沸石涂层制备组件和操作方法
【专利摘要】本发明涉及一种沸石涂层制备组件（1）和操作方法，其中沸石吸附剂通过结晶工艺涂覆在通过感应加热的各种表面上。本发明的目的是提供一种沸石涂层制备组件（1）和操作方法；由于通过感应加热的原因，通过该组件和操作方法实现了时间节省，由于不使用大的加热电阻和复杂的反应器，因此实现了材料节省；因此其更经济；且其中相比于已知方法，通过使用更实用的反应系统在更短的时间段内制备了具有高扩散系数的更厚的且更稳定的涂层，且其中能够进行量产。
【专利说明】沸石涂层制备组件和操作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种沸石涂层制备组件和操作方法，其中沸石吸附剂通过结晶工艺涂 覆在通过感应加热的各种表面上。
【背景技术】
[0002] 沸石凭借水热结晶法由反应混合物合成。反应混合物通过混合合适比例的所要求 的反应物来制备，以获得目标沸石类型。当加热此混合物时，在一定时间段结束时，形成沸 石晶体的晶核，然后晶体开始生长。当浸入在反应混合物中的介质中存在基底时，晶核/晶 体通常与此基底化学结合，且形成牢固地接附在其上的沸石涂层。此涂层的性质取决于所 使用的反应混合物的组分、以及诸如反应温度和时间以及混合的实验条件。使用稀释溶液 作为反应混合物来代替在常规的沸石合成中所使用的高粘度的凝胶对涂层的质量具有积 极影响。
[0003] 由于沸石是亚稳态材料，因此由反应组分合成的沸石相在较长的反应时间之后会 转变为其他相。此情形阻碍了涂层在常规的单步骤合成法用于很多沸石相时形成得足够 厚。在不发生亚稳态相转变的情况下，因为溶液的组分由于反应溶液中的结晶活性的原因 随时间增加而改变，所以仍然不容易制备厚的涂层。可以用来制备厚涂层的多步骤法不实 用或不经济。另外，厚涂层的强度在使用这些方法时也是低的，且涂层具有非常致密的结 构，其将使得扩散很难。
[0004] 在通过传导直接加热基底的方法中，其中基底借助电阻(本领域现有技术的应用 中的一种）来加热，反应溶液保持在低于借助水浴的反应温度的温度处。以此方式，使沸石 的相转变延迟长时间段，因此与常规方法相比能获得更厚的涂层。此外，这些涂层具有开放 结构、高的扩散系数和相对较高的稳定性，这对于很多应用，特别对于吸附式热泵应用来说 是必要的。
[0005] 在涉及使用由传导进行加热的方法来直接加热基底材料的文献中存在数篇文章： iiErdem-enatalar,A.、Tatlier,M.、0rgen，M.的'通过直接加热基底制备沸石涂层'， 多微孔与介孔材料，32 (3)，331-343 (1999) " ；"Tatlier,M.、Erdem-enatalar,Α·的 '在金属支撑物上生长的沸石涂层对于热泵应用的稳定性'，表面科学和催化研究，第125 卷，Elsevier，阿姆斯特丹，101-108 (1999) "；"Tatlier，M.、Tantekin_Ersolmaz, .Β·、 Erdem-enatalar,Α.的'沸石涂层的扩散系数'，（会议集，第13届国际沸石会议，2001， 蒙彼利埃，法国），A.Galarneau、F.DiRenzo、F.Fajula、J.Vedrine(ed·)，表面科学和催 化研究，第 135 卷，Elsevier，阿姆斯特丹，3249-3256 (2001) " ；"Erdem_enatalar,A.、 Gner，K.、Tatlier，Μ.的'通过使用基底加热法对清洁溶液组分的研究'，表面科学和催 化研究，第 154 卷部分A-C，667-670 (2004) " ；"Tatlier,Μ.、Erdem-enatalar,Α·的 '对开放沸石涂层中的有效扩散系数的估算'，化学工程期刊，102(3)，209-216 (2004)"； "Tatlier,Μ. >Demir,Μ. >Tokay,Β·、Erdem-enatalar,A. >Kiwi-Minsker,L.的 '以高硅沸石涂覆金属表面的基底加热法：不锈钢钢板上的ZSM-5涂层'，多微孔与介孔 材料，101 (3)，374-380 (2007)，，；"Schnabel,L.、Tatlier，Μ·、Schmidt,F.、Erdem-enatalar，Α.的'直接结晶在金属支撑物上的用于热泵应用的沸石涂层的吸附动力学'， 应用热工程，30 (11/12)，1409-1416 (2010)"。
[0006] 第W02010120738号国际专利文献(本领域已知的申请）公开了一种用具有较低熔 点的金属防护涂层涂覆金属表面的方法。在高频感应加热器中将待涂覆的表面加热到金属 涂层的熔点之后，立即将融化的金属涂层涂抹在加热的表面上。
[0007] 第CNlO1754508号中国专利文献(本领域已知的申请)公开了 一种用于涂覆钢表面 的感应加热器。系统包括独立的感应加热器和在其上部上的铜线圈。水喷嘴设置在感应线 圈的头端和尾端处。所述加热器具有简单的结构和高的效率。
