CN110721667A - 制备球形催化剂珠粒的设备和方法 - Google Patents
制备球形催化剂珠粒的设备和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110721667A CN110721667A CN201910234142.7A CN201910234142A CN110721667A CN 110721667 A CN110721667 A CN 110721667A CN 201910234142 A CN201910234142 A CN 201910234142A CN 110721667 A CN110721667 A CN 110721667A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- droplet
- coating
- beads
- rolling device
- ultraphobic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011324 bead Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title description 51
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 49
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 47
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 claims description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 25
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 21
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 metal oxide compound Chemical class 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 description 2
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 2
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N aluminium silicate Chemical compound O=[Al]O[Si](=O)O[Al]=O PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 description 1
- 238000007602 hot air drying Methods 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002738 metalloids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
- B01J2/02—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
- B01J2/06—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a liquid medium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
- B01J2/02—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
- B01J2/20—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by expressing the material, e.g. through sieves and fragmenting the extruded length
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/04—Alumina
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/51—Spheres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0072—Preparation of particles, e.g. dispersion of droplets in an oil bath
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
- B01J37/0221—Coating of particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
- B01J37/0225—Coating of metal substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/021—After-treatment of oxides or hydroxides
- C01F7/025—Granulation or agglomeration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/32—Spheres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本申请公开了用于制备均匀球形珠粒的设备和方法。具体地，通过以下方法制备均匀球形珠粒：将液滴滴在液滴滚动装置表面上，使液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒，并通过珠粒收集器来收集珠粒。
