CN113522370B - 具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其制作方法主要包括：制备一立体状的触媒载体；制备至少一种水相奈米金属粒子溶液；将触媒载体浸泡于含有硅烷基化合物的甲醇溶液中，取出再进行烘干并冷藏，以完成表面修饰步骤；将触媒载体浸泡于水相奈米金属粒子溶液中，取出进行吹干，使触媒载体的表面接合形成有第一层奈米金属粒子；将具第一层奈米金属粒子的触媒载体，浸泡于含有十二烷基氨基醇的甲醇溶液中以进行修饰，取出烘干后，再浸泡于水相奈米金属粒子溶液中，取出进行吹干，使具第一层奈米金属粒子的触媒载体其表面，再接合形成有第二层奈米金属粒子。
Description
技术领域
本发明有关一种具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，特别专指一种触媒反应物应用于一触媒催化气相反应系统，以作为提升触媒催化气相反应系统内部所设燃料燃烧反应的催化活性物质。
背景技术
在目前工商发达时代，人类赖以维生的空气，正因工业燃烧废气、交通工具所排放的气体，慢性地伤害人们的健康，主因乃是空气中的有害悬浮微粒，除会引发各种呼吸系统与过敏疾病，更会影响居家品质与工作效率，近年来空气品质议题逐渐受到世人所重视。
就传统的大型供暖设备需燃烧大量煤来制造热能，而燃烧过程所产生的大量碳化粒子，必然会造成空气污染，使得大气中的细悬浮微粒(PM2.5，直径≦2.5微米)不断增加，所危害人类健康，已是不分国界与疆域，近数十年世界各国对于空气污染议题，更是不遗余力，寻求改善的方法。
有鉴于此，研发出一种触媒催化气相反应的供热系统，其主要利用于供热系统所设置的反应炉内设有多个触媒反应物，通过反应炉内已加热的多个触媒反应物能与燃料形成持续性的热反应，再由所形成热反应的多个反应物产生的热能，用以对反应炉内所储设的液体，进行持续性的加热，此所构成的供热系统，以能作为动力或提供热源等各种用途，达到不需以明火燃烧方式进行加热，完全避免燃烧时所产生的碳化粒子或有毒气体，借以有效改善空气品质。
然而，现有触媒催化气相反应的供热系统，所使用的触媒反应物，乃由单一种材质和单层奈米金属粒子所组合的触媒反应物，使得现有触媒反应物，必须加热至较高温度，才能与燃料进行热反应，同时其氧化效率也较低，因此热反应效率无法有效或更佳地大幅提升。
因此，如何研发一种具多种复合成份奈米金属粒子的触媒反应物，让触媒反应物能具有更低的起燃温度以及高氧化效率，即为本发明所欲解决的主要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，本发明所述的触媒反应物，尤其指应用于一触媒催化气相反应系统，以作为提升触媒催化气相反应系统其内部所设燃料燃烧反应的催化活性，触媒反应物其制作方法包括：
步骤1、触媒载体制备：将至少一种氧化物制作一触媒粉体，再将触媒粉体进行造粒程序而形成具立体状的触媒载体；
步骤2、制备至少一种水相奈米金属粒子溶液；
步骤3、触媒载体表面修饰：将触媒载体浸泡于含有1～15％硅烷基化合物的甲醇溶液中，以静置1～3小时后，取出触媒载体并以清洗溶液进行清洗，再将触媒载体进行烘干程序并送至冷藏程序；
步骤4、触媒载体表面接合第一层奈米金属粒子：将表面完成修饰的触媒载体浸泡于已制备的水相奈米金属粒子溶液中，以静置1～3小时后，取出触媒载体并以清洗溶液进行清洗，再将触媒载体进行吹干，即完成触媒载体的表面接合形成有第一层奈米金属粒子；
步骤5、触媒载体表面再接合多层奈米金属粒子：将表面完成接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体，浸泡于含有3～25％十二烷基氨基醇的甲醇溶液中以进行修饰，取出已修饰的接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体进行烘干程序，再浸泡于已制备的水相奈米金属粒子溶液中，以静置1～3小时后，取出已接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体并以清洗溶液进行清洗，再将已接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体进行吹干，即完成已接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体，其表面再接合形成有第二层奈米金属粒子。
进一步的，步骤5可以重复进行，让已具第二层奈米金属粒子的该触媒载体其表面可形成有多层奈米金属粒子。
进一步的，步骤3及步骤5的该水相奈米金属粒子溶液，可以是相同金属粒子材质，使该触媒载体其每一层奈米金属粒子的材质皆相同。
