CN105324174B - 生产包覆型催化剂的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产包覆型催化剂的方法，该方法包括以下步骤：a)在储存容器中提供含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的成分，b)在能围绕纵轴线旋转的容器中提供载体材料，c)将成分从储存容器中经由第一管道运送至喷嘴，d)将推进流体经由第二管道运送至喷嘴，e)使喷嘴中的成分和推进流体雾化以生产气溶胶，气溶胶流入到容器中并浸渍容器中存在的载体材料，f)加热容器(1)，使得气溶胶中所存在的液体从载体材料中蒸发，并且使得载有催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体的载体材料干燥，以及g)从容器中排出或取出蒸发的液体。本发明还涉及一种使载体材料承载有催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体的设备，该设备包括以下元件：A)储存容器，其用于含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的成分，B)用于载体材料的容器，其能够围绕纵轴线旋转，C)喷嘴，其通向能旋转的容器中，D)第一管道，其布置在储存容器与喷嘴之间并用于将成分从储存容器中运送至喷嘴，以及E)第二管道，其用于将推进流体运送至喷嘴。所述方法及设备允许以平稳且受控的方式将一个或多个活性成分施加于载体材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产包覆型催化剂的方法及设备。采用本发明，可以执行对各种形状的载体材料的浸渍，并生产使催化活性材料进入到载体中的不同渗透深度的包覆型催化剂。
背景技术
包覆型催化剂及生产它们的各种方法是已知的。
通常，各种形状的催化剂载体被浸渍液相成分，该液相成分富含催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体。
在催化剂载体被浸渍液相成分期间，催化活性成分和/或催化活性成分的前驱体不仅到达催化剂载体的表面上，而且还到达载体材料的多孔构造的微细通道中。浸渍方法的一个实例是干法浸渍(“初湿(incipient wetness)”方法)。这里，多孔载体材料浸渍有液相成分，该液相成分仅包含至多与载体材料的全部孔体积对应的液体量。在液相成分进入到载体材料的孔中之后，载体材料显得干燥。
当使用反应物时或当生产反应产物时，对这些反应物或反应产物而言常常不能或几乎不能朝向或远离催化活性成分扩散。在该情况下载体材料的狭窄开孔中的催化活性成分不参与或仅在有限程度上参与到反应中，或者因扩散而引起的在孔中的长时间停留引起不需要的二次反应。因此，期望使昂贵的活性成分尽可能沉积在载体材料的表面上或该表面的附近，广义来说，活性成分的外壳仅由围绕载体材料形成或在载体材料最上层中形成的几个原子层构成，或者活性成分的外壳由形成在载体材料的表面上或表面上层中的活性成分颗粒的独立聚积物构成。
从文献中了解了生产包覆型催化剂的各种方法。在典型喷射浸渍中，例如，如EP 0599 193 A1中所述那样，催化剂载体被放置在搅拌容器中，因搅拌容器的旋转而被混合并以可以使溶液的液相快速蒸发的方式被喷射有浸渍溶液。这样，相对较大批量的包覆型催化剂可以以适当的均匀性进行喷射浸渍。
从EP 2 420 317 A1、EP 0 672 450 A1、DE 28 14 262 A1、DE 197 34 974 A1和DE 197 34 975 A1中了解了将催化活性物质施加于催化剂载体的进一步的方法。
DE 102 33 864 A1公开了一种生产粉末产品的方法及设备，其中，液体活性材料被雾化并施加于载体材料。这里，活性材料与在超大气压下以液体、超临界或气体状态呈现的雾化介质一起以分离的产品流被运送至多流体喷嘴，并且雾化介质随后被减压，而活性材料被非常精细地雾化。雾化活性材料随后被引入到载体材料中。该设备被建议特别是应用于食品技术和制药业。
US 4,858,552 A1描述了一种造粒设备。这里，喷嘴可以用于将多种介质引入到流化床中。不仅液体成分而且气体成分也可以被引入到喷嘴中，以同心地围绕液体流被排出并协助液体的雾化。
