一种金属板式微通道反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]
本发明涉及一种新型壁载化金属板式微通道反应器的制造方法，尤其是应用于强放热气固催化反应过程的新型微通道反应器。
[0002]技术背景
微通道反应器是指通过微加工和精密加工技术制造的微型反应系统，微流体通道尺寸一般在亚微米到亚毫米量级。微通道反应器应用于化学反应过程具有常规反应器所不及的优点:如反应器体积小、比表面积大、传热传质性能良好、生产弹性大、过程安全且易于控制、易于集成与放大、适于现场生产等。
[0003]目前应用于制作微通道反应器的微加工技术主要有:单晶材料的整体微加工技术，低压等离子体或离子束干式刻蚀法，光刻、电铸和塑模结合的工艺(LIGA工艺)，微模塑技术，玻璃的湿式化学刻蚀、铣、削、锯、模压、冲孔和钻孔等精加工技术，金属薄片的各向同性湿式化学刻蚀，微电火加工技术(EDM)和激光烧蚀技术等。
[0004]虽然微通道反应器具有上述许多优点，但是由于其反应流体通道极其微小，微通道壁上催化层的制备已成为制约微通道技术在反应器中应用的重要因素。和常规反应器的催化剂的利用方式不同，微通道反应器难以把催化剂作为填充物进行利用，同时为了充分利用微通道在化学反应中快速高效的优点、避免催化剂颗粒分布不均可能引起的反应器局部过热和反应物流动不均等现象，催化剂必须均匀且牢靠的负载于微通道内壁上。目前可用于微通道表面的催化层制备技术主要有:物理气相沉积法、化学气相沉积法、喷涂法、复合镀、浸渍或沉淀法、溶胶凝胶法、阳极氧化法等。
[0005]阳极氧化法被认为是很有发展潜力的微通道催化层制备方法。其基本原理是在适当的电解液中，将金属制品作为阳极，通以阳极电流，使其表面氧化得到一层氧化膜的表面处理方法。其包括金属的溶解、离子在溶液中的迀移和电极放电以及氧化(成膜)等步骤。金属通过阳极氧化法处理后在其表面生成的具有大比表面积的纳米金属氧化物层即可作为催化剂的载体。
[0006]通常的催化剂负载方法是通过浸渍法实现活性组分负载，但该方法虽然简单，但负载的催化剂容易出现分布不均。而一般阀金属通过阳极氧化后得到的金属氧化物如Ti02、Zr02等通常具有较好的光催性能，因此可通过光催化还原沉积的方法来实现金属催化剂活性组分在阳极氧化所得纳米金属氧化物层内的负载。
[0007]强放热反应过程由于会在短时间内释放出大量的热量，从而导致反应器极易出现热点以及有效产物选择性下降等一系列严重后果。以金属板制作壁载化金属板式微通道反应器，微通道反应器能提供快速混合，催化剂壁载化能减小流动阻力，金属壁面能及时导出热量，反应温度可实现精确控制，消除局部过热，显著提高反应的收率和选择性。从而提高生产安全性、减少副产物并提高生产效率。
【发明内容】
[0008]
本发明的目的是提供一种新型壁载化金属板式微通道反应器的制造方法，尤其是应用于强放热气固催化反应过程的新型壁载化金属板式微通道反应器的制备技术。利用阳极氧化法和光催化还原沉积法将催化剂活性组分负载于壁面，减小反应器流动阻力，避免催化剂活性组分流失;利用金属片作为微通道反应器壁面，传热性能好，强放热反应过程反应区域接近恒温;反应器转化率和选择性均有提升。
[0009]本发明的关键在于通过阳极氧化的方法在金属片表面制备多孔金属氧化物层作为壁载化催化剂层载体，通过光催化还原沉积的方法将贵金属催化剂活性成分负载于阳极氧化法制备的多孔金属氧化物层载体上。
[0010]本发明实现上述目的采用的技术方案如下:
1.将宽度为1-100011，长度为1-100011，厚度为0.05-11111]1的钛或妈或铁或错或钼或铜金属板以砂纸打磨进行物理抛光处理，待金属表面光亮后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗，清洗后的金属板用氮气吹干；
2.将经抛光处理的金属板作为阳极，以铂电极或石墨电极为阴极，放入0.001-1OM浓度的含氟溶液或硫酸溶液或草酸溶液或氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液中进行阳极氧化，阳极氧化时间为1-180分钟，阳极氧化电压为1-100V;
3.将完成阳极氧化的金属板以去离子水冲洗3-5次，60-100°C下烘干，烘干后金属板置于马弗炉或管式炉中在空气气氛下于300-650°C进行退火处理；
4.将退火后的金属板放入盛有前驱体溶液容器中，按计量加入1-100ml的空穴捕获剂，以汞灯或氙灯为光源或直接置于太阳光下照射一定时间，即可将催化剂活性成分铂或钯或铑或钌或铜或镍或银或金负载于金属板上，得到壁载化催化剂金属板；
5.将相同尺寸的金属板采用线切割或刻蚀的方法在金属板上加工得到有特定形状微通道的微通道金属板，通道为单通道或平行多通道，通道截面为矩形或半圆形或弧形或三角形或梯形，截面尺寸范围为0.05-lmm，通道为直线通道或波浪形通道或折线通道或正弦形通道，通道长度为0.5-500cm ；
6.将相同尺寸的金属板采用线切割或刻蚀或钻孔的方法在金属板上加工得到有尺寸为0.05-lmm的进出开孔的盖板金属板；
7.将加工好的微通道金属板和盖板金属板以砂纸打磨进行物理抛光处理，然后依次用丙酮、无水乙醇以及去离子水进行超声处理后烘干，烘干后的微通道金属板和盖板金属板置于马弗炉或管式炉中，在空气气氛下700°C高温热处理2小时，以在其表面生成一层致密的氧化物薄膜作为保护；
8.将壁载化催化剂金属板，有特定形状微通道的微通道金属板和有进出开孔的盖板金属板三层叠合，构成微通道反应器单元，由该微通道反应器单元通过并联或串联组合后经机械密封构成完整的壁载化金属板式微通道反应器；
本技术发明的主要优点在于:
1.微通道反应器制作工艺简单，微通道尺寸可控，微通道反应器装配拆卸和催化剂及微通道更换更改均十分方便；
2.壁载化催化剂比表面积大，负载均匀，负载量小，该负载方式下催化剂机械强度高，不易脱落，催化性能稳定； 3.微通道反应器性能稳定，反应转化率和选择性均好；
4.微通道反应器传热性能好，无热点发生，反应区域接近恒温;流动阻力小，流体通过微通道压力降只有填充式微通道的30%;
5.该方法能将催化剂有效成分均匀的负载于载体上。
【附图说明】
[0011]
附图1为微通道反应器单元结构示意图其中，1:催化剂板;2:微通