进一步的，步骤3及步骤5的该水相奈米金属粒子溶液，可以是不相同金属粒子材质，使该触媒载体其每一层奈米金属粒子的材质皆不相同。
进一步的，步骤3及步骤5的该水相奈米金属粒子溶液，可以是部分相同金属粒子材质，使该触媒载体其每一层奈米金属粒子的材质可以部分相同及部分不相同。
进一步的，步骤5完成的该触媒反应物，用以设置于一放置盘，该放置盘设有多个等距间隔排列的承置槽，该承置槽其周围设有至少一透孔，该透孔与该承置槽形成相通，使该触媒反应物于该放置盘上形成等距间隔排列形式。
进一步的，步骤1的该氧化物，可以是二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆、碳化硅、氮化铝中的任意一种或多种的组合。
进一步的，步骤3的该硅烷基化合物，可以是3-氨基丙基三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷或二甲氧基一乙基硅烷的任意一种。
进一步的，清洗溶液，可以是离子水或酒精中的一种。
进一步的，步骤3的烘干程序，为将已清洗完成后的该触媒载体放入80℃～90℃烘箱中并进行20～40分钟后，取出放置室温冷却，且该冷藏程序为将已完成烘干程序的该触媒载体，置入具氮气填充的试管中并置于一冰箱进行冷藏。
进一步的，步骤5的烘干程序，为将接合有第一层奈米金属粒子的该触媒载体放置于试管中并置入80℃～90℃烘箱烘干。
本发明的技术特征在于，利用含有十二烷基氨基醇的甲醇溶液，再对已具第一层奈米金属粒子的触媒载体进行修饰；之后，再浸泡于相同或不相同金属材质的水相奈米金属粒子溶液中，使已具第一层奈米金属粒子的触媒载体其表面再接合形成有第二层奈米金属粒子，如此可重复此步骤，让具第一层奈米金属粒子的触媒载体其表面，可形成有多层单一成份(或多种复合成份)奈米金属粒子，达到具多层奈米金属粒子的触媒反应物，可以利用粒子之间的界面金属(即担体作用力效应)来提升燃料燃烧反应的催化活性，让触媒反应物能具有更低的起燃温度以及高氧化效率，大幅提升其热反应效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1：本发明具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法一流程图。
图2：本发明试举一触媒催化气相反应系统的剖面示意图。
图3：本发明的图2示中A圈式处放大示意图。
附图标记说明
1、触媒反应物
2、触媒催化气相反应系统
21、反应炉
22、加热器
23、燃料桶
231、燃料管
232、雾化器
3、放置盘
31、承置槽
32、透孔。
具体实施方式
为使更方便简捷了解本发明的其他特征内容与优点及其所达成的功效能够更为显现，现将本发明配合附图，详细叙述本发明的特征以及优点，以下的各实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请先参阅图1、图2和图3所示，本发明公开一种具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，所述触媒反应物1尤其指是应用于一触媒催化气相反应系统2，以作为提升触媒催化气相反应系统2其内部所设燃料燃烧反应的催化活性，所述触媒反应物1其制作方法包括：
步骤1：触媒载体制备：将至少一种氧化物制作一触媒粉体，再将触媒粉体进行造粒程序而形成具立体状(如：球体、柱体、正方体或长方体等其它立体形状)的触媒载体。所述的氧化物可以是二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆、碳化硅、氮化铝等任意一种或多种组合(复合)的氧化物。
步骤2：制备至少一种水相奈米金属粒子溶液，所述水相奈米金属粒子溶液的奈米金属粒子材质可以是金、银、钯、铑、钌或铱等其它金属材质；另外，所述步骤2可制备两种或两种以上不同奈米金属材质的水相奈米金属粒子溶液。
步骤3：触媒载体表面修饰：将步骤1的触媒载体浸泡于含有1～15％硅烷基化合物的甲醇溶液中，以静置1～3小时后，取出触媒载体并以清洗溶液进行清洗，再将触媒载体进行烘干程序并送至冷藏程序。所述硅烷基化合物可以是3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-Aminopropyl)trimethoxysilane，简称APTMS)、(3-硫基丙基)三甲氧基硅烷(3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane，简称MPTMS)或(3-硫基甲基)二甲氧基一乙基硅烷(mercaptomethyl-dimethylethoxy silane，简称MMDMES)。所述清洗溶液可以是离子水或酒精。所述烘干程序为将已清洗完成后的触媒载体放入80℃～90℃烘箱中并进行20～40分钟后，取出放置室温冷却。所述冷藏程序将已完成烘干程序的触媒载体，置入具氮气填充的试管中并置于一冰箱进行冷藏。
步骤4：触媒载体表面接合第一层奈米金属粒子：将表面完成修饰的触媒载体浸泡于步骤2已制备的水相奈米金属粒子溶液中，以静置1～3小时后，取出触媒载体并以清洗溶液进行清洗，再将触媒载体进行吹干，即完成触媒载体的表面接合形成有第一层奈米金属粒子。所述清洗溶液可以是离子水或酒精。所述已清洗完成的触媒载体可由氮气进行吹干。
步骤5：触媒载体表面再接合多层奈米金属粒子：将表面完成接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体，浸泡于含有3～25％十二烷基氨基醇(1，12-dodecaneamino，简称1，12DDCA)的甲醇溶液中以进行修饰，取出已修饰的接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体进行烘干程序，再浸泡于步骤2已制备的水相奈米金属粒子溶液中，以静置1～3小时后，取出已接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体并以清洗溶液进行清洗，再将已接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体进行吹干，即完成已接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体其表面再接合形成有第二层奈米金属粒子。所述步骤5的烘干程序为将接合有第一层奈米金属粒子的触媒载体放置于试管中并置入80℃～90℃烘箱烘干即可。所述清洗溶液可以是离子水或酒精。所述已清洗完成的触媒载体可由氮气进行吹干。
另外，本发明可以重复进行步骤5，让已具第二层奈米金属粒子的触媒载体其表面可形成有多层(如第三层、第四层，以此类推)奈米金属粒子；此外，步骤3、步骤5中所述的水相奈米金属粒子溶液可以是相同金属粒子材质或不相同金属粒子材质，使得所述触媒载体其每一层奈米金属粒子的材质可以是相同的、部分相同的或全部不相同的，达到让具第一层奈米金属粒子的触媒载体其表面，可形成有多层单一成份(或多种复合成份)奈米金属粒子。例如：所述触媒载体的第一、二层(或多层)奈米金属粒子的材质皆可以是奈米金粒子；所述触媒载体的第一层奈米金属粒子的材质，皆可以是奈米金粒子、而其中第二层(或其它层)奈米金属粒子的材质，皆可以是奈米白金粒子；所述触媒载体的第一层奈米金属粒子的材质皆，可以是奈米金粒子、而其中第二层奈米金属粒子的材质，可以是奈米白金粒子、且其它层奈米金属粒子的材质，可以是奈米银粒子(或其它材质的奈米金属粒子)。
所述完成步骤5的触媒反应物1，可设置于一放置盘3，所述的放置盘3设有多个等距间隔排列的承置槽31，每一承置槽31其周围设有至少一透孔32，透孔32与承置槽31形成相通；如此，可将多触媒反应物1分别设置于放置盘3的承置槽31，使多个触媒反应物1形成等距间隔排列的形式。
所述放置盘3可设置于触媒催化气相反应系统2所设的反应炉21内，由反应炉21内所设的加热器22，先对触媒反应物1进行加热，当触媒反应物1达到一预设温度时，即可将加热器22关闭；此时，燃料桶23内部燃料(可以是甲醇、乙醇、异丙醇或甲烷等其它燃料)，通过燃料管231、雾化器232，并以雾化器232将燃料雾化喷布于反应炉21内，使雾化器232所喷出的燃料可穿过每一个承置槽31所设的透孔32，让燃料可均匀分布于每一个触媒反应物1，使多个触媒反应物1能与燃料，形成具较佳及持续性的热反应。
因此，本发明的技术特征在于，利用含有十二烷基氨基醇(1，12-dodecaneamino，简称1，12DDCA)的甲醇溶液再对已具第一层奈米金属粒子的触媒载体进行修饰，之后再浸泡于相同或不相同金属材质的水相奈米金属粒子溶液中，使已具第一层奈米金属粒子的触媒载体其表面再接合形成有第二层奈米金属粒子；如此，可重复此步骤，让具第一层奈米金属粒子的触媒载体其表面可形成有多层单一成份(或多层及多种复合成份)奈米金属粒子；达到具多层奈米金属粒子的触媒反应物可以利用粒子之间的界面金属(即担体作用力效应)，来提升燃料燃烧反应的催化活性，让触媒反应物能具有更低的起燃温度以及高氧化效率；同时，利用具多种奈米金属粒子的触媒反应物1，能有较佳的热反应触媒性能，达到具多种奈米金属粒子的触媒反应物1，比单一奈米金属粒子的反应物具有更好的热稳定性及热反应效率。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (11)