到目前为止，在生产包覆型催化剂的已知方法中，通常使用仅由一种金属成分构成的前驱体溶液。当需要多种金属成分时，通常进行连续操作模式，即，在利用第一成分浸渍之后，执行利用第二成分的浸渍。多种金属前驱体溶液的使用通常因缺乏这种溶液的稳定性而不可行。用于喷射液相成分的先前已知系统的其他不足之处在于：缺少对推进气体的预热以及缺少对要喷射的成分的预热。同样，即使使用EP 0 599 193 A1中所述的这种喷嘴，当使用超声扩展喷嘴时，也很少注意到喷射流的变宽。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的目的在于提供一种生产包覆型催化剂的改进的方法及改进的设备，借助于本发明可以以更具针对性的方法执行载体材料的浸渍，本发明的方法及设备易于实现，并且借助于本发明可以显著地降低催化活性材料的消耗。
此外，应该借助于本发明改进生产包覆型催化剂的喷射方法，使得包含有催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的液体成分的可再生应用成为可能，特别是当使用亚稳态液体成分或仅具有低稳定性的液体成分时，例如，在胶状多种金属前驱体溶液的情况下。此外，应该得到催化剂载体上的精细且非常均匀分布的催化活性材料。
本发明提供一种生产包覆型催化剂的方法，该方法包括如下步骤：
a)在储存容器中提供含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的成分，
b)在可以围绕纵轴线旋转的容器中提供载体材料，
c)将上述成分从储存容器中经由第一管道运送至喷嘴，
d)将推进流体经由第二管道运送至喷嘴，
e)使喷嘴中的成分和推进流体雾化以生产气溶胶，该气溶胶流入到容器中并浸渍容器中存在的载体材料，
f)加热容器(1)，使得气溶胶中所存在的液体从载体材料中蒸发，并且使利用催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体处理过的细分的载体材料干燥，以及
g)从容器中排出或取出蒸发的液体。
在本发明的方法中可以使用适于生产包覆型催化剂的任意载体材料。这些载体材料可以具有任意形状，例如，以圆筒、圆锥体、球体、旋转椭球体、颗粒材料或颗粒呈现。载体材料可以是压实体或优选地具有多孔结构。
这些载体材料可以由任意材料构成，只要这些材料在预期反应的条件下是惰性且稳定的即可。典型载体材料的实例是例如Al2O3、SiO2、TiO2、ZnO、MgO、SnO2、CeO2、Fe2O3或例如活性碳或炭黑等碳。还可以使用基于尖晶石结构(例如MgAl2O4、CaAl2O4、ZnAl2O4或SnAl2O4)的载体或可以使用基于沸石的载体。
可以围绕纵轴线旋转的容器中的载体材料可以是无机载体材料，特别是金属氧化物或例如活性碳或炭黑等碳。
在本发明的方法中，可以使用适于生产包覆型催化剂和/或包覆型催化剂的前驱体的任意催化活性材料。
可以使用任意材料作为催化活性材料，只要这些材料在预期反应的条件下为惰性并催化地协助该反应的过程即可。催化活性材料的实例是例如过渡金属等金属，并特别是贵金属或从贵金属衍生出的复合物，例如，氧化物、卤化物或化合物。贵金属(例如，铂族金属、金、银或铼)或从贵金属衍生出的复合物以及Zn、Cu、Ni、Co和/或Fe通常用作催化活性材料。为了本发明的目的，铂族金属是金属钌、铑、钯、锇和铂。
表述“催化活性材料的前驱体”用于指代可以借助于例如氧化反应等化学反应而转换成催化活性材料的化合物。催化活性材料的前驱体的实例是金属有机复合物或金属化合物，当该金属有机复合物或金属化合物沉积在载体表面时，金属有机复合物或金属化合物的金属形成催化剂的催化活性成分。
根据本发明所生产的包覆型催化剂的实例是已提供的载体材料上的具有各种铂和锡含量在内的催化剂。
在实验室中生产这种催化剂的常规方式涉及借助于滴定管将六氯铂酸(hexachloroplatinate)溶液和氯化锡溶液手工滴到称出量的载体材料上。本发明的发明人已经发现：使用含有氯化锡的铂复合盐溶液的浸渍液因浸渍溶液的分解而可能存在非常多的问题。
根据本发明的浸渍方法能够在催化剂生产中取得显著的进步。本发明的喷射设备允许均匀地施加浸渍溶液，并且由于对载液的预热，所以可以发生溶剂的迅速蒸发。因此，可以非常快速地干燥灵敏的催化剂系统。此外，可以在不进行化学预处理的情况下生产限定的包覆型催化剂。对催化剂开发而言，可以以针对性的方法进行修改的浸渍方法开启了令人非常感兴趣的可能性。