Description
技术领域
本发明涉及均匀球形催化剂珠粒的制备，更具体地涉及利用超疏性涂层制备均匀球形珠粒的设备和方法。
背景技术
珠粒形成材料通常是水溶胶，或含二氧化硅、氧化铝或二氧化硅-氧化铝的浆料。珠粒通常是用作催化剂、催化剂载体或基质、吸附剂或离子交换材料的金属氧化物。通常，诸如气体液化的催化过程需要用催化剂材料覆盖的大表面积的反应器。均匀球形催化剂珠粒具有提供可以发生化学反应的大表面积的潜力。因此，在催化过程中需要均匀球形催化剂。
球形催化剂珠粒具有许多优于其它形状的优点，因为它们允许均匀填充，从而使压降的变化最小化，并且增加了反应物流通过床与催化剂有效接触的趋势，其用于移动床系统，产生了更好的流动性。
至少有六种不同的用于产生球形催化剂珠粒的技术(破碎、喷雾干燥、造粒、压片、挤出、油滴)。由液体方法制备的常用方法中的两种称为喷雾干燥和油滴法。
美国专利号125,406中描述的喷雾干燥技术将粉末悬浮在水中，产生浆料，该浆料通过喷嘴喷射以产生小液滴的颗粒，进入热空气干燥。然而这种技术适用于直径小于1mm的颗粒，它不适用于尺寸约为1mm至13mm的大尺寸颗粒。
油滴法(美国专利2,620,314)将少量可控量的催化剂溶液如氧化铝水溶胶与内部胶凝剂(六亚甲基四胺)一起滴入热油浴中。热油浴由重油或轻油组成，并且包含在柱或盘中。由于液滴主要由水组成，因此它不溶于油，并形成球体。然后水凝胶球体被吸引到油浴的底部并逐渐胶凝以保持球体的结构完整性。然后水凝胶球在热油中老化，然后洗涤、干燥并且在425℃至750℃的温度下煅烧。液滴在浸入油中之前是不规则形状的；非均匀尺寸的颗粒，并且由于表面张力的作用而仅在热油浴中呈现球形。由该方法制备的球形催化剂珠粒通常是不均匀的，尺寸小。
美国专利号4,628,040公开了油滴浴的替代方案，除去了油浴，并使用毛细管、文丘里管和不混溶的流体如气体或油来制备均匀球形催化剂珠粒。通过将毛细管的末端放置在文丘里管的喉部处来产生均匀的金属/非金属氧化物浆料液滴。不混溶的流体流过文丘里管并将液滴从毛细管的末端分离，产生均匀的球形液滴，其被硬化成球形珠粒。
还有其他专利已经对这些技术进行了改进(US 6,797,203)，这些技术将含水陶瓷浆料流入喷嘴枪头，喷嘴枪头浸入水不混溶流体中，以产生球形珠粒。美国专利号8,256,091使用具有精确尺寸的球形室腔的筛板，其中一定体积尺寸的液体悬浮液与流体一起释放到室中，该流体可将整个球形液体悬浮液排出到环境中以进行进一步改性，例如硬化。但是，没有使用超双疏性涂层板生成球形珠粒。超双疏性用于描述对高表面和低表面张力液体(油)均排斥的表面。
发明内容
本发明的一方面涉及一种由液体悬浮液制备球形珠粒的设备，包括：液滴产生装置，所述液滴产生装置用于产生液滴；液滴滚动装置，所述液滴滚动装置表面包括超疏性涂层；以及珠粒收集器。所述液滴滚动装置和所述珠粒收集器被定位成使得所述液滴在到达所述珠粒收集器之前从所述液滴滚动装置的一个点移动到另一个点。优选地，所述超疏性涂层是超疏水性涂层和/或超疏油性涂层。
本发明的另一方面涉及一种由液体悬浮液制备球形珠粒的方法，所述方法包括提供液体悬浮液的液滴；将所述液滴滴在液滴滚动装置表面上，其中，所述液滴滚动装置表面包括超疏性涂层；通过将在所述液滴滚动装置表面上的所述液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒；以及通过珠粒收集器收集所述珠粒。所述珠粒的平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)。
根据本发明的方法是有益的。与现有方法相比，利用包括超疏性涂层的液滴滚动装置表面制备珠粒的方法，可显著降低成本并且改善珠粒的均匀性。
本发明提供制备球形催化剂珠粒的方法。通过包含液体悬浮液的液滴产生装置产生形成珠粒液体的均匀液滴，并且所述液滴产生装置的枪头位于具有倾斜角的、表面具有超疏性涂层的液滴滚动装置的顶部。液滴在具有倾斜角的超双疏性涂层表面上滚动，并受到加热以硬化。由于超双疏性涂层的低表面能，液滴/液体/悬浮液在硬化之前不会粘附到超双疏性涂层板的表面上并且在空气中保持液滴球形。由于液滴滚动装置表面相对于水平面的轻微倾斜，液滴滚动以产生均匀的接近球形的催化剂珠粒，其由均匀的催化金属组成，可以制成球珠状催化剂。通过改变形成珠粒液体的液滴体积，可以调节珠粒的尺寸。
附图说明
包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了下面描述的若干实施例。
图1示出了包括加热元件的用于制备球形催化剂珠粒的设备的实施例。
图2A-2C示出了包括以下液滴滚动装置的设备的实施例：(A)三个超疏性涂层板，(b)漏斗设计，和(c)螺旋设计。
图3示出了根据本发明的一些实施例形成的球形铝催化剂珠粒。
图4示出了根据本发明的一些实施例形成的球形氧化铝珠粒。
具体实施方式
在描述若干示例性实施例之前，应理解，本发明不限于以下公开内容中阐述的结构或处理步骤的细节。本文提供的公开内容能够具有其他实施方式，并且能够以各种方式实施或进行。
本发明的实施例提供用于制备球形珠粒的设备和方法，优选平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)的球形催化珠粒。
图1是用于制备球形珠粒的设备100的简要示意图。设备100具有三个部分。第一部分是液滴产生装置10。液滴产生装置10包括流体贮存器11和枪头12，液滴可以从枪头12分配。在一些实例中，液滴产生装置10是微量移液器，微量体积的液滴通过移液器枪头分配。