1.一种具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，所述触媒反应物指应用于一触媒催化气相反应系统，作为提升该触媒催化气相反应系统其内部所设燃料燃烧反应的催化活性物质，该触媒反应物的制作方法包括：
步骤1、触媒载体制备：将至少一种氧化物制作一触媒粉体，再将该触媒粉体进行造粒程序而形成具立体状的触媒载体；
步骤2、制备至少一种水相奈米金属粒子溶液；
步骤3、触媒载体表面修饰：将该触媒载体浸泡于含有1～15％硅烷基化合物的甲醇溶液中，以静置1～3小时后，取出该触媒载体并以清洗溶液进行清洗，再将该触媒载体进行烘干程序并送至冷藏程序；
步骤4、触媒载体表面接合第一层奈米金属粒子：将表面完成修饰的该触媒载体浸泡于已制备的该水相奈米金属粒子溶液中，以静置1～3小时后，取出该触媒载体并以该清洗溶液进行清洗，再将该触媒载体进行吹干，即完成该触媒载体的表面接合形成有第一层奈米金属粒子；
步骤5、触媒载体表面再接合多层奈米金属粒子：将表面完成接合有第一层奈米金属粒子的该触媒载体，浸泡于含有3～25％十二烷基氨基醇的甲醇溶液中以进行修饰，取出已修饰的接合有第一层奈米金属粒子的该触媒载体进行烘干程序，再浸泡于已制备的该水相奈米金属粒子溶液中，以静置1～3小时后，取出已接合有第一层奈米金属粒子的该触媒载体并以该清洗溶液进行清洗，再将已接合有第一层奈米金属粒子的该触媒载体进行吹干，即完成已接合有第一层奈米金属粒子的该触媒载体其表面再接合形成有第二层奈米金属粒子。
2.如权利要求1所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该步骤5可以重复进行，让已具第二层奈米金属粒子的该触媒载体其表面可形成有多层奈米金属粒子。
3.如权利要求1或2所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该步骤3及步骤5的该水相奈米金属粒子溶液，可以是相同金属粒子材质，使该触媒载体其每一层奈米金属粒子的材质皆相同。
4.如权利要求1或2所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该步骤3及步骤5的该水相奈米金属粒子溶液，可以是不相同金属粒子材质，使该触媒载体其每一层奈米金属粒子的材质皆不相同。
5.如权利要求2所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该步骤3及步骤5的该水相奈米金属粒子溶液，可以是部分相同金属粒子材质，使该触媒载体其每一层奈米金属粒子的材质可以部分相同及部分不相同。
6.如权利要求1或2所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该步骤5完成的该触媒反应物，用以设置于一放置盘，该放置盘设有多个等距间隔排列的承置槽，该承置槽其周围设有至少一透孔，该透孔与该承置槽形成相通，使该触媒反应物于该放置盘上形成等距间隔排列形式。
7.如权利要求1或2所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该步骤1的该氧化物，可以是二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆、碳化硅、氮化铝中的任意一种或多种的组合。
8.如权利要求1或2所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该步骤3的该硅烷基化合物，可以是3-氨基丙基三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷或二甲氧基一乙基硅烷的任意一种。
9.如权利要求1或2所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该清洗溶液，可以是离子水或酒精中的一种。
10.如权利要求1或2所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该步骤3的烘干程序，为将已清洗完成后的该触媒载体放入80℃～90℃烘箱中并进行20～40分钟后，取出放置室温冷却，且该冷藏程序为将已完成烘干程序的该触媒载体，置入具氮气填充的试管中并置于一冰箱进行冷藏。
11.如权利要求1或2所述的具有热反应高效催化的触媒反应物的制作方法，其特征在于，该步骤5的烘干程序，为将接合有第一层奈米金属粒子的该触媒载体放置于试管中并置入80℃～90℃烘箱烘干。
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