催化活性物质优选地均匀分布在根据本发明生产的包覆型催化剂上。具体而言，催化活性物质以金属或金属氧化物的纳米粒子群形式呈现。借助于下文所述的新的喷射设备使载体材料上的该均匀分布成为可能，并且该均匀分布基本上基于含有催化活性物质和/或催化活性物质的前驱体在内的稳定液体的喷射。该液体可以以各种形式呈现。因此，该液体可以是例如液体中的催化活性物质和/或催化活性化合物的前驱体的溶液或分散体。
本方法优先采用如下方法：储存容器中的含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的成分是催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在液体中的溶液或分散体。可以在储存容器中搅拌溶液或分散体。特别是当将分散体从储存容器中运出时，在储存容器中搅拌分散体是有利的。
为了本描述的目的，胶体是液体中的细小分散的颗粒或微滴，即，分散介质。单个胶体颗粒或胶体微滴通常具有在1nm至10μm范围内的尺寸。
为了本描述的目的，分散体是由液体中的固体催化活性材料和/或固体催化活性材料的前驱体构成的多相(heterogeneous)成分，该材料和/或前驱体的直径通常在1nm至100μm范围内。
特别优先使用溶液，特别是一种或多种过渡金属和/或它们的前驱体的溶液。本发明的方法的一个优点在于：使流动液相迅速蒸发以及使催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体相关联地进行受控聚集，从而在载体材料的表面上和/或靠近表面的层中形成群(cluster)。这导致阻碍所施加的液体渗透进载体材料内部的较深的区域中。
可以通过设定喷射条件来影响液体渗透到载体材料的程度。因此，例如，可以加热液体和/或推进流体，以便在喷射之后使液体加速蒸发。含有催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的浓缩流体随后冲击载体材料的表面。浓缩流体仅可能困难地向载体材料中渗透。
所有适于在喷嘴中使用的流体可以用作本发明的方法中的推进流体。这些推进流体基本上可以是液体、气体或处于超临界状态的流体。优选地使用推进气体，尤其是惰性气体，即，由在喷射条件下不与要喷射的混合物的其他成分发生任意化学反应的成分构成的气体。然而，还可以使用反应流体。推进流体的实例是空气、氮气、氩气和在喷射条件下为气体的碳氢化合物。
本方法优选地采用如下方法：其中使用例如氮气或氩气等惰性气体作为喷射气体，并且在经由第二管道运送之前和/或在经由第二管道运送期间，将该惰性气体加热到例如在30℃至90℃范围内的温度。
本方法同样优选地采用如下方法：在储存容器中将成分加热到例如在30℃至90℃范围内的温度。
可以以任意方式执行将该成分从储存容器中排出到第一管道中。本方法优选地采用如下方法：通过将推进气体引入到储存容器中来将成分从储存容器中压入到第一管道中。作为替代，也可以借助于其他常规运送元件(例如，借助于计量泵)来实现将成分从储存容器中运送到第一管道中。
通向喷嘴的两个管道可以彼此分开地延伸或形成一个功能单元。
本方法优选地采用如下方法：第一管道在第二管道中延伸，并且在第一管道的外壁与第二管道的内壁之间形成同心中空空间，推进气体经由该同心中空空间被供给至喷嘴。
在本发明的方法中可以使用任意的喷嘴。
本发明的方法的一个优点在于：要施加于载体材料上的雾化气溶胶的表面积可以以有针对性且可控的方法增大。这允许将能量针对性地引入到气溶胶中(压降)。气溶胶颗粒的表面积的增大能够影响这些颗粒中存在的液体的蒸发速率。借助于其他措施(例如，增加气溶胶颗粒的温度)同样使蒸发速率增大成为可能。然而，对热敏浸渍溶液而言高温常常是不利的，并且蒸发通常不均匀地进行。细小的微滴(气溶胶)在能量上是不利的，并变得更容易被吸收在载体材料上且也更容易在载体材料上蒸发。
优选地使用超音速喷嘴。为了本发明的目的，超音速喷嘴是将流动通过喷嘴的介质在喷嘴的出口处加速到超音速的喷嘴。大体上，所有超音速喷嘴优选地用于执行本发明的方法。特别优选使用拉瓦尔(Laval)喷嘴或文丘里(Venturi)喷嘴，它们将流动通过喷嘴的介质在喷嘴的出口处加速到超音速。这些喷嘴被称为超音速文丘里喷嘴或超音速拉瓦尔喷嘴。
原则上还可以使用以音速或亚音速操作的喷嘴。
特别优选使用超音速扩展喷嘴，该超音速扩展喷嘴具有由欧几里德标准形状给定的单叶双曲面的形状。