第二部分是液滴滚动装置20，其包括至少一个超疏性涂层板21。如本文所用，术语“超疏性”定义为疏水(油)角等于或大于150°。超疏性涂层板21可以具有三层：金属板22(例如铝板)，在金属板的表面上的超疏性涂层23，以及粘附到金属板的另一表面的至少一个加热元件24。在一些实例中，至少一个超疏性涂层板21是倾斜的，并且至少一个超疏性涂层板21与水平面之间的角度可为0至90度之间。在一些其他实例中，液滴滚动装置被加热到不能够引起超疏性涂层23变形的温度。温度优选为约80℃至约120℃之间。在另一个实例中，超疏性涂层是超双疏性涂层。如本文所用，术语“超双疏性”是指超疏水(提供低表面张力)、超疏油、热稳定和耐久的。涂层超疏水性为表面提供低表面能，因此水基悬浮液不会粘附到其上。类似地，油基液体悬浮液不会粘附到超疏油表面上。在某些实例中，术语“超疏性”和“超双疏性”具有相同的含义并且可以互换使用。超疏性或超双疏性涂层可承受至少100℃的温度而不变形。
第三部分是珠粒收集器30，其包括用于收集球形珠粒32的超疏性涂层板31。超疏性涂层板31具有三层：金属板32(例如氧化铝板)，在金属板的表面上的超疏性涂层33，以及粘附到金属板的另一表面的至少一个加热元件34。
将含有溶剂和至少一种金属/非金属氧化物如氢氧化铝或氧化硅的液体悬浮液(用作催化剂或催化剂载体)逐滴分配到加热的超疏性涂层板21上，以形成硬化的球形珠粒。液体悬浮液还可包含其他金属/非金属氧化物或碳酸盐化合物，例如碳酸钙、二氧化钛和硅酸铝。超疏性涂层23在硬化之前可以防止液滴粘附到板表面并且在空气中将液滴保持球形。随着板的轻微倾斜，液滴滚动以产生接近球形且均匀的催化剂珠粒，其包含至少一种金属/非金属氧化物化合物或碳酸盐化合物。应该指出的是，所公开的方法可以用于制备其他球形颗粒，例如具有金属/非金属氧化物或碳化物化合物的催化载体、研磨材料或吸附剂。
液体催化剂悬浮液储存在流体贮存器11中。当使用该设备时，液滴形成并从枪头12的尖端滴下。在一些实例中，液滴滴落在液滴滚动装置20的一个点上。然后，在落到珠粒收集器30上之前，液滴移动到液滴滚动装置分20的另一个点。当超疏性涂层板21倾斜时，重力可以驱动液滴的运动。在其他实例中，液滴可以通过其他机构移动，例如通过真空力、吹气或通过机械运动。枪头12与超疏性涂层板21的滴落位置之间的垂直距离为0厘米至3厘米之间。然后，液滴沿着板的长度方向滚动到收集器板中。在滚动期间，包围液滴的液体被蒸发，并且液滴形成干燥的球形珠粒。球形珠粒积聚在珠粒收集器30中。珠粒收集器30优选被加热以进一步干燥和收集。可以通过调节超疏性涂层板21与水平面之间的垂直距离和/或角度来调节滚动时间。
在一些实施例中，珠粒收集器30是液滴滚动装置20的一部分，其中超疏性涂层板21包括用于滚动珠粒的倾斜部分和用于收集珠粒的水平部分。
图2A-2C示出了液滴滚动装置20的不同实施例。在图2A中，液滴滚动装置20具有三个超疏性涂层板21a、21b和21c。在一些实例中，三个超疏性涂层板具有不同的倾斜角度，以便调节液滴滚动速度或用于其他目的。图2B和2C示出了液滴滚动装置20的另外两种构造。图2B是漏斗结构，其中超疏性涂层23位于漏斗内表面上。珠粒收集器30放置在漏斗杆下面。所述至少一个加热元件位于漏斗的外部。类似地，图2C示出了位于温控室中的螺旋结构。
根据一个或多个实施例，可以通过在金属板上涂覆超疏性材料来制备超疏性涂层板。美国专利公开号20170260420、20160339625、20140023852和20140011013，美国专利号9823174和9108880，以及待审美国专利申请15891870提供了制备超疏性涂层和超疏性涂层板的方法。
本公开还提供了制备球形珠粒的方法。在一个或多个实施例中，该方法包括提供液体悬浮液的液滴；将液滴滴在液滴滚动装置的一个点上；通过将在液滴滚动装置上的液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒；以及通过珠粒收集器收集珠粒。在一些实施例中，液滴滚动装置包括至少一个超疏性表面。在一些实施例中，滚动步骤还包括加热液滴滚动装置。温度可为80℃至120℃之间。在一些实施例中，将珠粒收集器被加热到80℃至120℃之间的温度。加热可以蒸发水滴中的水并促进液滴的硬化形成珠粒。珠粒的平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)。
实施例1
如图2所示，将超双疏性涂层涂覆在铝(Al)板上。使用未决专利申请15891870中公开的方法制备超双疏性涂层板。在制备球形催化剂珠粒之前，通过加热元件将板加热至平均温度90℃(温度范围为85-95℃)。液体催化剂悬浮液包含AlO2、用于胶凝的六亚甲基四胺以及水。使用自动微量移液器分配系统移液器枪头作为液滴产生装置。液滴为约10μl的液体催化剂悬浮液(AlO2)。滴加后，AlO2液体催化剂悬浮液液滴垂直移动约1-13cm至超双疏性涂层板上的滴落位置，向下滚动通过超双疏性涂层板，并落入珠粒收集器中。
超双疏性涂层的低表面能导致液体催化剂悬浮液沿着板形成并保持其球形。通过加热的板蒸发在AlO2液体催化剂悬浮液中的水，并且使AlO2催化剂材料固化成接近均匀的球形珠粒。10μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液的平均直径为约3.55mm。10μl的AlO2液液体催化剂悬浮液溶液在干燥后形成直径为2.67mm的均匀球体。球体的图像如图4所示。催化剂珠粒滴落后在至少2至5分钟内干燥/胶凝。需要额外的热处理如煅烧以使珠粒完全硬化。图4示出了球形催化剂珠粒。
实施例2
在制备球形催化剂珠粒之前，通过加热元件将板加热至平均温度90℃。每个液滴约为5μl液体催化剂悬浮液(AlO2)。5μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液的平均直径为约2.77mm。5μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液在干燥后形成直径为2.02mm的均匀球体。
实施例3
在制备球形催化剂珠粒之前，通过加热元件将板加热至平均温度90℃。每个液滴为约2.5μl液体催化剂悬浮液(AlO2)。2.5μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液的平均直径为约2.14mm。2.5μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液在干燥后形成直径小于2mm的均匀球体。
