CN107500246B - 一种催化剂微球成型部件及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及催化剂制备技术领域，具体提供了一种催化剂微球成型部件，该部件由一基体及排布于其上的若干纳米线构成，通过采用具有双疏性能的纳米线阵列作为与待成球制剂相接触的界面，使得制剂在滴落至其表面时，由水滴状迅速聚集成小球；再通过进一步限定接触界面的角度，使得小球成型后能够迅速沿表面滚动，直至脱离该微球成型部件。采用本发明提供的催化剂微球成型部件进行催化剂微球制备，成球质量稳定、制备效率高，并且成球过程操作条件不苛刻，也不需要消耗矿物油。本发明提供的催化剂微球成型部件，可以应用于多种催化剂的制备过程。

Description

一种催化剂微球成型部件及其应用

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种催化剂微球成型部件及其应用。

背景技术

目前工业应用的加氢精制催化剂基本为圆柱形、三叶草形或四叶草条形，然而由于加氢反应器往往高径比较大，反应器直径较小，不利于具有上述形状的催化剂的装填和卸出，并且较难实现均匀的密相装填，鉴于此，球形加氢精制催化剂应运而生。

现有的生产球形颗粒催化剂的方法主要有喷雾干燥法、滚动成型法、球形整粒法和油中成型法，其中，喷雾干燥法只适合制备几微米至几十微米粒径的催化剂；滚动成型法所制得的颗粒催化剂的密度一般较小，强度较差；球形整粒法的制备过程复杂，且制得的催化剂粒度均一性差；而油中成型法能够得到不同粒径分布的催化剂，且催化剂的密度可控、粒度较为均匀，但不足之处在于该方法制得的催化剂容易形成水滴状，带有一个锋利的尾部形状，致使其很容易在反应器中断裂，不仅造成催化剂的损耗，而且还会堵塞反应器、引发事故。

为此，研究人员希望通过优化操作参数以及用以成型的油来解决上述问题，例如，中国专利文献CN1204964C公开了一种利用油氨柱成型法制备球状氧化铝载体的方法，该方法通过将氧化铝溶胶滴入由0.1～4.5毫米的上层油相和10～300厘米的下层电解质氨水溶液相组成的油氨柱中，使氧化铝溶胶先在油相内形成小球，接着进入氨水相中老化，再经干燥、焙烧生成氧化铝微球。但由于该技术所采用的油相较薄，当滴球速度略快或单位落球量略大时，必然会导致油相波动变化，矿物油将随着催化剂微球进入水相，从而在油水交界处形成乳化层，一则造成矿油损失，二则还会影响微球的成型质量，也即是，现有的油中成型技术对油层厚度、滴球速度、单位落球量等的要求均比较高，难以满足大规模生产的需求。

综上可见，如何克服现有的催化剂微球油中成型技术操作条件苛刻、成球效率低、成球质量不稳定、并且消耗矿物油的缺陷是该领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的催化剂微球油中成型技术所存在的操作条件苛刻、成球效率低、成球质量不稳定、且消耗矿物油的缺陷，进而提供一种操作简单、成球效率高、成球质量稳定且无需矿物油的催化剂微球成型部件及其应用。

为此，本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种微球成型部件，包括基体及排布于所述基体至少一表面上的若干纳米线，所述纳米线的一端与所述基体相连，所述纳米线的另一端构成用于承接微球前体的接触面，所述接触面与竖直方向的夹角为5～85°；

