沉積的方法來實現金屬催化劑活性組分在陽極氧化所得納米金屬氧化物層內的負載。
[0007]強放熱反應過程由于會在短時間內釋放出大量的熱量，從而導致反應器極易出現熱點以及有效產物選擇性下降等一系列嚴重后果。以金屬板制作壁載化金屬板式微通道反應器，微通道反應器能提供快速混合，催化劑壁載化能減小流動阻力，金屬壁面能及時導出熱量，反應溫度可實現精確控制，消除局部過熱，顯著提高反應的收率和選擇性。從而提高生產安全性、減少副產物并提高生產效率。
【發明內容】
[0008]
本發明的目的是提供一種新型壁載化金屬板式微通道反應器的制造方法，尤其是應用于強放熱氣固催化反應過程的新型壁載化金屬板式微通道反應器的制備技術。利用陽極氧化法和光催化還原沉積法將催化劑活性組分負載于壁面，減小反應器流動阻力，避免催化劑活性組分流失;利用金屬片作為微通道反應器壁面，傳熱性能好，強放熱反應過程反應區域接近恒溫;反應器轉化率和選擇性均有提升。
[0009]本發明的關鍵在于通過陽極氧化的方法在金屬片表面制備多孔金屬氧化物層作為壁載化催化劑層載體，通過光催化還原沉積的方法將貴金屬催化劑活性成分負載于陽極氧化法制備的多孔金屬氧化物層載體上。
[0010]本發明實現上述目的采用的技術方案如下:
1.將寬度為1-100011，長度為1-100011，厚度為0.05-11111]1的鈦或媽或鐵或錯或鉬或銅金屬板以砂紙打磨進行物理拋光處理，待金屬表面光亮后依次用丙酮、無水乙醇、去離子水進行超聲清洗，清洗后的金屬板用氮氣吹干；
2.將經拋光處理的金屬板作為陽極，以鉑電極或石墨電極為陰極，放入0.001-1OM濃度的含氟溶液或硫酸溶液或草酸溶液或氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液中進行陽極氧化，陽極氧化時間為1-180分鐘，陽極氧化電壓為1-100V;
3.將完成陽極氧化的金屬板以去離子水沖洗3-5次，60-100°C下烘干，烘干后金屬板置于馬弗爐或管式爐中在空氣氣氛下于300-650°C進行退火處理；
4.將退火后的金屬板放入盛有前驅體溶液容器中，按計量加入1-100ml的空穴捕獲劑，以汞燈或氙燈為光源或直接置于太陽光下照射一定時間，即可將催化劑活性成分鉑或鈀或銠或釕或銅或鎳或銀或金負載于金屬板上，得到壁載化催化劑金屬板；
5.將相同尺寸的金屬板采用線切割或刻蝕的方法在金屬板上加工得到有特定形狀微通道的微通道金屬板，通道為單通道或平行多通道，通道截面為矩形或半圓形或弧形或三角形或梯形，截面尺寸范圍為0.05-lmm，通道為直線通道或波浪形通道或折線通道或正弦形通道，通道長度為0.5-500cm ；
6.將相同尺寸的金屬板采用線切割或刻蝕或鉆孔的方法在金屬板上加工得到有尺寸為0.05-lmm的進出開孔的蓋板金屬板；
7.將加工好的微通道金屬板和蓋板金屬板以砂紙打磨進行物理拋光處理，然后依次用丙酮、無水乙醇以及去離子水進行超聲處理后烘干，烘干后的微通道金屬板和蓋板金屬板置于馬弗爐或管式爐中，在空氣氣氛下700°C高溫熱處理2小時，以在其表面生成一層致密的氧化物薄膜作為保護；
8.將壁載化催化劑金屬板，有特定形狀微通道的微通道金屬板和有進出開孔的蓋板金屬板三層疊合，構成微通道反應器單元，由該微通道反應器單元通過并聯或串聯組合后經機械密封構成完整的壁載化金屬板式微通道反應器；
本技術發明的主要優點在于:
1.微通道反應器制作工藝簡單，微通道尺寸可控，微通道反應器裝配拆卸和催化劑及微通道更換更改均十分方便；
2.壁載化催化劑比表面積大，負載均勻，負載量小，該負載方式下催化劑機械強度高，不易脫落，催化性能穩定； 3.微通道反應器性能穩定，反應轉化率和選擇性均好；
4.微通道反應器傳熱性能好，無熱點發生，反應區域接近恒溫;流動阻力小，流體通過微通道壓力降只有填充式微通道的30%;
5.該方法能將催化劑有效成分均勻的負載于載體上。
【附圖說明】
[0011]
附圖1為微通道反應器單元結構示意圖其中，1:催化劑板;2:微通