实施例4
在制备球形催化剂珠粒之前，通过加热元件将板加热至平均温度90℃。每个液滴约为1μl液体催化剂悬浮液(AlO2)。1μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液的平均直径为约1.54mm。1μl的AlO2液体催化剂悬浮液溶液在干燥后形成直径小于1mm的均匀球体。
表1 实施例1-4的球形催化剂珠粒的直径
实施例5-14
以实施例1的方法制备球形催化剂珠粒，区别仅在于下表2，所形成的液体催化剂悬浮液溶液的平均直径以及AlO2液体催化剂悬浮液溶液在干燥后的均匀球体的直径如下表2。
表2 实施例5-14的球形催化剂珠粒的直径
Claims (11)
1.一种由液体悬浮液制备球形珠粒的设备，包括：
液滴产生装置，所述液滴产生装置用于产生液滴；
液滴滚动装置，所述液滴滚动装置包括超疏性涂层；以及
珠粒收集器，
其中，所述液滴在到达所述珠粒收集器之前从所述液滴滚动装置表面的一个点移动到另一个点。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴产生装置包括流体贮存器和枪头；
所述液滴的大小通过调节所述液滴产生装置中的液体悬浮液的体积来调节。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴滚动装置相对水平面是倾斜的；
优选地，所述液滴滚动装置与水平面之间的角度为0度至90度之间。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴滚动装置还包括至少一个加热元件；
所述液滴滚动装置被加热到约80℃至约120℃之间的温度。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述超疏性涂层是超疏水涂层和/或超疏油涂层；
所述超疏性涂层具有超疏水性和/或超疏油性，并且具有热稳定性和耐久性。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述珠粒收集器包括超疏性涂层；
所述珠粒收集器还包括至少一个加热元件。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，
所述珠粒收集器包括的超疏性涂层是超疏水涂层和/或超疏油涂层；
所述珠粒收集器包括的超疏性涂层是超疏水和/或超疏油、且热稳定和耐久的。
8.一种由液体悬浮液制备球形珠粒的方法，包括：
提供液体悬浮液的液滴；
将所述液滴滴在液滴滚动装置表面的一个点上，其中，所述液滴滚动装置包括超疏性涂层；
通过将在所述液滴滚动装置表面上的所述液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒；以及
通过珠粒收集器收集所述珠粒。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述滚动步骤还包括加热所述液滴滚动装置；
将所述液滴滚动装置加热到80℃至120℃之间的温度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述珠粒收集器加热到80℃至120℃之间的温度；
所述珠粒的平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述超疏性涂层是超疏水涂层和/或超疏油涂层；
所述超疏性涂层是超疏水和/或超疏油、且热稳定和耐久的。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/038,167 | 2018-07-17 | ||
| US16/038,167 US11130109B2 (en) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | Apparatus and method for making spherical catalyst beads |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110721667A true CN110721667A (zh) | 2020-01-24 |
| CN110721667B CN110721667B (zh) | 2022-11-11 |
Family
ID=69162489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910234142.7A Active CN110721667B (zh) | 2018-07-17 | 2019-03-26 | 制备球形催化剂珠粒的设备和方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11130109B2 (zh) |
| CN (1) | CN110721667B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112939611A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-11 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种采用直接滴定成型技术制备陶瓷微球的方法 |
| CN113307635A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-27 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种通过轨道的凝胶注模直接滴定成型陶瓷微球的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104959086A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-10-07 | 西北师范大学 | 利用柔性超疏水表面纸张制备液体弹珠的方法 |