所述纳米线的另一端具有双疏涂层，或者所述纳米线的另一端的材质为双疏材料。

所述接触面为一平面。

所述接触面包括至少两个平面，每个所述平面与竖直方向的夹角均为5～85°，且所述平面距离地面的高度沿所述微球前体的运动方向依次减小。

所述接触面呈台阶状。

所述接触面与竖直方向的夹角为10～40°。

所述接触面的长度大于等于2cm。

所述纳米线的直径为20～300nm，相邻两个所述纳米线的另一端之间的距离不超过1μm。

所述纳米线的长度为1-50μm。

若干所述纳米线平行设置，且每条所述纳米线均垂直于所述基体。

所述微球前体在与所述接触面接触前作自由落体运动。

所述的微球成型部件在制备催化剂微球中的应用。

所述催化剂微球成型部件在催化剂制备时的用途。

本发明提供的技术方案具有以下优点：

1.本发明提供的催化剂微球成型部件，由一基体及排布于其上的若干纳米线构成，通过采用具有双疏性能的纳米线阵列作为与待成球制剂相接触的界面，使得制剂在滴落至其表面时，由水滴状迅速聚集成小球；再通过进一步限定接触界面的角度，使得小球成型后能够迅速沿表面滚动，直至脱离该微球成型部件。采用本发明提供的催化剂微球成型部件进行催化剂微球制备时，成球质量稳定、制备效率高，并且成球过程操作条件不苛刻，也不需要消耗矿物油。

2.本发明提供的催化剂微球成型部件，在其制备过程中，通过对纳米线阵列进行切割，将其按特定方向紧密排列，获得了具有台阶状形貌的表面，又通过对二氧化硅纳米线阵列的氟硅改性使得该阵列具有低的表面能，获得了很好的双疏性能，二者的结合相当于在催化剂微球成型部件的表面形成了多个“小滑梯”，使滴落于其上的制剂快速的成型并滚落。并呈间歇式台阶状弹跳，在表面张力和弹跳反作用力的共同作用下，快速形成规整的球状结构，从而稳定、高效的制得小剂量球状催化剂。

3.本发明提供的催化剂微球成型部件，可以应用于多种催化剂微球的制备，其制备工艺简单，且原料均为可购产品，易于实现工业化生产。

附图说明

图1为实施例1提供的微球成型部件的剖面结构示意图。

图2为实施例2提供的微球成型部件的制备流程简图。

上述附图中的附图标记说明如下：

1-成型部件本体的平面；2-成型部件与纳米线阵列的结合层；31-双疏纳米线阵列的上表面；32-双疏纳米线阵列的斜切面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的催化剂微球成型部件包括基体及排布于所述基体上表面上的若干纳米线，所述纳米线的一端与基体相连，纳米线的另一端具有双疏涂层并构成用于承接微球前体的接触面，所述接触面为一平面，该平面与竖直方向的夹角为80°；所述微球前体在与所述接触面接触前作自由落体运动。

在本实施例中，基体为一直径2cm的盘状结构并与水平面呈10°设置；所有的纳米线等高且相互平行，所述纳米线的直径为100nm、长度为1-50μm，相邻两个所述纳米线的另一端之间的距离不超过1μm，同时确保纳米线能够均匀排满所述基体的表面。

本实施例中的微球前体是氧化铝溶胶，当然在其它实施例中也可以是能够在电解质溶液中固化的物质，这些都适用于本发明。

实施例2

如图2所示，本实施例提供的催化剂微球成型部件包括基体及排布于所述基体上表面上的若干由双疏材料制得的纳米线，所述纳米线的一端与基体相连，纳米线的另一端构成用于承接微球前体的接触面，所述接触面由多个平面组成，每个所述平面与竖直方向的夹角均为60°，且所述平面距离地面的高度沿所述微球前体的运动方向依次减小，例如呈台阶状，请见图2；利用喷枪将所述微球前体喷洒于所述微球成型部件上，以使所述微球前体在所述接触面上自由滚动。

在本实施例中，基体为一长度5.5cm的带状结构并与竖直方向承45°设置；所有的纳米线相互平行，所述纳米线的直径为300nm、长度为10-45μm，相邻两个所述纳米线的另一端之间的距离不超过1μm，同时确保纳米线能够均匀排满所述基体的表面。