[0008] 第JP2006256066号日本专利文献(本领域现有技术中的申请）公开了一种用树脂 涂覆基底的表面的方法。在涂覆期间，树脂获取表面的形状，且能维持此形状。在该方法中 使用的接触过程中，包含热塑性树脂的材料被确保接触传导基底的表面。然后，基底表面的 温度凭借感应加热器而升高。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的涉及一种沸石涂层制备组件和操作方法，由于通过感应加热的原 因，通过该组件和操作方法缩短了合成过程，这样节省了时间。
[0010] 本发明的另一目的涉及一种沸石涂层制备组件和操作方法，由于不使用大的加热 电阻和复杂的反应器的原因，通过该组件和操作方法实现了材料节省，因此其更经济。
[0011] 本发明的又一目的涉及一种沸石涂层制备组件和操作方法，用于在相对于已知方 法在更短的时间段内制备具有期望厚度的沸石涂层。
[0012] 本发明的另一目的涉及一种沸石涂层制备组件和操作方法，其中通过使用更实用 且合适的反应系统来获得更厚且更稳定形式的涂层。
[0013] 本发明的另一目的涉及一种沸石涂层制备组件和操作方法，其中能够进行量产。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 附图中图示了为实现本发明的目的而开发的"沸石涂层制备组件和操作方法"，在 附图中： 图1是沸石涂层组件的示意图。
[0015] 图中所示的部件每个都给出以下参考标记： 1、 沸石涂层组件 2、 反应器 3、 合成溶液 4、 基底 5、 感应设备 6、 线圈 7、 进料槽 8、 热交换器 9、 泵 10、连接管线S、水浴。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的沸石涂层组件（1)包括： -至少一个反应器（2)，在其中进行反应且其优选地为在顶部有盖子的容器， -合成溶液（3)，其填充到反应器（2)中且其包括用于制备沸石涂层的反应物， -至少一个基底（4)，其浸入在合成溶液（3)中且其优选地呈平板形式， -至少一个感应设备（5)，其位于反应器（2)的外侧且定位在反应器（2)附近，使得其 通过使电流流过其线圈（6)而生成的磁场位于将影响反应器（2)中的基底（4)的距离处， -容器形式的至少一个进料槽（7 )，通过该进料槽（7 )使合成溶液（3 )的一部分保持在 反应器（2)的外侧， -至少一个热交换器（8)，其直接或间接地与进料槽（7)接触且其改变进料槽（7)内的 合成溶液（3)的温度， -至少一个泵（9 )，其使合成溶液（3 )能够经由处于进料槽（7 )和反应器（2 )之间的连 接管线（10)循环。
[0017]在发明的优选实施例中，合成溶液（3)的温度凭借进料槽（7)浸入在其中的水浴 (S)而改变，以这样的方式使得热交换器（8)不直接接触合成溶液（3)，以便不影响合成溶 液（3)的化学组分。
[0018]在发明的优选实施例中，由具有低电导率的材料制成的反应器（2)用于防止沸石 形成在反应器（2 )的壁上，且防止被加热的反应器（2 )不必要地加热合成溶液（3 )。
[0019]在发明的优选实施例中，为了提高涂层的质量，合成溶液（3 )制备成稀释的。
[0020] 在发明的优选实施例中，为了防止亚稳态相转变且为了能够制备厚涂层，水浴（S) 的温度调节为使得反应器（2)中的合成溶液（3)的温度保持在低于基底（4)的温度的期望 值处。
[0021]在发明的优选实施例中，为了提高由感应设备（5)生成的磁场对涂层形成的影响， 使用具有高电导率且优选地由铁磁性材料制成的基底（4 )。
[0022] 在发明的优选实施例中，为了增加涂层厚度、涂层稳定性和涂层的有效扩散系数， 基底（4)坚直地浸入在反应器（2)中的合成溶液（3)内。
[0023] 本发明的沸石涂覆方法（1)包括以下步骤： -确定和制备反应器（2)， -制备合成溶液（3)并将其填充到反应器（2)内， -用合适的方法清洁基底（4)并将其放置在填充到反应器（2)中的溶液（3)中， -将反应器（2)靠近感应设备（5)的线圈（6)放置， -调节线圈（6)和反应器（2)之间的距离和/或感应设备（5)的功率，以便提供期望的 基底（4)的温度， -借助于泵（9)使反应器（2)中的合成溶液（3)在水浴（S)和反应器（2)之间循环， -调节水浴（S)的温度，以便使反应器（2)中的合成溶液（3)的温度保持在低于基底 (4)的温度的期望值处， -通过操作感应设备（5)来产生磁场， -以期望的温度和时间执行合成， -从溶液（3)中移除基底（4)， -用水清洁涂层， -获得最终产品。