| US20150375429A1 (en) * | 2013-02-14 | 2015-12-31 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Process and device for particle synthesis on a superamphiphobic or superoleophobic surface |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US125406A (en) | 1872-04-09 | Improvement in drying and concentrating liquid substances by atomizing | ||
| NL76445C (zh) | 1950-03-08 | |||
| CA1235367A (en) | 1984-04-05 | 1988-04-19 | Gary J. Green | Method and apparatus for producing uniform liquid droplets |
| US8256091B2 (en) | 2000-11-17 | 2012-09-04 | Duescher Wayne O | Equal sized spherical beads |
| US6797203B2 (en) | 2002-07-12 | 2004-09-28 | Cerco Llc | Method of forming ceramic beads |
| WO2010022107A2 (en) | 2008-08-18 | 2010-02-25 | The Regents Of The University Of California | Nanostructured superhydrophobic, superoleophobic and/or superomniphobic coatings, methods for fabrication, and applications thereof |
| WO2012087352A2 (en) | 2010-12-20 | 2012-06-28 | The Regents Of The University Of California | Superhydrophobic and superoleophobic nanosurfaces |
| US10471468B2 (en) | 2012-07-18 | 2019-11-12 | Nokia Technologies Oy | Omniphobic surface for use in user interface device |
| WO2016054121A1 (en) | 2014-09-29 | 2016-04-07 | Nano Tech Innovations Corporation | Nano-engineered, halogen-free, super omniphobic coatings |
| US9893026B2 (en) * | 2014-10-29 | 2018-02-13 | Elwha Llc | Systems, methods and devices for inter-substrate coupling |
| US10471646B2 (en) | 2015-05-19 | 2019-11-12 | The University Of Massachusetts | Methods and system for mass production, volume manufacturing of re-entrant structures |
| WO2017087880A1 (en) | 2015-11-19 | 2017-05-26 | Colorado State University Research Foundation | Devices and methods for sorting droplets by surface tension |
-
2018
- 2018-07-17 US US16/038,167 patent/US11130109B2/en active Active
-
2019
- 2019-03-26 CN CN201910234142.7A patent/CN110721667B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150375429A1 (en) * | 2013-02-14 | 2015-12-31 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Process and device for particle synthesis on a superamphiphobic or superoleophobic surface |
| CN104959086A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-10-07 | 西北师范大学 | 利用柔性超疏水表面纸张制备液体弹珠的方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112939611A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-11 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种采用直接滴定成型技术制备陶瓷微球的方法 |