(x/a)2+(y/b)2-(z/c)2＝1
这里，a、b和c是大于零的实数，a＝b且a/c大于1，并且
x、y和z是空间中喷嘴表面的坐标。
这种设计使对载体材料特别均匀且大面积地施加溶液或分散体成为可能。
在本发明的方法中所使用的可旋转的容器可以具有任意形状，并可以由任意材料构成，只要这些材料与生产包覆型催化剂的成分相容即可。容器优选地由金属、玻璃或陶瓷构成。容器优选地为旋转对称的。容器的旋转轴线沿容器的纵向经由开口延伸，喷嘴开设到该开口中。容器的旋转轴线尤其优选地在旋转主体的旋转轴线的位置延伸。
在本发明的方法的优选实施例中，可旋转的容器的旋转轴线沿该容器的纵向延伸，并相对于水平线倾斜50°至90°的角度，尤其是倾斜70°至80°的角度。
可旋转的容器可以包括具有光滑壁部的空的内部空间。在可旋转的容器的内部优选地存在用于混合细分的载体材料的功能内部，特别是伸出到容器的内部中的片层。这些“弯道(chicane)”帮助混合容器的内部中所存在的材料。
在浸渍载体材料且移除流体之后，从可旋转的容器中卸下浸渍且干燥的载体材料。
对从容器中移除的浸渍且干燥的载体材料进行煅烧处理。这里，将存在的任意前驱体物质转换成催化活性材料，并且催化活性材料被限制在载体上或载体中。用于煅烧步骤的典型温度取决于催化剂系统。例如，煅烧温度为从500℃至900℃。
可以选择性地在催化剂的干燥和煅烧之后随后进行清洗，以便去除在煅烧期间所形成的不需要的成分，例如，卤化物。这之后可以随之进行二次干燥和二次煅烧。
本发明的方法的特别优选的变型包括以下步骤：
i)提供催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在液体中的溶液或分散体，所述溶液或分散体在开始时被放置在储存容器(3)中，
ii)在可围绕纵轴线旋转的容器(1)中提供细分的载体材料，
iii)将惰性气体(31)引入到储存容器(3)中，使得储存容器(3)中所存在的溶液或分散体被运送到内毛细管(51)中，并在内毛细管(51)的端部(52)处进入到超音速扩展喷嘴(54)中，
iv)将推进流体(41)引入到外毛细管(53)中，内毛细管(51)在外毛细管(53)中延伸，以通过两个毛细管(51，53)限定同心中空空间，推进流体(41)在该同心中空空间中移动，并在同心中空空间的出口端进入到超音速扩展喷嘴(54)中，
v)在超音速扩展喷嘴(54)中进行推进流体(41)以及溶液或分散体的雾化，以产生流入到容器(1)中的气溶胶，且发生气溶胶的喷射流的加宽，
vi)使气溶胶与细分的载体材料在容器(1)中接触，使得气溶胶浸渍细分的载体材料，并且使得气溶胶沉积在细分的载体材料的表面上和/或接近表面的层中，
vii)加热容器(1)，使得气溶胶中所存在的液体从细分的载体材料中蒸发，以及
viii)从容器(1)中排出或取出蒸发的液体。
在细分的载体材料的接近表面的层被气溶胶浸渍的情况下，可以实现例如高达1mm的渗透深度，例如，0.5mm至1mm的渗透深度。
在本发明的设备的优选变型中，储存容器(3)配备有搅拌装置。
在本发明的方法的特别优选变型中，将储存容器中的推进流体和/或成分加热使得即使在气溶胶冲击载体材料之前气溶胶中所存在的液体的一部分也从容器中蒸发的温度，从而可以以有针对性的方法设定气溶胶进入到载体材料的渗透深度。
在本发明的方法的进一步优选的变型中，可旋转的容器围绕沿喷嘴的纵向延伸的轴线连续旋转，特别是围绕沿喷嘴的纵向延伸的旋转轴线连续旋转，优选的是，转速v＝3min-1至300min-1，特别优选的是，转速v＝10min-1至30min-1。
本发明的方法的进一步特别优选的变型涉及：对含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体的成分而言，设定喷射速率从而在喷射速率与液体的蒸发速率之间建立函数关系，其中，并且0.5<a<3.5，优选地为0.13<a<2.0，特别优选地为0.9<a<1.0。
本发明的方法允许：
·对不同形状且包括不同材料的催化剂载体进行浸渍，
·使用液体浸渍成分，该液体浸渍成分被可选择地加热并包含甚至呈催化活性材料的前驱体的形式的一种或多种催化活性材料、可选择性地进一步的添加物(例如，酸、碱基或例如pH调节剂(缓冲剂)等缓冲物质)或用于先前沉积在载体上的活性成分的固定剂(immobilizer)，
·通过分离喷射来分开施加不同成分的液体浸渍成分，