[0024] 反应器（2)的尺寸根据基底（4)的大小和待使用的溶液（3)的量来确定，使为合成 反应而制备的反应器（2)准备就绪。制备适合于期望获得的沸石类型的合成溶液（3)。在 通过用合适的方法清洁使基底（4)准备就绪后，将其坚直地浸入在填充到反应器（2)中的 合成溶液（3)中。反应器（2)定位为使得其中的基底（4)将保持在由连接到感应设备（5) 的线圈（6)生成的磁场中。考虑到可能的反应器（2)的尺寸，认为将反应器（2)保持在线圈 (6)之外将会更合适。改变和调节线圈（6)和反应器（2)之间的距离或感应设备（5)的功 率，以便获得期望的基底（4)的温度。此温度连同溶液（3)的温度和合成时间一起确定了将 获得的沸石的相和涂层的厚度。例如，在所使用的系统中，对于2kW的功率值和不锈钢基 底，当基底（4)和线圈（6)之间的距离为6mm时基底（4)的温度接近65°C，当其为8mm时基 底（4)的温度为55°C，且当其为9mm时基底（4)的温度为45°C(图表1)。
【权利要求】
1. 一种沸石涂层制备组件（1)，其特征在于， -至少一个反应器（2)，在所述反应器（2)中进行反应且所述反应器（2)优选地为在顶 部有盖子的容器，且所述反应器（2)由具有低电导率的材料制成，用于防止沸石形成在其壁 上且防止在其被加热时不必要地加热合成溶液， -合成溶液（3 )，所述合成溶液（3 )填充到所述反应器（2 )中且所述合成溶液（3 )包括 用于制备沸石涂层的反应物， -至少一个基底（4)，所述基底（4)浸入在所述合成溶液（3)中且其优选地呈平板形 式， -至少一个感应设备（5 )，所述感应设备（5 )位于所述反应器（2 )的外侧且定位在所述 反应器（2 )附近，使得所述感应设备（5 )通过使电流流过所述感应设备（5 )的线圈（6 )而生 成的磁场位于将影响所述反应器（2)中的所述基底（4)的距离处， -容器形式的至少一个进料槽（7)，通过所述进料槽（7)使所述合成溶液（3)的一部分 保持在所述反应器（2)的外侧， -至少一个热交换器（8 )，所述热交换器（8 )直接或间接地与所述进料槽（7 )接触且其 改变所述进料槽（7)内的所述合成溶液（3)的温度， -至少一个泵（9 )，所述泵（9 )使所述合成溶液（3 )能够经由处于所述进料槽（7 )和所 述反应器（2)之间的连接管线（10)循环。
2. 根据权利要求1所述的沸石涂层制备组件（1)，其特征在于水浴（S)，所述水浴（S) 改变所述进料槽（7)中的所述合成溶液（3)的温度，且能够改变所述合成溶液（3)的温度， 使得所述热交换器（8)不直接接触所述合成溶液（3)，从而其不引起任何技术问题，且所述 进料槽（7 )浸入在所述水浴（S )中。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的沸石涂层制备组件（1)，其特征在于合成溶液 (3 )，所述合成溶液（3 )被制备成稀释的，用于提高所述涂层的质量。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的沸石涂层制备组件（1)，其特征在于基底（4)， 所述基底（4)具有高的电导率且优选地由铁磁性材料制成，以便提高由所述感应设备（5) 生成的磁场对涂层形成的影响。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的沸石涂层制备组件（1)，其特征在于基底（4)， 所述基底（4)坚直地浸入所述反应器（2 )中的所述合成溶液（3 )中，以便增加涂层厚度、涂 层稳定性和涂层的有效扩散系数。
6. -种沸石涂层制备方法，所述方法为根据前述权利要求所述的沸石涂层制备组件 (1)的操作原理，其特征在于以下步骤： -确定和制备反应器（2)， -制备合成溶液（3)并将所述合成溶液（3)填充到所述反应器（2)内， -用合适的方法清洁基底（4)并将所述基底（4)放置在填充到所述反应器（2)中的所 述溶液（3)中， _将所述反应器（2)靠近感应设备（5)的线圈（6)放置， -调节所述线圈（6)和所述反应器（2)之间的距离和/或所述感应设备（5)的功率，以 便提供期望的基底（4)的温度， -借助于泵（9 )使处于所述反应器（2 )中的所述合成溶液（3 )在水浴（S )和所述反应 器（2)之间循环， -调节所述水浴（S )的温度，以便将所述反应器（2 )中的所述合成溶液（3 )的温度保持 在低于所述基底（4)的温度的期望值处， -通过操作所述感应设备（5)来产生磁场， -以期望的温度和时间执行合成， -从所述溶液（3)中移除所述基底（4)， _用水清洁所述涂层， _获得最终广品。
【文档编号】C23C18/14GK104428446SQ201380022441
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年2月25日 优先权日:2012年2月28日
【发明者】A.塞纳塔拉, M.塔特里尔 申请人:因文特兰姆知识产权管理贸易投资公司