本实施例中的催化剂微球成型部件可以与现有的油氨柱中的电解质氨溶液配合使用，具体地，所述电解质氨溶液设置于所述成型部件的下方。

本实施例还提供了一种制备如图2所示结构的催化剂微球成型部件的方法，包括以下步骤：

(1)制备二氧化硅复合阵列：

获得通孔氧化铝模板，将其与通孔平行的四面用聚乙烯薄膜紧密包裹，将其浸渍于正硅酸乙酯溶液里，生成二氧化硅，剥去聚乙烯薄膜，即制得二氧化硅纳米线阵列；

将该纳米线阵列置于一平面上，使得纳米线垂直于该平面，定义该阵列上下表面与四个侧面。

(2)制备具有斜面的纳米线阵列：

切割去除四个侧面，切割厚度至纳米二氧化硅纳米线可见，再对该阵列由上表面向下表面进行斜面切割，如图1所示，该斜面31与二氧化硅纳米线阵列上表面形成的较小的角度为15°，至此，二氧化硅纳米线阵列被分为两个部分；

通过重复步骤(1)和(2)，制备多个具有斜面的二氧化硅纳米线阵列。

(3)制备成型部件前体：

获得不锈钢平板，并在其平面上涂覆一层环氧树脂粘接剂；

将步骤(2)制得的具有斜面31的二氧化硅纳米阵列，紧密排列至环氧树脂粘接剂表面，将二氧化硅纳米阵列的斜面31与环氧树脂贴合，并使得所有的二氧化硅纳米阵列按照同方向排列，及所有的二氧化硅纳米线阵列较薄的一面向一个方向，如图2所示，使得成型部件上表面纵切面具有锯齿状槽沟结构，再升温使得环氧树脂粘接剂固化，形成结合层2。

(5)得到催化剂微球成型部件：

将步骤(4)得到的成型部件前体的具有二氧化硅纳米线阵列的一面浸渍入5wt％的磷酸与2wt％铬酸的混合溶液中，腐蚀60分钟，除去氧化铝模板，去离子水洗涤后烘干；

采用氟硅偶联剂对催化剂微球成型部件的上表面进行改性，至此制得催化剂微球成型部件。

将微球前体--氧化铝凝胶喷洒至成型部件的上表面，所述氧化铝凝胶迅速聚集成球状，并在成型部件的台阶状接触面和成型部件所设置角度的共同作用下跳动滚落直至脱离所述成型部件。多次的弹跳受力可以使得氧化铝微球的球型更加规整，并加快成型速度。脱离成型部件的氧化铝凝胶微球落入电解质氨溶液中，待老化后取出焙烧，制得氧化铝催化剂载体微球。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种微球成型部件，其特征在于，包括基体及排布于所述基体的表面上的若干纳米线，所述纳米线的一端与所述基体相连，所述纳米线的另一端构成与竖直方向夹角为5～85°的接触面，所述接触面用于承接滴落的微球前体；

所述纳米线的另一端具有双疏涂层，或者所述纳米线的另一端的材质为双疏材料。

2.根据权利要求1所述的微球成型部件，其特征在于，所述接触面为一平面。

3.根据权利要求1所述的微球成型部件，其特征在于，所述接触面包括至少两个平面，每个所述平面与竖直方向的夹角均为5～85°，且所述平面距离地面的高度沿所述微球前体的运动方向依次减小。

4.根据权利要求3所述的微球成型部件，其特征在于，所述接触面呈台阶状。

5.根据权利要求1-4任一项所述的微球成型部件，其特征在于，所述接触面与竖直方向的夹角为60～80°。

6.根据权利要求1-5任一项所述的微球成型部件，其特征在于，所述接触面的长度大于等于2cm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的微球成型部件，其特征在于，所述纳米线的直径为20～300nm，相邻两个所述纳米线的另一端之间的距离不超过1μm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的微球成型部件，其特征在于，所述纳米线的长度为1-50μm。

9.根据权利要求1-8任一项所述的微球成型部件，其特征在于，若干所述纳米线平行设置，且每条所述纳米线均垂直于所述基体。

10.根据权利要求1-9任一项所述的微球成型部件，其特征在于，所述微球前体在与所述接触面接触前作自由落体运动。

11.权利要求1-10任一项所述的微球成型部件在制备催化剂微球中的应用。