·使用可旋转的容器，该可旋转的容器具有弯道壁且围绕高度轴线(例如，玻璃烧瓶)倾斜，该弯道壁围绕其纵向进行连续旋转运动，以及
·使用喷嘴，该喷嘴被供应液体浸渍成分，液体浸渍成分在稍微超大气压下经由毛细管系统被运送至喷头并在喷头处以恒定质量流排出，并且该液体浸渍成分借助于与成形相关的超音速扩展喷嘴，与可选择地被预热的载液一起在毛细管的端部被雾化，以产生喷射流加宽大的喷雾。
本发明还提供一种将催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体施加于载体材料的设备。该设备以下述元件的存在为特征：
A)储存容器，其用于含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的成分，
B)容器，其可以围绕纵轴线旋转且用于载体材料，
C)喷嘴，其通到可以旋转的容器中，
D)第一管道，其布置在储存容器与喷嘴之间，并用于将成分从储存容器中运送至喷嘴，以及
E)第二管道，其用于将推进流体运送至喷嘴。
在本发明的设备的优选变型中，储存容器和可旋转的容器配备有加热装置。
在本发明的设备的进一步优选变型中，配备有加热装置的储存容器设置用于推进流体并与第二管道连接，和/或第二管道配备有加热装置。
本发明的设备的进一步优选变型的特征在于：第一管道在第二管道中延伸，使得在第一管道的外壁与第二管道的内壁之间形成同心中空空间。这里，同心中空空间优选地具有间隙直径，在给定的气体进气压力下，该间隙直径使在同心中空空间中流动的推进流体的流量增加多倍，并且第二管道的指向可旋转的容器方向的端部具有对数开口以形成超音速扩展喷嘴。
在本发明的设备的特别优选的实施例中，第一管道在第二管道中延伸，使得在第一管道的外壁与第二管道的内壁之间形成同心中空空间，第一管道的朝容器的方向敞开的端部可以沿纵轴线的方向移动，并且第二管道的外壁在朝容器的方向敞开的端部处变宽，以形成喷嘴，并且从第一管道的端部排出的液流加宽且喷射出来。
根据本发明的进一步优选的设备的特征在于：喷嘴是超音速扩展喷嘴，优选地是拉瓦尔喷嘴或文丘里喷嘴。
根据本发明的更进一步优选的设备的特征在于：在用于混合细分的载体材料的功能内部优选地存在于可旋转的容器的内部中的情况(特别是片层伸入到容器的内部)下，可旋转的容器具有如下旋转轴线，该旋转轴线沿容器的纵向延伸并相对于水平线倾斜50°至90°的角度，优选地为70°至80°。
附图说明
本发明借助于图1至图3通过举例来进行描述。
图1通过举例来示出了本发明的喷射设备的变型，
图2示出了喷头的正视图，以及
图3示出了喷头的剖切侧视图。
具体实施方式
图1示出了用于催化活性物质的前驱体的溶液或分散体的被加热的储存容器(3)，溶液或分散体被供应至喷头(5)。该溶液或分散体借助于惰性气体(31)被推压通过第一管道或通过内毛细管(51)，并在开设到例如超音速扩展喷嘴(54)等喷嘴中的排出开口(52)处被排出，进入到玻璃烧瓶(1)。溶液或分散体的经由内毛细管(51)的运送得到惰性气体(41)的协助，该惰性气体(41)已经在气体预热装置(4)中被预热并被引入到同心的第二管道或外毛细管(53)中。可以借助于加热线圈(55)对内毛细管(51)和外毛细管(53)加热。可以利用热电偶(56)确定温度。惰性气体(41)离开同心的外毛细管(53)并与溶液或分散体一起流动通过喷嘴(54)。在喷嘴(54)处排出的流体被雾化，并因喷嘴(54)的对数形状而被迫产生喷射流的巨大加宽以及与对数形状相关的更均匀分布。可以通过设定惰性气体(41)的压力以及排出开口(52)与超音速扩展喷嘴(54)的相对横向位移Δd来调节喷射流加宽和喷射速率。玻璃烧瓶(1)被旋转调节型电动机驱动为例如在15min-1至300min-1范围内的转速。在下文所述的喷射浸渍的实例中，使用20min-1的转速。为了实现更好的混合，玻璃烧瓶(1)配备有位于壁部和底部的弯道(11)。此外，玻璃烧瓶(1)相对于高度轴线倾斜75°。为了实现浸渍溶液的以沸点Ts为特征的溶剂的快速蒸发，在水槽或油槽(2)中将烧瓶保持在T～0.9Ts的温度。
图2示出了喷头(5)的正视透视图。示出了具有排出开口(52)的内毛细管(51)以及形成有超音速扩展喷嘴(54)的外毛细管(53)。这些元件被加热装置(55)包围。加热装置(55)额外地包括用于热电偶(56)的引导管(57)。此外，存在加热杆(58)；对加热装置(55)没有延续到喷嘴(54)的情况而言，选择地提供加热杆(58)。喷头(5)还被绝缘层(59)覆盖。