| CN113307635A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-27 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种通过轨道的凝胶注模直接滴定成型陶瓷微球的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11130109B2 (en) | 2021-09-28 |
| CN110721667B (zh) | 2022-11-11 |
| US20200023326A1 (en) | 2020-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110721667B (zh) | 制备球形催化剂珠粒的设备和方法 | |
| Wooh et al. | Synthesis of mesoporous supraparticles on superamphiphobic surfaces | |
| EP1494809B1 (en) | Use of immiscible fluids in droplet ejection through application of focused acoustic energy | |
| US20090035579A1 (en) | Solid particles, method and device for the production thereof | |
| US5227239A (en) | Production of hollow aerogel microspheres | |
| US20020037375A1 (en) | Focused acoustic energy method and device for generating droplets of immiscible fluids | |
| CN109454752B (zh) | 一种陶瓷微球制备方法及其装置 | |
| KR20130128430A (ko) | 입도들의 가변 스펙트럼을 통해 액적들을 생성하는 방법 및 디바이스 | |
| EP3043919B1 (en) | Apparatus and method for producing aerosol | |
| JP7290580B2 (ja) | 複数層ウエットオンウエットコーティングを基材に適用する方法 | |
| CN111747430A (zh) | 利用离心喷塔制备低钠球形氧化铝粉的方法 | |
| Liang et al. | Rapid preparation of hierarchically porous ceramic microspheres based on UV-curing-assisted molding | |
| CN106517219B (zh) | 气凝胶球及其制备方法 | |
| CN112473500B (zh) | 一种基于喷雾辅助的高通量液滴阵列快速制备装置 | |
| AU2001293086B2 (en) | Focused acoustic energy method and device for generating droplets of immiscible fluids | |
| Lathia et al. | Sol–gel-derived nanoparticles coated liquid entities: liquid marbles, liquid plasticine, and flat interface | |
| JPH0573460B2 (zh) | ||
| AU2001293086A1 (en) | Focused acoustic energy method and device for generating droplets of immiscible fluids | |
| US5204162A (en) | Non-spherical bodies | |
| US10010906B2 (en) | Process for depositing a compact film of particles on the internal surface of a part having a hollow delimited by this internal surface | |
| Lembach et al. | Drop impact on porous media | |
| US20200181030A1 (en) | Porous fired granulated body and method for manufacturing the same | |
| JP6276010B2 (ja) | 多孔質造粒焼成体の製造方法 | |
| JP5275329B2 (ja) | 無機質球状体の製造方法 | |
| JP2015105223A (ja) | 多孔質造粒焼成物及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100080 9th floor, Dahang Jiye building, No.1 building, 33 Renmin North Road, Haidian District, Beijing Applicant after: Beijing Haixin Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 100080, Beijing, Haidian District people's Congress Road 33, the big line foundation building 9 floor Applicant before: BEIJING SANJU ENVIRONMENTAL PROTECTION & NEW MATERIALS Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |