JP2009502502A - 表面活性固相不均一触媒の増強 - Google Patents

Abstract

表面活性の固相触媒活性は、触媒物体の活性表面の一部の間の表面−対−表面の故意の反復性の接触を生成することによって実質的に向上され得る。反応物材料において、それらが含浸される一方で、触媒物体の活性表面の一部の間のそのような接触は、多くの不均一触媒の表面を実質的に活性化し得る。多数の表面衝突を生成するために、撹拌されるか、そうでなければ接触させられる複数の所定の形状、支持触媒構造などを用いるそのような作用の例が与えられる。一実施形態は、触媒的に活性な表面の歯車を有する歯車ポンプ機構を用いて、反応物の流れを汲み上げる間に反復性で過渡性の接触作用を生成する。本発明は、過渡的な触媒表面接触作用を生成するための多くの他の形態に適用可能である。任意で、このようなシステムの触媒産出物は、放射エネルギーまたは振動を用いることによって、さらに有意に向上され得る。

Description

（関連出願）
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、同時係属中の米国仮特許出願第６０／７０５，６５６号（２００５年８月３日出願）（その内容は、本明細書中に参考として援用される）に基づく優先権を主張する。

（発明の分野）
本開示は、反応物に対して作用する表面活性固相触媒材料を使用する不均一触媒および触媒反応器システム、ならびに関連した方法を記載する。

（発明の背景）
触媒材料は、化学反応を促進するが、それ自体が産出生成物に入ることもそれらがその反応によって消費されることもない。「不均一触媒作用」とは、触媒および反応物（化学反応に関与する材料）の物理的状態が異なる触媒プロセスをいう。これは、「均一触媒作用」と区別され、ここで反応物および触媒は、同じ物理的状態を有し、結果として、溶液または混和性混合物（液体／液体；気体／気体）を形成する。例えば、不均一触媒材料の物理的状態は、代表的に、固相（例えば、金属またはセラミック）であり得る一方で、反応物は、気体および／または液体であり得る。したがって、反応物と接触し得る固体触媒材料の「表面」は、触媒作用において顕著な役割を果たす。

しかし、「物質の状態」の性質の知見の進歩に伴って、固体、液体または気体の多くの従来の理論モデルは、物質の状態の範囲を記載するためにあまり適切ではない可能性である。「表面」は、それを記載するために多くの従来のモデルにおいて使用された視覚的平面の単純化しすぎた像よりもはるかに大きい複雑性を示す。表面の特徴としての形状の境界の理論モデルは、特定の触媒表面活性の理解に関して誤解を招き得る。その代わりに、固体の表面は、視界を表面領域の縁に向ける場合に固体内部の密集した原子団が次第に減少する領域または転移領域として見られ得る。内部で、固体成分は、緊密に結合されるが、表面において、このような結合は、妨げられる。

１世紀以上にわたって、触媒の数え切れないほどの特定の例が、カタログ化され、開発され、そして応用されてきた。現在、多くの公知の反応は、世界の化学産業のほとんどの基礎を形成する。触媒効果の認識は、１９世紀の初めに始まった。２０世紀の初期において、多くの大きい工業規模の反応が、不均一触媒を使用した重要な工業プロセスを利用して始まった。顕著な例は、Ｈａｂｅｒ−Ｂｏｓｃｈアンモニア合成（世界の農業のための肥料）、Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ炭化水素合成（油、ガソリンおよび炭化水素材料）、および巨大なポリマー化学産業をもたらすプラスチック材料の合成である。世界の化学産業における触媒プロセスは、現在、非常に大きな商業的重要性を有する。全ての化学製品製造の大きな割合は、触媒ベースである。触媒作用の基礎理論についてのいくつかのアプローチが、存在する（例えば、化学結合を示すいくつかの量子力学的因子の数学的近似を含む密度汎関数理論）。それにもかかわらず、製品およびプロセスの開発は、大部分は実際的な実験アプローチに基づくままである。結果的に、不均一触媒作用の分野は、広範な種々の材料および構築物を利用して種々の種類の触媒を生産するための「製法（ｒｅｃｉｐｅ）」に満ちている。実際に、触媒は、しばしば、それらの作用の様式またはそれらの構築よりもむしろ、それらの反応の分子種によって知られる。触媒に関する最近の米国特許の３つの代表例は、以下である：Ｔａｃｋｅらに対する特許文献１「Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ」；Ｖｏｉｔらに対する特許文献２「Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ」；およびＹａｎｇらに対する特許文献３「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｏｆ Ａｌｋｅｎｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｍｅｔａｌ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」。Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙ（触媒材料の主要な供給業者）からの製品説明用のパンフレットは、その会社が炭素−炭素結合を提供するパラジウムベースの製品の群の各々について同様に機能的に説明する（インターネット上でｗｗｗ．ａｍｃｐｍｃ．ｃｏｍ／ｐｄｆｓ／ｐｒｏｄｕｃｔｔｙｐｅ／４５．ｐｄｆにて入手可能なパンフレットを参照のこと）。簡単にいうと、触媒分野の基本原理の化学者の理解は、進展しているが、依然として不完全である。

球形粒子形状を有する不均一触媒は、しばしば、触媒および触媒基質として使用されている。このような興味は、代表的に、反応物との接触のための広い見かけの表面領域の追求におけるものであり、いくつかは、発熱反応における熱の移動のような熱特性についての懸案事項を加えた。例えば、Ｏｓｔｇａｒｄらに対する特許文献４「Ｍｅｔａｌ Ｃａｔａｌｙｓｔ」は、直径０．５ｍｍ〜２０ｍｍの中空金属球の形成を記載する。その焦点は、その球の内部において、望ましい球状に成形した粒子の触媒表面に対して利用できない高価な金属の量の減少であるようである。

Ｗｅｉｌａｎｄらに対する特許文献５は、白金族金属を含むオルガノシロキサン材料から構成された直径０．０１ｍｍ〜３．０ｍｍの小さい球形粒子を記載する。その粒子は、種々の粒径から得られる広範な表面領域のを可能にしつつ水のかさ密度を下回るかさ密度を含むことが規定される。広い表面領域をこの方法で得ることが、主要目的であるようである。重点はまた、このような組成物に分散した触媒金属の特徴におかれる。

Ｗａｌｓｄｏｒｆｆらに対する特許文献６は、触媒的に活性な材料の中空円柱形態または中空環状形態の「Ｓｈａｐｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ」を記載する。好ましい形状の改良された選択性および減少した圧力降下は、設計の開示された目的である。

Ｗａｎｇらに対するいくつかの米国特許（特許文献７、特許文献８および特許文献９）において、中空の球が、開示され、その中空の球は、このような球の有効密度がこのような球を選択した溶媒に浮遊させるように作製されること可能にする種々の方法で形成される。これらの特許の目的は、選択した反応物媒体におけるこのような触媒の分散を改善することである。

Ｇｕｓｔａｆｓｏｎに対する特許文献１０（発明の名称「Ｓｈａｐｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」）は、狭い範囲の大きさおよび石油残渣の炭化水素の変換に有用である要求される特定の空隙特性を有する、長軸方向に対称性三葉形状のアルミナ複合触媒粒子を記載する。その形状は、その空隙率および流動特性、改良された活性、有効な動作時間の要求される長い持続時間、および優れた粉砕抵抗性に関して考察される。

Ｈｏｅｋらによる特許文献１１（発明の名称「Ｓｈａｐｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ Ｆｏｒ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」は、ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ａ ５０％を上回る（４３％を十分に上回る）空隙率を有する三葉の押出し成形された触媒形態またはそのような他の三葉設計を記載する。流速は、これらの出願人の主要な懸案事項であるようである。

Ｓｈｉｍｉｚｕらに対する特許文献１２「Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｌｄｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ」は、セラミック触媒製品の強度を改良するための少ない割合のバリウムの添加を開示する。

触媒分野における従来の改良の焦点は、反応物に曝された触媒材料の表面領域を最大化することであった。これは、以下において種々の手段によって達成された：粉末かつ有孔である材料の形成による１つの方法；高い表面領域形状による別の方法；触媒の表面に対して作用してそれを「活性化」または「リフレッシュ（ｒｅｆｒｅｓｈ）」する化学プロセスの使用による別の方法。

化学および触媒作用の分野以外の特定の研究者らは、その研究者らが電気スイッチおよび継電器の構成（ｃｏｎｔｅｘｔ）において表面−表面の接触の有害効果であると考えたことを観察した。このような現象は、１９５０年代の初期においてＴｈｅ Ｂｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓからもたらされた一連の論文において研究された（非特許文献１を参照のこと）。研究についてのＢｅｌｌ Ｌａｂｓの研究者の動機付けは、それらの接触において形成される有機沈着物の蓄積によって引き起こされる電話交換切り替えリレーの間欠故障を調べることから生じた。

驚くべきことに、この問題は、試みがその時代の電話交換において使用された非常に多数の切り替えリレーを密封するために行われた場合に、悪化した。その密封の試みは、ほこりおよび空気由来の汚染物質から接触を保護することが望ましいと考えられた。しかし、密封したリレー内部の少量の有機蒸気（それらの製造物の磁気ワイヤ、絶縁体、および他の有機材料から生じる）は、排除されず、そして密封した内部の接触において沈着した。生じた問題は、沈着物によって引き起こされた「開」回路が、直ぐに消失し、それの配置を困難にするので、深刻であった。Ｂｅｌｌの研究者らは、種々の種類の接触材料および接触環境を評価するために、非通電性のリレー−接触−動作機構を考案した。最も脆弱であるようであった信号回路は、リレー接触を通して本質的に電流を有さず、そして非常に小さい信号電圧のみを伴って動作した。このような「ドライ回路」動作は、接触を浄化し得るアーク作用を提供することができなかった。Ｂｅｌｌ Ｌａｂｓの研究者らは、慎重に選択した耐食族１０（白金族）接触金属が「接触ポリマー」と称された妨げる有機沈着物を形成する傾向が非常にあったことを見出した。
米国特許第６，８２１，９２２号明細書 米国特許第６，８５２，６６９号明細書 米国特許第６，８６７，１６６号明細書 米国特許第６，７４７，１８０号明細書 米国特許第５，２３７，０１９号明細書 米国特許第６，５１８，２２０号明細書 米国特許第４，８０４，７９６号明細書 米国特許第４，７０１，４３６号明細書 米国特許第４，５７６，９２６号明細書 米国特許第３，９６６，６４４号明細書 米国特許出願第２００５／０１３０８３７号明細書 米国特許第４，２９３，４４５号明細書 Ｈ．Ｗ．ＨｅｒｍａｎｃｅおよびＴ．Ｆ．Ｅｇａｎ、「Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｓ ｏｎ Ｐｒｅｃｉｏｕｓ Ｍｅｔａｌ Ｃｏｎｔａｃｔｓ」、Ｔｈｅ Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ、１９５８年５月、ｐ．７３８−７７６

かなりの試みは、気体吸着試験によって決定される場合に触媒の有効な表面領域を増大させることを対象としていたが、表面の複雑性および空隙率の得られた増大もまた、有害な反応物の捕捉をもたらし、反応材料の動きを妨害した。したがって、改良した不均一触媒、触媒システムおよび触媒反応方法が、依然として必要とされる。

（発明の要旨）
本発明は、特定の実施形態において、接触する表面の触媒活性を刺激する反復的な触媒対触媒の表面接触の利用に関する。以前の研究は、このような接触が、表面の欠陥および接触する表面上の構成原子の再配置をもたらし得ることを示した。この現象の適応性および有用性は、触媒作用の分野において先に認識および応用されていないようである。下で考察される通り、このような表面対表面の接触は、触媒活性を増強するために利用され得る。

本発明は、少なくとも２つの触媒物体であって、各上記物体が、他方の触媒物体上の少なくとも１つの表面と形状および／または輪郭において補完的である少なくとも１つの表面を有することにより、２つの上記触媒物体の間の突出接触領域が、上記２つの接触する触媒物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の１％よりも大きくなることができる、触媒物体；ならびに上記少なくとも２つの触媒物体の補完的表面を互いと繰り返し接触させるように構成および配置されることにより、上記２つの接触する触媒物体の間の突出接触領域が平均で上記２の接触する触媒物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の１％よりも大きくなる、接触誘導デバイスを備える、触媒反応器システムを提供する。

１つの実施形態において、上記触媒反応器システムは、少なくとも２つの触媒物体であって、各上記物体が、互いの上記触媒物体上の少なくとも１つの表面と形状および／または輪郭において補完的である少なくとも１つの表面を有することにより、任意の２つの上記触媒物体の間の突出接触領域が、上記２つの接触する触媒物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の１％よりも大きくなることができる、触媒物体を備える。別の実施形態において、上記２つの触媒物体の各々は、少なくとも１つの本質的に平らな面を含むことにより、第１の触媒物体の本質的に平らな面が、第２の触媒物体の本質的に平らな面に接触することができる、少なくとも１つの本質的に平らな面を含む。

本発明の触媒物体は、金属または金属合金を含む触媒的に活性な材料を含み得る。本発明の触媒物体は、触媒的に活性な材料によってコーティングされた支持材料をさらに含み得る。１つの実施形態において、上記支持材料は、セラミックである。別の実施形態において、上記少なくとも２つの触媒物体は、離散した粒子またはペレットを含む。別の実施形態において、上記触媒物体は、本質的に無孔である。

１つの実施形態において、上記触媒反応器システムは、工業規模のスラリー気泡塔反応器を備え、そして上記接触誘導デバイスは、上記離散した粒子またはペレットを懸濁および／または撹拌することができる流体の流れをもたらすように構成されたデバイスを備える。１つの実施形態において、上記触媒反応器システムは、触媒反応器システムは、工業規模の連続撹拌槽型反応器を備え、そして上記接触誘導デバイスは、撹拌デバイスを備える。いくつかの実施形態において、上記接触誘導デバイスは、少なくとも１つの上記触媒物体を備える機械装置または少なくとも１つの該触媒物体に接続された機械装置を備える。

１つの実施形態において、上記触媒物体は、本質的に切断された二十面体である形状を有する上記離散した粒子またはペレットである。別の実施形態において、少なくとも１つの上記触媒物体は、本質的に円柱である形状を有する。別の実施形態において、上記円柱のその縦軸に垂直な断面は、本質的に多角形である周囲を有する。別の実施形態において、少なくとも１つの上記触媒物体は、触媒材料を含む複数の歯車の歯を有する歯車として構成される。

特定の実施形態において、上記触媒反応器システムは、反応物を上記反応器中に流入させるように構成された入口および生成物を上記反応器から流出させるように構成された出口を備える反応器をさらに備え、上記触媒物体は、上記触媒物体が上記反応物に曝されるように上記反応器内に含まれる。

本発明の別の局面は、少なくとも２つの物体を曝す作用であって、各上記物体は、他方の物体上の少なくとも１つの表面と形状および／または輪郭において補完的である少なくとも１つの表面を有し、上記物体の少なくとも１つは、触媒的に活性な表面を選択された反応物を含む環境に対して有する触媒物体である、作用；２つの接触する物体の補完的表面の間の突出接触領域が平均で上記２の接触する物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の１％よりも大きくなるように、上記物体の間に繰り返しの接触を形成する作用；所定の反応物に上記少なくとも１つの触媒的に活性な表面において化学反応を受けさせて、生成物を生成する作用；を有する不均一触媒によって触媒された反応を行うための方法を提供する。

１つの実施形態において、上記物体の各々は、触媒的に活性である表面を有する触媒物体である。別の実施形態において、上記触媒物体の各々は、上記物体の触媒的に活性な外部表面領域の少なくとも約１％を含む領域を有する少なくとも１つの本質的に平らな面を含む。

いくつかの実施形態において、上記触媒物体は、上記環境に浸される。１つの実施形態において、上記環境は、上記所定の反応物を含む溶液である。別の実施形態において、上記環境は、上記所定の反応物を含む気体である。

いくつかの実施形態において、上記接触は、反復的および過渡的である。いくつかの実施形態において、上記接触は、上記触媒物体の外部の触媒的に活性な表面領域の少なくとも一部を再生させる。

本発明はまた、複数のモザイク状パッチ／小面を含む外部表面を含む触媒物体であって、少なくとも１つのモザイク状パッチ／小面は、隣接した小面と縁で接触して、所定の三次元形状を形成し、少なくとも１つのモザイク状パッチ／小面は、触媒的に活性な材料を含む、触媒物体に関連する。

１つの実施形態において、個々のモザイク状パッチ／小面は、上記触媒物体の全外部表面領域の１％よりも大きい表面領域を有する。別の実施形態において、各モザイク状パッチ／小面は、触媒的に活性な材料を含む。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのモザイク状パッチ／小面は、本質的に平面である。いくつかの実施形態において、各モザイク状パッチ／小面は、本質的に平面である。

１つの実施形態において、上記触媒的に活性な材料は、金属または金属合金を含む。

１つの実施形態において、上記所定の三次元形状は、本質的に切断された二十面体である。別の実施形態において、上記所定の三次元形状は、本質的に円柱である。別の実施形態において、上記所定の三次元形状は、本質的に歯車上の歯車の歯の形態にある。

いくつかの実施形態において、２つの隣接したモザイク状パッチ／小面が接触する縁は、円い。

上記触媒物体のいくつかの実施形態は、触媒的に活性な材料によってコーティングされた支持材料をさらに含む。１つの実施形態において、上記支持材料は、セラミックである。

本発明はまた、触媒物体の触媒的に活性な表面と第２の物体の接触面との間に接触を断続的に形成するように構築および配置されることにより、平均した上記２つの物体の間の突出接触領域が上記２つの接触する物体の全外部接触表面領域の１％よりも大きい、機械装置を備える、触媒反応器システムに関連する。１つの実施形態において、上記第２の接触面は、触媒的に活性な表面である。いくつかの実施形態において、上記機械装置は、モーターを備える。いくつかの実施形態において、上記機械装置は、歯車ポンプデバイスを備える。いくつかの実施形態において機械構造は、一連の歯車ポンプデバイスを備える。

本発明はまた、少なくとも１つの反応物材料において触媒作用をもたらすための方法を提供し、その方法は、少なくとも２つの触媒物体を提供する工程であって、上記触媒物体は、各々、外部表面の少なくとも一部上に触媒的に活性な材料を含む、工程；上記触媒物体を上記反応物材料を含む環境に曝す工程；繰り返しの頻繁で過渡的な表面に対する表面の衝突性の接触事象を、接触誘導デバイスを使用して上記触媒物体の外部表面領域の間に引き起こすために十分である、上記触媒物体の動きをもたらす工程であって、上記接触事象は、各々、平均して、上記接触事象の間に接触するようになる上記触媒物体の平均の突出全接触表面領域の１％よりも広い突出接触領域を有する、工程；および少なくともいくつかの反応物材料を上記反応物材料とは化学的に異なる生成物に変換する工程；を包含する。

１つの実施形態において、上記繰り返しの頻繁で過渡的な表面に対する表面の衝突性の接触事象が、漸進的に起きることにより、上記触媒物体の本質的に全ての触媒的に活性な外部表面が、上記方法の間に接触するようになる。別の実施形態において、上記動きは、全ての上記物体の本質的に全ての触媒的に活性な外部表面にわたって、上記接触事象の分布を平均する。

１つの実施形態において、上記動きは、上記物体の触媒的に活性な外部表面の大部分にわたって、上記接触事象の分布を平均する。別の実施形態において、上記動きは、上記触媒的に活性な表面を含む物体の外部表面の限定的な部分にわたって、上記接触事象の分布を平均する。

１つの実施形態において、上記少なくとも１つの触媒物体の少なくとも一部の触媒的に活性な外部表面は、モザイク状パッチ／小面へと分けられ、各モザイク状パッチ／小面は、上記少なくとも１つの触媒物体の触媒的に活性な全外部表面領域よりも実質的に小さい外部表面領域を有する。１つの実施形態において、モザイク状パッチ／小面へと分けられる上記触媒物体の第１のモザイク状パッチ／小面は、同じ触媒物体上の第２のモザイク状パッチ／小面とは異なる表面材料の組成を有する。別の実施形態において、モザイク状パッチ／小面へと分けられる第１の触媒物体の第１のモザイク状パッチ／小面は、モザイク状パッチ／小面へと分けられる第２の触媒物体上の第２のモザイク状パッチ／小面とは異なる表面材料の組成を有する。

１つの実施形態において、上記少なくとも１つの触媒物体のアスペクト比は、約１．０５未満である。別の実施形態において、上記触媒物体の各々のアスペクト比は、約１．２５と約１．０５との間である。別の実施形態において、上記触媒物体の少なくとも１つのアスペクト比は、１．２５と２．００との間である。別の実施形態において、上記触媒物体の少なくとも１つのアスペクト比は、約２．００と約３．００との間である。別の実施形態において、上記触媒物体の少なくとも１つのアスペクト比は、約３．００よりも大きい。

１つの実施形態において、全ての上記触媒物体は、本質的に同じ形状および大きさを有する。

１つの実施形態において、全ての上記触媒物体は、本質的に同じ形状を有するが、少なくとも１つの他の触媒物体とは大きさが５％よりも大きく異なる。

特定の実施形態において、上記触媒物体の外部表面は、モザイク状パッチ／小面を含み、そして少なくとも第１の触媒物体および第２の触媒物体は、互いに異なる本質的に多面体の形状を有する。詳細な実施形態において、上記第１の触媒物体は、上記第２の触媒物体とは大きさが約５％よりも大きく異なる。

いくつかの実施形態において、上記第１の触媒物体の外部表面は、第１の数のモザイク状パッチ／小面を含むが、上記第２の触媒物体の外部表面は、第２の数の小面を含む。別の実施形態において、上記第１の触媒物体は、上記第２の触媒物体とは大きさが約５％よりも大きく異なる。

１つの実施形態において、上記触媒物体の形状は、実質的に、隣接した本質的に平面であるモザイク状パッチ／小面が接する円い縁を有する切断された二十面体と同じであり、隣接した本質的に平面であるモザイク状パッチ／小面を隔てる最小距離を規定する上記円い縁の幅は、切断された二十面体の名目全径の約２％を超えない。

１つの実施形態において、任意の２つの触媒物体の対応する寸法の大きさは、互いの５％以内である。

添付の図面は、概略図であり、一定の縮尺で描画されていることは意図されない。図面において、種々の図面において記載される同一の構成要素もしくは実質的に同様の構成要素の各々は、代表的に、１つの数字または表記によって表される。明確にするために述べると、当業者が本発明を理解するために説明が必要ではない場合、全ての図面において全ての構成要素が表示されるわけではなく、本発明の各実施形態の全ての構成要素が示されるわけでもない。

（詳細な説明）
（定義）
本明細書中で使用される場合、触媒物体もしくは他の固相表面の文脈における「接触」は、２つの、接する別個の物体（一般的には固相）の各々の少なくともある表面材料物質が、原子ベースで密接に接することをいう。このような接触は、上記接する物体の間で材料を移動させ得るか、および／または一方もしくは両方の物体上のある材料を、少なくとも置き換え得る。

本開示は、語「接触」に対し、新たな特定の意味を与える。代表的に、触媒分野における用語「接触」は、一般的に、ある反応物をある固相（しばしば触媒）と一緒にし、その際に何らかの反応が起こる文脈でのみ、使用される。

本発明は、可能性のある、規定されかつ非常に特定の種類の接触を含む基礎的な表面活性触媒増強の、本発明の広い範囲の実施形態を紹介する。「固相」は、固体状態における事象、すなわち、固体会合は、実質的にその分子間立体配置を維持する事象を意味し、液体も気体も意味しない。

「触媒物体（ｃａｔａｌｙｓｔ ｏｂｊｅｃｔ）」もしくは「触媒物体（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｏｂｊｅｃｔ）」は、その使用のために指定されたある特定の環境下に存在する場合に、ある触媒特性を有する外部表面を有する、独立した、物理的な、実質的に固相の物体をいう。

物体の「外部表面（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）」もしくは「外部表面（ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ）」は、一般的に固相物体の材料物質と空間における全ての周囲点（この物体に触れる点であるがこの物体に結合したままであるいかなる材料とも一致しない点）との間の全ての境界点をいう。

一般的に固相物体の「表面ゾーン」は、この物体の触媒活性に影響を与える、その外部表面に対する領域であって、その表面に対し少なくとも数ミクロン内部からその表面に対し少なくとも数ミクロン外部へ延びる領域をいい、そのような境界は、いくらか拡散することが理解される。

「表面活性触媒」は、このような物理的触媒物体の内部もしくは表面領域において起こる、このような触媒物体の触媒反応の大部分をいう。「接触事象（ｃｏｎｔａｃｔ ｅｖｅｎｔ）」もしくは「接触事象（ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ ｅｖｅｎｔ）」は、少なくともある有限の時間の間の個々の接触の発生をいい、この有限の時間は、非常に短い期間であってもよい。

「分離事象」は、存在する接触の、少なくとも、２ミクロンの最小分離距離、かつ１マイクロ病より長い有限の時間にわたる分離を意味する。

「開時間」は、分離事象から、分離した接触面のいずれかの次の接触が起こるまでの経過時間を意味する。

「接触条件」は、規定される時間の間に１回もしくは多くの回数で起こる接触をいう。

「平均接触衝撃係数」は、任意の規定される特定の接触条件について、または規定される一組の接触事象について、接触の繰り返しの間の平均時間に対する平均閉時間（ａｖｅｒａｇｅ ｃｌｏｓｅｄ ｔｉｍｅ）の比をいう。

「衝突接触事象」は、接触する物体のうちの少なくとも１つの１つより多くの原子に対して影響を及ぼす接触事象の発生をいい、これは、接する表面の間の原子が移動すること、もしくは少なくとも１つの触媒物体の表面において少なくとも２つの原子が置き換えられることのいずれかである。

「突出接触領域」は、接触事象の間の接触の起こり得る最大の領域をいい、２つの接触している表面の間の接触の、互いに完全に融合するかのように一致する境界内に含まれる領域として、規定される。したがって、このような突出接触領域は、代表的に、上記領域内で起こる全ての微小の材料対材料の物理的接触の実際の領域より大きい。

「全外部接触面」は、規定される一対の接触する物体（例えば、表面活性接触物体）もしくは規定される一組のこのような物体の全ての異なる突出接触領域の合計をいう。

「ＴＩＣＯ」は、古典的な切断された二十面体からわずかに改変された形状を有する触媒物質についての定義（ａｐｈｏｒｉｓｍ）である。

本発明は、特定の局面において、表面（例えば、触媒物体（例えば、固相不均一触媒）の触媒的に活性な表面）の間の接触を生じるように構成された触媒反応器システム、ならびにそのような触媒および触媒反応器システムの製造および使用のための方法に関連する。本発明は、過渡的な触媒表面相互作用の繰り返しを含み得る。本発明はまた、特定の実施形態において、触媒の新規な幾何学（例えば、（例えば図２〜６および図８〜１０に示されるような）微粒子触媒および／またはペレット状触媒）に関し、そして、表面対表面接触作用の量および頻度を最適化するための、触媒的に活性な表面の新規な運動および配置に関する。いくつかの場合において、触媒物体の活性表面領域の実質的な大部分が使用され得る。本発明の触媒および触媒方法は、他の公知の触媒および触媒方法に対して、触媒的生成性を増大し得、そしてまた、不均一に反応する材料（例えば、気体、液体、スラリーおよび／または超臨界流体）の触媒表面領域を通る輸送を増大し得る。

１つの実施形態において、本発明は、２つの触媒物体の間の突出接触領域が、平均して、これらの触媒物体の触媒的に活性な全接触表面領域の１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％もしくは１０％を超える、またはそれより多いような、補完的表面を有する少なくとも２つの触媒物体を備える、触媒反応器システム、ならびに、少なくとも２つの触媒物体を互いに接触させるように構成されそして配置された接触誘導デバイスに関する。本明細書中で使用される場合、「補完的表面」は、２つの表面の間の密接な接触を規定する突出接触領域を、該表面もしくは部分の外部領域全体と実質的に同じ場所を占めるようにさせる形状、表面トポグラフィーおよび他の特性を有する、任意の２つの物体（例えば、触媒物体）の表面、もしくはそれらの部分に関し得る。補完的表面の例としては、２つの本質的に平らな面；本質的に円錐型の突出および本質的に円錐型の（同じ大きさの円錐の）くぼみ；本質的に半球型の突起（ｂｕｍｐ）および本質的に半球型の（同じ大きさの半球の）くぼみ；などが挙げられる。１つの実施形態において、本発明の触媒反応器システムは、触媒物体を含み、この触媒物体の各々は、少なくとも１つの本質的に平らな面を備え、ここで、第１の触媒物体の該本質的に平らな面は、第２の触媒物体の該本質的に平らな面と接触可能である。この触媒物体は、その外部表面の少なくとも一部にわたって、またはその外部表面本質的に全体にわたって、触媒的に活性な材料を含み得る。特定の実施形態において、上記触媒物体は、触媒的に活性な材料によって少なくとも部分的にコーティングされた支持材料を含み得る。

本明細書中で使用される場合、「接触誘導デバイス」は、上記触媒物体を互いに繰り返し接触させることが可能な任意の装置をいう。いくつかの実施形態において、上記接触誘導デバイスは、反応器の撹拌システムであってもよく、ここで、このシステムにおいて、例えば、産業規模のスラリー気泡塔反応器もしくはのスラリー流れ発生装置のような、もしくは産業スケールの連続撹拌槽型反応器のインペラーのような、上記触媒物体が配置される。特定の実施形態において、上記接触誘導デバイスは、機械的モーター駆動装置であり、この装置は、少なくとも２つの触媒物体の表面を、物理的に互いに接触して配置するように構成される。特定の実施形態において、触媒反応器システムは、少なくとも２つの触媒物体を接触して配置するための機械構造を備え得、ここで、該２つの触媒物体の間の突出接触領域が、平均して、上記触媒物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の約１％より大きい。このような特定の場合において、上記機械構造は、１つの歯車ポンプ、一連の歯車ポンプなどであり得、そして上記触媒物体は、回転可能な歯車の形態もしくは回転可能な歯車の歯の形態、またはローラーの形態であり得、これらは、互いに接触するようにかつ／または他の表面と接触するように配置される。図７は、基本的な歯車ポンプ機構の分解内部図を示し、他方、図１１は、触媒ローラーアセンブリを示す。

本発明の触媒物体（ｃａｔａｌｙｓｔ ｏｂｊｅｃｔ）もしくは触媒物体（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｏｂｊｅｃｔ）は、複数の小面を備え得、すなわち「モザイク状パッチ」であり得、ここで、少なくとも１つの小面は、隣接する小面と縁で接して三次元 形状を形成し、ここで、少なくとも１つの小面は、触媒的に活性な材料を含む。いくつかの場合、個々の小面は、触媒物体の全外部表面領域の１％より大きな表面領域を有する。いくつかの実施形態において、小面もしくはその部分は、触媒的に活性な材料を含み得る。上記小面が接する縁は、本質的に直線の縁であってもよく、または改変されている（例えば、丸い）縁であってもよい。上記小面は、本質的に平面である表面を有してもよく、または平面でない表面を有してもよい。接触させられる触媒物体の小面の表面輪郭が上に規定されるように相補的である場合、有利である。小面切断された（ｆａｃｅｔｅｄ）触媒物体は、特定の実施形態において、粒子形態もしくはペレット状形態を備え得、これらの形態は、特定の実施形態において、粒子触媒について当業者にとって代表的な粒径を有する。例えば、上記粒径は、０．１ｍｍ〜２５ｍｍの範囲内であってもよく、より代表的には、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であってもよい。これらの触媒物体は、産業規模の反応器（例えば、スラリー気泡塔反応器、流動床反応器、連続撹拌槽型反応器における使用に特によく適する。

以下でさらに詳細に記載されるように、上記触媒物体の形状は、特定の適用に応じて変動し得る。潜在的に適した形状の例としては、多面体（例えば切断された二十面体）、円柱、歯車（例えば、歯車の歯を有する歯車）などが挙げられるが、これらに限定されない。

本発明はまた、不均一触媒によって触媒される反応を実施するための方法を記載する。このような方法は、少なくとも２つの触媒物体を、選択された反応物を含む所定の環境に対して曝露する工程であって、ここで、該２つの触媒物体のうちの少なくとも１つは、触媒的に活性な表面を有する工程；該触媒物体間の接触を生じさせることによって、該２つの触媒物体間の突出接触領域が、平均して該触媒物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の１％より大きい工程；ならびに該選択された反応物を、触媒的に活性な表面において化学反応に供し、所望の生成物を生成する工程を、包含し得る。特定の実施形態において、上記触媒物体は、上記環境中に浸漬されそして上記環境によって囲まれ、ここで、この環境は、例えば、所定の反応物を含む溶液または液体形態もしくは気体形態の純粋な材料であり得る。特定の実施形態において、本発明の方法は、繰り返しかつ過渡的な様式で上記触媒物体を接触させる工程を包含する。いくつかの場合、この工程により、触媒の性能の増強（例えば、より高い収率）がもたらされ得る。

特定の場合において、触媒物体の間の上記繰り返しかつ過渡的な接触は、上記触媒物体の表面領域の少なくとも一部を有利に改変し得、このことは、触媒行動に影響を与え得るかもしくは触媒行動を増強し得る。１つの実施形態において、最初に触媒的に活性である第１の触媒物体は、最初に触媒的に活性ではない第２の触媒物体と接触させられ得、ここで、この接触が、該第２の触媒物体を触媒的に活性にさせる。別の実施形態において、該接触は、触媒物体の触媒行動を増強し得る。１つの実施形態において、上記接触は、上記触媒物体の上記表面を再生させ得るかまたは「リフレッシュ」させ得、触媒行動を増強する。

「物質の状態（ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｍａｔｔｅｒ）」の性質に対する知識の進歩により、固体、液体もしくは気体の従来の概念は、もはや、物質の状態の範囲を記載するために十分ではない場合がある。このような状態の相違は、ある程度「不明瞭である（ｆｕｚｚｙ）」場合があることを考えると、不均一触媒行動を考慮することが有利であり得る。「表面」は、代表的に、表面を記載するためにしばしば使用される視覚的な平面の単純化されすぎた画像よりも、ずっと複雑さを示す。多くの表面は、適切な条件下で、非常に触媒的に活性になり得る。表面における境界が鋭角的である従来モデルは、触媒活性の理解を誤った方向に導き得る。根本的に、固体の表面は、固体内部に近接に配置された原子群が、表面領域の縁に向かうにつれ先細りになるように見える、ゾーンもしくは遷移領域として示され得る。内部では、該固体成分は、近接に結合するが、表面においては、このような結合は乱され得る。

従来の多くの触媒分野における用語「表面」は、活性な小原子規模の寸法における表面の性質の完全な適用を反映しないように適用されている。対照的に、本発明のある観察は、触媒材料の内部（名目上の「表面」領域（該「表面」よりいくらか下である最も近い隣接領域）より十分に下）における原子もまた、その「表面」特性にもまたかなりの影響を及ぼすという、触媒「表面」の概念と一致し得る。より大きな距離にわたって（多くの原子空間にわたって）分布する原子は、長い範囲の（ｌｏｎｇ−ｒａｎｇｅ）プロセスを生じ、このプロセスもまた、重要な役割を果たし得る。したがって、本明細書中で記載されるように、「表面」は、位置であるよりもむしろゾーンである。

公知の量子力学的結果は、単に、表面もしくは材料を、互いに非常に近接して（数ミクロンもしくはそれ未満で）有することにより、力が生じ得、そして仮想粒子が生じ得るという主張を支持する。例えば、カシミール効果（Ｃａｓｉｍｉｒ、Ｈ．Ｇ．Ｂ．「Ｏｎ ｔｈｅ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｌａｔｅｓ」，Ｐｒｏｃ．Ｋｏｎ．Ｎｅｄ．Ａｋａｄ．ｖａｎ Ｗｅｔｅｎ．１９４８、Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ．７、ｐｐ．７９３−７９６）は、触媒の表面領域の非常に小さな規模で、天然に生じ得る。カシミール効果は、触媒作用の微小な表面領域ドメインにおいて作動するが、代表的には、触媒の分野において注目されてこなかった。

本発明に関連して、任意の特定の物理的現象、理論もしくは説明に縛られることはないが、固相触媒表面の接触に起因する本発明の触媒増強は、２つの表面が互いに接近する際、一定の量子不確定性は、材料のみに影響を及ぼし得るのではなく、２つの表面領域を分離する「空間」にもまた影響を及ぼし得るという現象に、少なくとも部分的に起因し得る。このことは、２つの接近する表面領域が類似の原子を有する場合、特に正しくあり得る；このような場合、不確実性は、１つの「表面」の一部が、他の「表面」において見出され得ることを示し得る。この仮想「トンネリング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）」不明瞭性（ｆｕｚｚｉｎｅｓｓ）は、２つの表面が近接になる場合、異常に活性なゾーンの一部でしかない場合がある。

Ｂｒｕｎａｕｅｒ、ＥｍｍｅｔｔおよびＴｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）測定は、触媒についての種々の材料を説明する際に使用される、一般的な表面特性試験である。これは、気体の吸着が、材料の表面において測定される試験である。このアプローチは、表面における気体吸着のプロセスに関する、ラングミュアの理論に基づいている。圧力下の希ガスの制御された量が、試験材料への圧力下で適用される。この気体は、加熱脱着プロセスによって除去されることにより、測定される。ＢＥＴ測定は、材料１グラムあたりの（等表面の）平方メートルとして表現され得る。ＢＥＴ測定の理論が、多くの推定を含むが、この方法は、触媒についての一般的な詳述になっている。このような測定の元にある従来の考え方は、より多くの表面領域がよりよいというものであった。全ての触媒作用は表面制御であるという、従来信じられていた考えは、より大きいものが常によりよいということを示唆する。しかし、近年、より研究された分析は、このことが必ずしも当てはまらないことを示している（例えば、米国特許第６，８３１，０３７号参照）。

材料表面は、比較的滑らかであると考えられる場合でさえ、原子規模では比較的粗い場合がある。近年開発された表面走査技術によって可視化されている例は、全て代表的にむしろ不均等な様式で存在する、多くの表面の山および谷、段丘およびすき間を示している。表面領域の原子特徴の別の重要な局面は、種々の力および影響の、大きさが変動し得るリーチ（ｒｅａｃｈ）である。表面領域において、物は、表される走査画像のようにはっきりと画定されていない場合がある。多くの場合、数ミリメートル毎に原子の規模で原子毎に示される特徴は、多くの原子間距離を跳び越える相互作用の長いリーチを示さない場合がある。

重要であると考えられるこのような微小の空間のみでなく、微小な時間もまた、重要な役割を果たし得る。物事は、原子寸法の空間における小さな範囲にわたるのみでなく、たったの数百フェムト秒（１０^−１５秒）の時間において起こり得る。したがって、短い範囲の触媒分子作用が実際に起こる、非常に短い時間間隔を考慮することは、改善された触媒プロセスを開発する上で有利であり得る。化学結合のフェムト秒の作用の間の非常に大きな不均衡、および反応材料を表面領域の中および外に動かすことは、もっとずっと長い時間がかかることが、考慮されるべきである。熱分子速度は、一秒間あたり何百〜何千メートルの桁である。したがって、中程度の大きさの分子は、数百フェムトモルにわたって、隣とおよそ１００ピコメートル（１０^−１２メートル）の原子結合距離しか離れていない場合がある。しかし、反応物分子の内部衝突に起因して、表面への経路および表面からの経路は、非常に間接的かつ回り道である場合がある。したがって、化学結合を形成するためにかかる時間よりもむしろ、反応材料の輸送が、多くの場合、限定因子であり得る。したがって、触媒材料の設計において、反応の成分が、反応の範囲に入り得る方法、およびこれらの成分が反応の範囲から脱する方法を考慮することが、重要であり得る。次いで、触媒された分子が一旦触媒された環境を表面領域に維持するためにどれだけの時間がかかるかについての重要な考慮が生じる。触媒活性は、反応性の表面領域の量にのみ着目する過剰に短絡的な考えよりもむしろ、材料を誘導すること（ｅｎｓｎａｒｉｎｇ）と大きく関係している可能性があり得る。ねじれた間隙（これは、材料の侵入および脱出を制限しかつ遅らせる）に補足された触媒される反応物材料は、ＢＥＴ測定された表面領域のみよりも、生成速度の結果により大きく関係し得る。気体の反応物が含まれる場合でさえ、ＢＥＴ測定値は、主に同じ理由により、有効反応速度に対し優勢な影響を必ずしも有さない場合がある。結果的に、密集して林立する多孔（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）で構築された大きな表面領域もまた、材料の運動の阻害剤になり得る。このような材料の粘着性（互いにくっつくこと）は、さらに運動を妨げる。表面の景観は、したがって、気体吸着試験方法によって測定されるしばしば非常に大きな明瞭な表面領域に対して寄与するもののひとつであり得る。ある触媒活性の過去の評価は、性能と有効吸着領域とを関連付けるとようであったが、多くの場合、この相関性は非常に乏しかった。大きなＢＥＴ値は、穴および表面隆起の増大（景観を粗くする）を介して得られ得る。表面隆起の林立をやりすぎた場合、材料輸送を失速させることによって、触媒生成速度における逆影響を有し得る。したがって、本発明の特定の実施形態において、触媒材料は、無孔であるか、または比較的低い表面多孔性を有する。

不均一固相表面触媒は、特定の場合、反応物の幾種かの分子種を、所望の生成物に再構築もしくは集合させ得る。このような触媒作用は、いくつかの表面と近接な非常に短い距離の範囲内で起こり得る。いくつかの触媒は、特定の分子結合を切断することによって、少なくとも部分的に作用する。他は、新しい結合リンケージ（ｂｏｎｄ ｌｉｎｋａｇｅ）を生じ得る（例えば、モノマー「構築ブロック」からポリマーを形成し得る）。分子反応が起こる非常に短い時間は、全てのこのような触媒行動の点で重要であり得る。表面活性の原子規模の領域において、このような事象は、非常に短い時間にわたって起こり得る。このような短い時間の行動は、従来の触媒研究および触媒設計において、認められないようである。新たな結合が触媒によって作製されるかもしくは存在する結合が触媒によって改変される場合、このような工程の各々は、非常に短い時間において起こる別個の遷移（例えば、フェムト秒におけるドメイン）であり得る。このような作用において量子化されたエネルギーの電化は、成分の総エネルギーを増大し得るかもしくは減少し得る。このような遷移の量子化された性質は、実質的に、機械的共鳴エネルギー交換もしくは貯蔵の従来の概念の適応性を制限し得る。（Ｑは、１サイクルあたりの貯蔵された共鳴エネルギー対１サイクルあたりに失ったエネルギーの比率を現すために一般的に使用される記号である。）このような状態遷移に関連する「Ｑ」の考えは、この変化が連続したものではないので、間違っている場合がある。別個の遷移は、図１で示されるような状態線図の形で表されるようがよい場合がある。図１において、垂直方向は、時間の流れを表す。２つの分子（１つはＡであり１つはＢである）（波線の下から現れる）は、エネルギーの量子の交換を介して相互作用し得（波線）、結合した分子Ａ＋Ｂを生成し、そして、波線の右側に示されるようなこの状態へのもしくはこの状態からのエネルギーの量子（もしくはフォノン）を、生成する。この図は、完全な理論としてではなく、非常に短い時間においてこのような反応が起こり得る事象を単にグラフで明らかにするために提示されるにすぎない。この反応は、発熱（エネルギー放出）反応もしくは吸熱（エネルギー吸収）反応のいずれかであり得る。遷移のために必要とされる時間（波線）は、非常に短い場合がある。実際に、始まりの状態から終わりの状態への遷移は、どんな量であっても任意の量の時間を必要とするということは、起こり得ない。これは、量子不明瞭性問題の一例である。このような単純な線図の長所は、純粋に状態の相違および事象に伴う特徴の変化を表すことにある。

統計学的にモデリングされた多数の要素の、触媒設計および触媒研究に対する従来的なアプローチを動機付ける、従来の理論的な表面の処理および触媒活性のほとんどは、個々の相互作用およびその簡潔性を十分に考慮しないことにより、不十分であり得る。触媒化学に対する多くの公知の理論的アプローチおよび実験的アプローチは、全体の平均を用いる熱力学統計学的方法においてのみ行われてきた。

他の表面複雑性もまた、触媒活性において重要な役割を果たし得る。ほぼ原子同士並んだ近接性を示し得る通常の「連続的」金属フィルムでさえ、原子レベルではほとんど滑らかではない。非常に純粋な、ほぼ完全な半導体結晶材料は、このようなほぼ原子的に完全な表面に近づき得る。ほぼ完全な表面層でさえが、その「表面」において「欠陥」特性を有し得ること（単純に、原子の最上層より上の空間に最も近く隣接する原子が存在することに起因する）を考慮することは、有益である。表面は、生来の「表面」（境界）の特性であり得る不連続性ゆえに、その内面もしくはバルクとは異なり得る。このような半導体結晶材料が、その内面においてＮ型（電子が多い）に「ドープされる（ｄｏｐｅｄ）」場合、その表面は、境界の「空の」側における電子電場の非存在ゆえに、なお、ある程度Ｐ型の特性（穴が多い）を示し得る。半導体材料のドーピングは、多くの場合、原子のほんの僅かな量のみでドープされ得る（Ｎ型シリコンについて、１０，０００原子のリン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）につき約１原子である）。注目すべきことに、このことは、長い範囲の特性（多くの原子空間の距離）が、表面の行動にある程度寄与し得ることを説明する。

「固体」アレイ内の原子でさえ、その「表面」に対する実質的な影響を有し得、構成物である材料から生じそして内部領域および隣接する表面領域の範囲内での構成を生じる。このようなアレイ内の一定量の原子のドリフトは、絶えず起こり得るが、平均のアレイ（形状）が変わらないように見える。非常に短い距離および非常に短い時間スケールにおいて、これらの運動は、種々の反応を起こす機会に対し影響を有し得る。上記材料の温度もまた、影響を有し得、そして異なる反応が種々の速度で競合する場合に、（特定の温度におけるバランスの結果としていくつかが上昇しもしくは下降して）特定の結果をもたらすかまたは低下させるように作用し得る。

脆い個体を超高速真空中で破壊することによって得られた新しく「切断された」表面は、新しく切断されたものではない類似の表面と比較して、高い触媒活性を有することが、観察されている。このような断裂された裸の表面は、まだ吸着された材料によって覆われていないし、相手に「飢えているｌことが知られている短い範囲の特徴を示し得る。このことは、新しい表面の特に優れた活性性質である。本発明の文脈において、表面対表面の接触効果は、新しく切断された表面と類似の増強された触媒活性を生じる表面の欠陥を作製し得ると考えられる。本発明の文脈において、接触する触媒表面の景観は、各接触後の新しい分離の各々によって変えられ得る。再び、任意の特定の理論もしくは説明に縛られることなく、このような変化は、各分離により、表面の欠陥の新しいクロップを産生し得ると考えられ、ここで、各分離は、少なくとも部分的に、増強された触媒活性および本発明の特定の実施形態によって達成され得る性能を考慮している。不均一触媒作用の領域におけるより従来的な研究および開発は、測定された表面気体吸着領域の大きな値を激しく追及した。このことは、触媒生成物生成とは逆行する、逆生産的表面複雑性の開発を助長してきた可能性がある。特定の実験的に由来する材料の「処方箋」を強調する触媒調合のための代表的な従来型アプローチは、触媒の触媒化学的目標物のバリエーションもしくは改善についてあまり方向性を提供しない。結果的に、多くの過去の開発は、骨の折れる実験作業の記載および達成された触媒系もしくはその穏やかなバリエーションを用いる歴史的操作経験の結果であった。触媒生成性におけるさらなる改善は、触媒活性を直接改善することおよび表面領域を通る材料の輸送の増大に対して注目する必要がある。本発明は、特定の実施形態において、このような改善を達成するための材料および方法を提供する。

本発明は、任意の特定の触媒処方箋もしくは任意の特定の反応物インプット／生成物アウトプットに限定されないし、任意の特定の反応スキームに対するその使用に特異的に限定されることもない。本発明における使用に適し得る触媒手順の例としては、分解（例えば、水蒸気分解、流体触媒分解、水素添加分解、熱分解など）、触媒再形成、アセトキシル化、アルキル化、アンモノリシス、カルボキシル化、Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ合成、アルカン生成、ピリジン生成、脱水（例えば、アルコールの脱水）、デヒドロクロリネーション、脱水素、エポキシド化、水化、ヒドロクロリネーション、水素添加、水素化分解、異性化、酸化、還元、オキシクロリネーション、石油精製、ならびに合成気体の生成および／または合成気体の生成が挙げられるが、これらに限定されない。本発明において使用され得る触媒および／または触媒材料の例としては、ニッケル（例えばＲａｎｅｙ ＮｉもしくはＵｒｕｓｈｉｂａｒａ Ｎｉ）、酸化バナジウム（Ｖ）、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、アルミナ、シリカ、白金ロジウムパラジウム触媒、Ｚｉｅｌｇｅｒ−Ｎａｔｔａ触媒、Ｇｒｕｂｂｓ’触媒、Ｌｉｎｄｌａｒ’ｓ触媒、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ’ｓ触媒、Ｃｒａｂｔｒｅｅ’ｓ触媒、炭素によって支持される触媒、アルミナまたは他の材料、その誘導体、これらの組み合わせなどが挙げられるが、これらに限定されない。本発明にしたがって使用され得る他の触媒および触媒生成物は、Ｒａｓｅ、Ｈ．Ｆ．、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ．，第１版、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、２０００（本明細書中で参考として援用される）に記載される。

実際に、本明細書中で開示されるシステム、材料、および方法は、任意の適切な触媒反応スキームのための本質的に任意の固相不均一触媒組成物に関連して、利用される可能性があり得る。このような組成物および反応は、当該分野で非常に周知である。開示される本発明は、一般的に、不均一反応物上で作用する表面活性固相触媒材料を使用する本質的に任意の触媒に適用され得る。

２種の異なる型の現象が、触媒のアウトプット速度に影響し得る：第１に、表面領域における所望の化学的結合に依存して触媒的に作用する現象；第２に、表面ゾーンへおよび表面ゾーンから、周辺の材料を輸送させる現象である。

捕捉された表面領域材料の増強されたクリアリングは、本発明の表面接触作用（改善された触媒活性である）によって提供され得る。特定の実施形態において、より多くの表面クリアリングは、放射エネルギーを印加することにより活性触媒表面領域に、触媒アウトプット結果におけるなおさらなる改善を達成し得る。この放射エネルギーは、材料の表面領域へのラギング運動および表面領域からのラギング運動を補助し得る。

上で議論したように、表面接触は、触媒作用の分野で以前認められていたよりずっと複雑であり得る。僅かな表面接触でさえ、有意な表面変化および欠陥を生じ得る。本発明のいくつかの実施形態は、固相触媒表面の間の故意の繰り返し過渡的物理的接触を使用して、標的反応材料に対する触媒の作用を増強する。

本発明の特定の実施形態は、突出接触領域の表面対表面の接触事象を容易にしかつ増加させるように設計された、新規な触媒表面幾何学を含む。触媒反応器システムおよび／または本発明の特定の実施形態の触媒物体は、頻繁な触媒物体間の表面対表面接触をもたらすように構成され、特定の実施形態において、本発明の触媒反応器において本発明の触媒形状および／または触媒運動を使用する。特定の実施形態において、使用される触媒物体は、触媒的に活性な表面と別の表面（やはり触媒的に活性であり得る）との間（組成において同じであっても異なっていてもよい）に大きな接触領域（例えば、突出接触領域）を生じるように設計され、そしてこれらの触媒物体は、大きな領域の緊密な接触を容易にする形状およびトポグラフィーにおいて補完的である表面を有し得る。このような形状は、代表的に従来の触媒プロセスにおいて使用される形状（代表的に、球形であるか、もしくは類似の湾曲した非補完的表面形状を含む）とは大いに異なる。球の間（特に硬い球）および他の類似の小さな半径の曲率の項目の間の接触は、非常に制限された接触領域のみしか提供しない。硬い球の間の代表的な接触は、代表的に、個々の物体の表面領域の１／５，０００よりもっとずっと少ない。先行技術において代表的に見出される条件下で、球形状の触媒物体は、互いに接触させられて重要でない接触領域を生じるが、以下でより詳細に記載される本発明の特定の実施形態に従って提供される触媒物体形状とは対照的である。対照的に、本発明の特定の触媒物体（例えば触媒粒子もしくは触媒ペレット）は、複数の小面（例えば、本質的に平面である小面）を備えてもよく、または外部表面においてモザイク状パッチを備えてもよい。いくつかの実施形態において、互いに接触させられる２つのこのような触媒物体が、補完的表面を有するような形状であり得、ここで、所定の接触事象について、該２つの触媒物体間の突出接触領域は、（多数の接触にわたる平均で）該触媒物体の触媒的に活性な 全外部接触表面領域の１％を超える。本発明にしたがって提供される形状の例としては、種々の多面体（例えば二十面体、切断された二十面体（ＴＩＣＯ）、多角形周形状（ｐｏｌｙｇｏｎａｌ ｐｅｒｉｍｅｔｒｉｃ ｓｈａｐｅ）を有する円柱、歯車の歯などが挙げられるが、これらに限定されない。当業者は、広範な他の適した形状を容易に想定し、これらの各々は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に含まれる。本発明の触媒反応システムは、選択された反応物環境の存在下で触媒物体を互いに接触させるように構成されそして配列されて、所望の反応生成物を生成する。特定の実施形態において、上記触媒物体は、反応物を反応器に導入するための入口および反応器から生成物ストリームを出す出口を備える反応器中に含まれ得る。本発明の反応器は、その中の触媒物体の間の繰り返し接触の産生を容易にする多くの形態を取り得る。例えば、連続撹拌槽型反応器（ＣＳＴＲ）、流動床反応器、スラリー気泡塔反応器などを含む、従来の設計もしくはその改変型が、使用され得る。さらに、特定の実施形態において、本発明は、新たな反応器設計をまた提供し、この設計は、特定の場合、触媒物体の間の繰り返しの接触を生じるための機械装置（例えば、以下の歯車ポンプおよびローラー反応器設計の記載を参照）を使用する。いくつかの実施形態において、該触媒物体は、触媒的に活性な材料で形成される。いくつかの実施形態において、該触媒物体は、触媒的に活性な材料でその表面の少なくとも一部をコーティングした不活性支持材料（例えば、セラミック）を含む。

特定の実施形態において、触媒表面の形状は、（例えば、補完的形状により）接触の広範な領域を提供する。このことは、代表的な先行技術触媒とは非常に異なり、したがって、そのような触媒を使用する本発明のシステムに対する、触媒物体幾何学を提供する。別個の独立した触媒物体を用いて、特定の本発明の触媒反応器システムはまた、使用される反応物培地において互いに実質的な表面接触を起こすような様式で触媒物体が頻繁に衝突するように、該物体を動き回らせてもよい。このことは、触媒物体を特定の環境（例えば、気体、液体もしくは混合媒体）下に置き、そして接触誘導デバイス（例えば、該環境をかき回すためのデバイス環境）を提供することによって達成され得る。このようなかき回しは、３相反応器（例えば、スラリー気泡塔反応器）、連続撹拌槽型反応器、および種々の他の構成において使用されている。しかし、代表的な先行技術触媒物体設計は、本発明の特定の実施形態の表面対表面接触増強特性を有さないので、かき回しを有する従来の触媒反応器は、本発明の増強した接触条件を提供しない。

いくつかの実施形態において、本発明の触媒物体は、触媒物体および反応物を含む環境に対するかき回しもしくは動きを提供し得る接触誘導デバイスと組み合わせて使用され得る。このような物体で密集して満たされている反応物容積が反応器内でかき回されるかもしくは撹拌される場合、例えば、多面体形状（例えば以下で記載するＴＩＣＯ形状）の多くの本質的に平らな小面は、繰り返し接触事象作用において容易に係合し得る。これらの本発明の形状の支持触媒が、高密度で満たされるように十分な量で使用される場合、中程度のかき回しによって、その多くの面（本質的に平らであってもよく、もしくは補完的な輪郭を有してもよい）の間で、所望の多数回かつ頻繁な繰り返しの接触が、提供され得る。当該分野で公知の連続的撹拌タンク反応器（ＣＳＴＲ）は、そのようなプロセスを使用するための適切な装置であり得る。ＣＳＴＲに加えて、泡立てた気体を使用する（例えば、炭化水素合成反応のＦｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ型）、広範に使用されるスラリー気泡塔反応器システムもまた、本発明の触媒（例えばＴＩＣＯ型触媒）と組み合わせて使用され得る。特に、粒子様物体の形態である、多くの撹拌された触媒物体を使用する特定の実施形態において、多くの触媒が密閉して入れられる場合、凝集を可能にする様式（例えば、「閉じ込め（ｌｏｃｋ−ｕｐ）」）での、対称的である三次元的形状の触媒物体を避けることが望ましい。例えば、これは、かき回しの際の立方体ブロック形状の物体により、起こり得る。特定の実施形態において、触媒物体形態は、所望の頻繁な表面対表面の接触事象を可能にするが、閉じ込める様式で凝集する傾向を最小化する。本発明の非対称性は、以下のいくつかの実施例において説明されるが、多くの他の幾何学的可能性が、当業者に対して生じる需要と一致する。

特定の実施形態において、少なくとも１つの触媒物体が取り付けられるか、または機械的に相互接続される機械的アクチュエーター、機構または装置が、少なくとも２つの触媒物体（または１つの触媒物体と１つの非触媒物体）を接触するように配置するために使用され得ることにより、該二つの物体間の突出接触領域が、（１つのまたは複数の）触媒物体の全外部接触表面領域の１％よりも平均で大きくなる。例えば、触媒的に活性な材料を含む表面を含む、かみ合う（ｍｅｓｈｉｎｇ）歯が反応物と接触するシステムが使用され得る（例えば、図７を参照されたい）。互いにかみ合った様式で触媒的に活性の歯車を配置し、歯車を回転させ、歯車表面間を接触させることによって、そのような機能を支援し得る多くの歯車ポンプの形態が現在公知である。さらに、入口および出口が、触媒反応システムにグ組まれ得ることにより、例えば、少なくとも部分的には動く歯車によって生み出される対流によって、反応物材料が触媒物体上を循環され得る。

本発明の他の実施形態は、触媒的に活性にされ得る内部表面を含む円柱状反応チャンバーまたはパイプを付加的に使用し得る。適切な反応環境において、他の物体（例えば、同様の組成の他の触媒物体）と接触させるとき、反応チャンバーの触媒的に活性な内部外部表面との他の接触物体の接触事象は、改善された触媒の挙動を促進するために所望の接触条件を生成し得る。この種のシステムは、流体、気体を循環し、結果としてそのような組み合わされた流体移動機能と意図される触媒プロセスとを組み合わせるために容易に適用され得る。

歯車上に触媒的な活性表面を有する歯車を使用する形成された接触する触媒表面を利用する例示的な構成が図７に示される。このような歯車は、本質的に、歯の表面を係合するそれぞれの上の、迅速で過渡的で有効な表面−対−表面接触を生成することを行う。歯車ポンプデバイスは、流体を汲みだすために適切な特別に形成された接触する歯を有するものが公知である。多くの形態の歯車ポンプが市販されている。このような機構は、表面接触機能と、しばしば多くの触媒プロセスにおいて有用な流体くみ上げ機能とを組み合わせる。このような触媒歯車ポンプ状システムは、該システムの、極端な温度条件下でさえも、本質的な高圧力能力と、大きな流速能力とを考慮すると、固有に効果的な使用がある。係合する歯車ポンプの歯上に所望の触媒的に活性な表面材料を有することによって、本システムの条件は、その他では困難な種々の条件において達成され得る。良好に確立されたプロセスは、そのような歯車の歯の表面上に触媒材料を堆積するために使用され得る。

このタイプの別の構成は、複数の個別の歯車ポンプを使用する。これらは反応器内部で使用され得、反応器内で、反応物材料の混合および撹拌を生じる。そのようなデバイスはしばしば一緒に回転する２つ以上の歯車の動作を利用することにより、流体がかみ合った（ｍｅｒｇｉｎｇ）歯に押し流され、そのような配置の分割する歯の側に出て行く。この種のデバイスの多くの形態が当該分野で公知である。複数の歯車を使用する形態があり、惑星系を使用する。様々な形態の歯が、そのようなシステムにおいて用いられ得る。

そのような歯の係合のために、最大規模の接触領域を生じ、適切な触媒材料でコーティングされた歯の面の各々を移動することが望まれ得る。歯の間の圧力はまた、最大の可能な歯の表面に対し十分な係合をする接触を確実にするために、ちょうど十分な力を及ぼすためのモータまたは他の機構を生成する適切な力によって維持され得る。

そのような歯車ポンプシステムのための別な構成は、１つの歯車ポンプから次の歯車ポンプに、順次進む流体の連続的な配置であり得、循環される流体の反応物によって覆われる広い表面を生成する。

触媒プロセスのために便利であり得る別の特性は、非常に高圧の条件において動作するそのようなポンプの能力である。このタイプのポンプは、そのような圧力を生成し得るか、または単に制御された反応物チャンバー環境の内部のいかなる筐体封じ込めも用いずに係合する歯車を動作し得るか、のいずれかである。歯車係合システムは、十分な表面活性接触領域を生み出すように、かつ所望の反応産出物の生産を得るための接触動作を最適化するためにはかなり速い歯車速度で運転するように構成および動作され得る。歯車形状は、各歯の係合上で利用可能な接触領域を最大にする、角度をつけられた形状、らせん形状、または他の幾何学的形状のために設計された修理のタイプのうちの任意の１つのタイプであり得る。

特許文献は、記載される適用に潜在的に適合可能なポンプの設計の多くの例を示す。例えば、そのような２つのポンプ構造が米国特許第５，６６０，５３１号と、同６，５１８，６８４号とに記載される。

本発明の別の実施形態は、本発明の特定の局面の複数の接触および分離動作様式を生み出すように配置されたローラーベアリングの形状で構成された触媒物体を含む触媒反応器システムを含み得る（図１１参照）。ローラーベアリング表面は、触媒的に活性の材料でコーティングされ得る。このタイプの構造は、反応器内の反応媒体内に、またはそのような反応器の流れストリームに含浸され得る。適切に設計された材料を有するこのタイプの実施形態はまた、広範囲の温度および／または圧力と共に使用することを容易にし得る。

図１１は、本発明の触媒反応器システム７０の実施形態を図示し、該システムは、触媒ペレットまたは粒子を使用する必要はないが、封じ込め容器（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｖｅｓｓｅｌ）を使用し、内部表面７２と、触媒物体の撹拌およびスターリングも提供する機構とを伴う。円筒形反応器７０は、中心軸７８の周りを回転するキャリア７６に配置された触媒的に活性な材料でコーティングされた一連のスプリング荷重式ローラー７４を含む。反応器７０は、反応器容器内の反応物材料の循環を可能にするために、入口と出口と（図示せず）をさらに含み得る。接触し、押し付けられる、反応器封じ込め容器のローラー７４および／または内部の表面は、所望の触媒的に活性な表面材料でコーティングされ得る。キャリア７６は、ローラー７４を回転させて、ローラー７４および／または表面７２の触媒表面の特定の領域上での接触事象を邪魔させる。上記回転はまた、内容物（例えば、反応物材料）を撹拌する方法およびスターリングする方法も提供する。そのような容器は、一群の流れ動作または連続的な流れ動作のいずれかであり得る。当業者によって認識されるように、図示される特定の幾何学的形状は、多くの構成の可能性のうちのほんの１つである。本発明の選択される目的物に適切であると考えられる本質的に任意のサイズで構築され得る。円筒形の封じ込め容器はまた、極度の動作圧力および動作温度に適するので有利である。磁気結合が、密閉されたシステム内のキャリア７６の回転を生じさせるために使用され得る。