图3示出了喷头(5)的剖切侧视图。示出了具有排出开口(52)的内毛细管(51)、同心的外毛细管(53)以及超音速扩展喷嘴(54)，该超音速扩展喷嘴(54)通过使排出开口(52)附近的外毛细管(53)变宽来形成。外毛细管(53)理想地呈对数函数地张开。在内毛细管(51)的右手端，用虚线示出了排出开口(52)可以位移距离Δd。
下述实例用于描述本发明而不限制本发明。使用图1至图3所述的设备执行实例中所述的喷射试验。
实例1
将要在烧瓶(1)中浸渍的载体材料的温度是82℃。在喷嘴的内毛细管(51)中将水性的、有色的浸渍溶液加热至95℃。在250℃下，同心的毛细管(53)中的2.0巴的氩气流的进气压力以1.1ml/min的体积流量喷射溶液。这导致浸渍溶液进入到载体材料的渗透深度为约0.05mm。溶液的量与载体的摄入(uptake)量对应。在喷射过程完成之后，现在稍微附着的被浸渍的载体花费约1分钟来变为自由流动。
实例2
将要在烧瓶(1)中浸渍的载体材料的温度是84℃。在喷嘴的内毛细管(51)中含贵金属盐的浸渍溶液被加热至82℃。在250℃下，同心的毛细管(53)中的2.0巴的氩气流的进气压力以1.6ml/min的体积流量喷射浸渍溶液。这导致浸渍溶液进入到载体材料的渗透深度为约0.1mm。溶液的量与载体的摄入量对应。在喷射过程完成之后，现在稍微附着的被浸渍的载体花费约3.5分钟来变为自由流动。
实例3
将要在烧瓶(1)中浸渍的载体材料的温度是81℃。在喷嘴的内毛细管(51)中将具有比实例2高的粘性的含双金属盐的浸渍溶液加热至82℃。在250℃下，同心的毛细管(53)中的2.0巴的氩气流的进气压力以2.5ml/min的体积流量喷射浸渍溶液。这导致浸渍溶液进入到载体材料的渗透深度为约0.6mm。溶液的量与载体的摄入能力对应。在喷射过程完成之后，现在稍微附着的被浸渍的载体花费约4.5分钟来变为自由流动。
用于这些实例的氩气流在同心的毛细管(53)中以限定的体积流量喷射从内毛细管(51)排出的液体。对确定微滴尺寸而言，气体流量与液体体积流量的比率是重要的。利用氩气进气压力确定排出气体流量。液体流量可以借助于储存容器(3)中的气压进行设定，或者例如还可以借助于计量泵进行设定。对确定微滴尺寸而言，内毛细管(51)的排出开口(52)与超音速扩展喷嘴(54)之间的间隔同样是重要的。
Claims (34)
1.一种生产包覆型催化剂的方法，所述方法包括如下步骤：
a)在储存容器中提供含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的成分，
b)在能够围绕纵轴线旋转的容器中提供载体材料，
c)将所述成分从所述储存容器中经由第一管道运送至喷嘴，
d)将推进流体经由第二管道运送至所述喷嘴，
e)使所述喷嘴中的所述成分和所述推进流体雾化以生产气溶胶，所述气溶胶流入到所述容器中并浸渍所述容器中存在的所述载体材料，
f)加热所述容器，使得所述气溶胶中所存在的液体从所述载体材料中蒸发，并且使得已经利用所述催化活性材料和/或所述催化活性材料的所述前驱体处理过的所述载体材料干燥，以及
g)从所述容器中排出或取出蒸发的液体，
其中，所述第二管道的外壁在朝所述容器的方向敞开的端部处变宽，以形成喷嘴，在所述喷嘴中，从所述第一管道的端部排出的液流加宽且喷射出来，并且
所述第一管道的朝所述容器的方向敞开的端部能够沿所述纵轴线的方向移动并且能够到达所述喷嘴的外部。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷射流体是惰性气体，且在经由所述第二管道运送之前和/或在经由所述第二管道运送期间被加热。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的所述成分在所述储存容器中被加热。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将推进流体引入到所述储存容器中或借助于计量泵，将含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的所述成分从所述储存容器中压入到所述第一管道中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储存容器中含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的所述成分是催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在所述液体中的溶液或分散体，所述溶液或所述分散体能够在所述储存容器中被搅拌。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一管道在所述第二管道中延伸，并且在所述第一管道的外壁与所述第二管道的内壁之间形成同心中空空间，所述推进流体经由所述同心中空空间被供给至所述喷嘴。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用超音速扩展喷嘴用作喷嘴。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述超音速扩展喷嘴是拉瓦尔喷嘴或文丘里喷嘴。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，安装成能旋转的所述容器中的所述载体材料是无机载体材料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述无机载体材料是金属氧化物或碳。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，能旋转的所述容器的所述旋转轴线沿能旋转的所述容器的纵向延伸，并相对于水平线倾斜20°至75°的角度。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在能旋转的所述容器的内部存在有用于混合所述载体材料的功能性内部。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述功能性内部是伸出到所述容器的内部中的片层。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述液体蒸发之后，经过浸渍的载体材料从所述容器中取出，并在500℃至900℃的温度下进行煅烧处理。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
i)提供催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在液体中的溶液或分散体，所述溶液或分散体在开始时被放置在储存容器(3)中，
ii)在能围绕纵轴线旋转的容器(1)中提供载体材料，
iii)将惰性气体(31)引入到所述储存容器(3)中，使得所述储存容器(3)中所存在的所述溶液或分散体被运送到第一管道(51)中，并在所述第一管道(51)的端部(52)处进入到超音速扩展喷嘴(54)中，
iv)将推进流体(41)引入到第二管道(53)中，所述第一管道(51)在所述第二管道(53)中延伸，以通过所述第一管道(51)和所述第二管道(53)限定同心中空空间，所述推进流体(41)在所述同心中空空间中移动并在所述同心中空空间的出口端进入到所述超音速扩展喷嘴(54)中，
v)在所述超音速扩展喷嘴(54)中进行所述推进流体(41)以及所述溶液或分散体的雾化，以产生流入到所述容器(1)中的气溶胶，且发生所述气溶胶的喷射流的加宽，
vi)使所述气溶胶与所述载体材料在所述容器(1)中接触，使得所述气溶胶浸渍所述载体材料，并且使得所述气溶胶沉积在所述载体材料的表面上和/或接近所述表面的层中，
vii)加热所述容器(1)，使得所述气溶胶中所存在的所述液体从所述载体材料中蒸发，以及
viii)从所述容器(1)中排出或取出蒸发的液体。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，将所述推进流体和/或所述储存容器中的所述成分加热到使得即使在所述气溶胶冲击所述载体材料之前所述气溶胶中所存在的所述液体的一部分也从所述容器中蒸发的温度，从而能以有针对性的方法设定所述气溶胶进入到所述载体材料的渗透深度。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，能旋转的所述容器围绕沿所述喷嘴的纵向延伸的轴线连续旋转。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，能旋转的所述容器围绕沿所述喷嘴的纵向延伸的旋转轴线连续旋转，转速v＝3min-1至300min-1。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述转速v＝10min-1至30min-1。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的所述成分而言，设定所述喷射速率从而在喷射速率与所述液体的蒸发速率之间建立函数关系，其中，并且0.5<a<3.5。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的所述成分而言，设定所述喷射速率从而在喷射速率与所述液体的蒸发速率之间建立函数关系，其中，并且0.13<a<2.0。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，0.9<a<1.0。
23.一种将催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体施加于载体材料的设备，所述设备包括以下元件：
A)储存容器(3)，其用于含有液体和催化活性材料和/或催化活性材料的前驱体在内的成分，
B)容器(1)，其能围绕纵轴线旋转且用于载体材料，
C)喷嘴(54)，其通到能旋转的所述容器(1)中，
D)第一管道(51)，其布置在所述储存容器(3)与所述喷嘴(54)之间，并用于将所述成分从所述储存容器(3)中运送至所述喷嘴(54)，以及
E)第二管道(53)，其用于将推进流体(41)运送至所述喷嘴(54)，
其中，所述第二管道(53)的外壁在朝所述容器(1)的方向敞开的端部处变宽，以形成喷嘴(54)，在所述喷嘴(54)中，从所述第一管道(51)的端部排出的液流加宽且喷射出来，并且
所述第一管道(51)的朝所述容器(1)的方向敞开的端部能够沿所述纵轴线的方向移动并且能够到达所述喷嘴(54)的外部。
24.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述储存容器(3)配备有搅拌装置。
25.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述储存容器(3)和能旋转的所述容器(1)配备有加热装置。
26.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，配备有加热装置的储存容器(4)设置用于推进流体并与所述第二管道(53)连接，和/或所述第二管道(53)配备有加热装置。
27.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述第一管道(51)在所述第二管道(53)中延伸，使得在所述第一管道(51)的外壁与所述第二管道(53)的内壁之间形成同心中空空间。
28.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，所述同心中空空间具有间隙直径，在给定的气体进气压力下，所述间隙直径使在所述同心中空空间中流动的所述推进流体的流量增加多倍，并且所述第二管道的指向能旋转的所述容器的方向的端部具有对数开口以形成超音速喷嘴(54)。
29.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述喷嘴(54)是超音速喷嘴。
30.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述超音速喷嘴是拉瓦尔喷嘴或文丘里喷嘴。
31.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，能旋转的所述容器(1)具有沿所述容器(1)的纵向延伸的旋转轴线，所旋转轴线相对于水平线倾斜50°至90°的角度。
32.根据权利要求31所述的设备，其特征在于，所旋转轴线相对于水平线倾斜70°至80°的角度。
33.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，在能旋转的所述容器(1)的内部存在有用于混合所述载体材料的功能性内部(11)。
34.根据权利要求33所述的设备，其特征在于，所述功能性内部(11)是伸入到所述容器的所述内部中的片层。
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