別の実施形態において、上記のような歯車ポンプシステムは、任意に、圧力および流れの利点のために、図１１に図示されるようなシステムと結合され得る。本発明の触媒反応器システムの可撓性は、様々な反応構成を結合することによって、供給材料の流れにおいて、幾つかの異なる種類のこれらの反応を行うための多くの可能性を示す。

本発明の特定の実施形態は、アンビル／ストライカー触媒反応器装置の使用を含み、同様に特定の実施形態は、小規模の分析試験、実験、プロセス／材料最適化および比較試験用途に特に良好に適するようにサイズを決められ構成され得る。このような２つの実施形態が、図１２および図１３にそれぞれ示され、これらは以下により詳細に説明され、実施例６〜１５で示されるように、パイロット規模の試験および分析デバイスとして特に有用であり得る。

図１２Ａは、アンビル／ストライカー触媒反応器装置８０の例示的な実施形態の断面図を提供する。図１２Ｂは、ストライカー装置の上面図を示し、図１２Ｃは、アンビル装置の上面図を示す。図１２Ｂに示されるように、ストライカー接触８４が、ストライカーリーフ９８の底部側に配置され、渦電流セール９２が、ストライカーリーフ９８の上部側に配置される。ストライカーリーフ９８は、ストライカーベース９４によって上昇した位置で保持される。図１２Ｃに示されるように、アンビル装置８０は、アンビルベース９０と、アンビルベース９０の一部に配置されたアンビルキャリアプレート８８とを含み、その結果、アンビルキャリアプレート８８は、アンビルベース９０の表面と本質的に同一の高さの上部表面を有する。アンビルキャリアプレートは、ピン９８と整列され得る。アンビル接触８６は、アンビルキャリアプレート８８の一部に配置される。アンビル／ストライカー装置８０において、ストライカー装置９８は、アンビル装置の上部に配置されることにより、アンビルベース９４がアンビルベース９０の一部と接触する。また、ストライカーリーフ９８は、アンビル装置の上に配置されることにより、ストライカー接触８４は、アンビル接触８６の上に直接的に配置される。

アンビル接触８６およびストライカー接触８４は、それぞれ、アンビルキャリアプレート８９およびストライカーリーフ９８にはんだ付けされ得る。はんだは、好適には、半導体構造において用いられるような高温の金／シリコンタイプであり得る。そのようなはんだの薄いフォイル（＜０．００２”）は、還元性雰囲気炉内のこれらの金属パーツのそれぞれを融解させ得る。アンビル接触８６とストライカー接触８４とのうちの一方または両方が、触媒材料を含み得る。このタイプのアセンブリは、パーツの平坦性および平行な形態を保持する。この設計は、異なる触媒を用いた反復の試験が、同一の動作挙動を維持することを可能にする。

この構成において、ストライカー接触８４は、ストライカーリーフ９８の動きによってアンビル接触８６と接触することが可能である。スクリュー９６は、ストライカー接触８４をアンビル接触８６と接触させる力を制御するために使用され得る。例示的な実施形態において、アンビル接触８６は、ストライカー接触８４よりも大きい表面積を有する。例えば、アンビル接触は、５ｍｍ×５ｍｍの表面寸法を有し得、一方で、ストライカー接触は、２ｍｍ×２ｍｍの表面寸法を有し得る。

アンビル接触８６および／またはストライカー接触８４は、上記のように、触媒的に活性の材料でコーティングされ得る。ストライカー接触８４は、アンビル接触８６と接触させられ得ることにより、触媒生成物が、接触領域（例えば、ストライカー接触の表面領域およびアンビル接触の「衝突した」部分）上に形成される。

アンビル接触の過剰領域すなわち「衝突しない」領域（例えば、２１ｍｍ^２のアンビル表面を有する１．５ｍｍ幅のフレーム）は、同一の環境にさらされるが、その表面上では、２×２の「衝突した」領域（４ｍｍ^２）よりも実質的に少ない触媒生成物を示す。

様々な触媒材料、反応材料、動作温度および動作圧力などが本システムによって試験され得る。

図１３を参照すると、囲い１４０内のアンビル／ストライカーアセンブリを含むアンビル／ストライカー触媒反応器装置１００の第２の例示的な実施形態が例示される。本装置の実施形態は、以下に実施例６においてかなり詳細に記載され、ここでは簡単に記載されるだけである。ストライカーアセンブリ１２０は、アンビルアセンブリ１１０に対して配置されることによって、ストライカーが、制御可能になり得、かつアンビルと反復され得る。ストライカーアセンブリ１２０は、電磁駆動システム（例えば、誘導コイル駆動リニアアクチュエータ１３０）と接続され得、これは、ストライカーの配置および動きならびに接触事象の間に加えられる力を測定かつ制御し得る。例示される実施形態において、使用されるガスベアリング１３２は、プッシュロッド１３１の囲い１４０を通る非常に低い摩擦の経路を提供し、これは、ストライカー３００を駆動する（図１５）。一組の入口１４２は、反応物材料（例えば、反応物ガス）を装置１００に導入し得、一組の出口１４４は、装置１００からガスを排出させるために使用され得る。特定の実施形態において、３つの例示される反応物入口１４２および生成物出口１４４のそれぞれは、アンビルアセンブリ１１０のアンビル２００（図１４）の触媒的に活性な表面領域の異なる部分（例えば、例示される例におけるアンビルの衝突した部分および衝突していない部分）に流体的に連通し得る。

本発明の技術は、特定の触媒材料または触媒生成物に対する該技術の有効性に限定されないと考えられ、広範囲の表面活性触媒、およびこれらの触媒によって触媒されることが可能な反応に適用され得る。本質的に、表面活性触媒の公知のカタログ全体が、本発明の特定の実施形態の表面−対−表面接触システムおよび構成の適用によって利益を受け得る可能性がある。金属以外の触媒材料（例えば、酸化物またはセラミック）は、本発明のコンテクスト内の有効な接触事象から利益を受ける可能性がある。本発明のコンテクストにおいて提供される教示および案内を与えられる、当業者に利用可能な知識および資源以下の知識および資源を用いる不均一触媒の当業者は、過度の実験および負担なしに、所望の特定の反応のための適切な触媒材料を選択することと、このような触媒材料を本発明の触媒物体および触媒反応器システムへ作ることと、が可能である。当業者は、例えば、スクリーニング試験ならびにルーティンの試験および最適化を行うことが可能であり、そのような試験は、実施例６〜１５に下記される手順と同様の方法で行われ得、触媒材料の表面接触を生成および／または強化することを含む本発明の技術を実装するための適切な条件または最適な条件を選択し、かつ本発明の技術がそれらの選択されたシステムにおいて、増加した触媒の活性が生じることを確認する。

一部の実施形態において、本発明の触媒反応器システムは、触媒物体を形成するか、または触媒物体の表面の少なくとも一部に存在する触媒的に活性の材料を含み得る。触媒的に活性の材料は、当該分野で公知であり、特定の用途に適するように選択され得る。特定の実施形態において、合金または他の金属混合物のような金属の組み合わせが特定の触媒活性に利点を与え得る。例えば、異なる成分が異なる価数または酸化特性を有する組み合わせが同様の表面との接触の際に触媒に対してより活性のあるサイトを生成し得る。そのような組み合わせのための金属原子を選択することにおいて、隣接する周期表の列から元素が選択され得る。例えば、周期表の特定の列の遷移金属が、隣接する列（例えば、前の列または次の列）の遷移金属と合金にされ得る。そのような組み合わせの例は、周期表の列９、１０および１１のうちの少なくとも２つからの元素を含み得る。例えば、１０族の遷移金属（例えば、ニッケル、パラジウム、白金）は、隣接する列９族の少量（例えば、０．０５ｗｔ％、０．１０ｗｔ％、０．２５ｗｔ％、０．５０ｗｔ％、０．７５ｗｔ％、１．０ｗｔ％、５．０ｗｔ％、１０ｗｔ％）の遷移金属（例えば、コバルト、ロジウム、イリジウムなど）と合金にされ得る。特定の実施形態において、パラジウム金属は、０．２５ｗｔ％のイリジウムと合金にされ得る。

上記の強化された触媒接触技術および構成を用いる本発明のシステムは、産業における触媒動作において一般的な、しばしば問題を生じる「再生」およびリフレッシュ動作を改善する際に有用であり得る。表面−対−表面接触は、少なくとも部分的には、連続的な再生または再活性の形態として作用し得る。触媒作用における有意な改良に加え、本発明は、特定の実施形態において、より広範囲の動作パラメータが利用されることを可能にすることによって、結果生成物に対する選択性を増加させることを可能にする。本発明は、従来のシステムにおいて以前には有効または実践的ではなかった条件の利用を可能にし得る。

多くの構成が本発明のコンテクスト内で可能である。以下に示されるのは、本発明の範囲内の適用および構成が可能である非常に大きな範囲の非限定的な場合と考慮されるべき実施例である。他の実施例も当業者に見出される。それゆえ、添付の特許請求の範囲のみが、本発明の主題の事柄の制限を定義すべきである。

別の実施形態において、触媒反応器システムは、（温度および圧力の）超臨界的条件において動作され得、触媒反応に対する所望の分子種を取得し得る。このことは、より連続的な方法またはより連続的でない方法でなされ得るか、あるいは、このような熱力学的な動作条件の厳しさによって、このことは、材料および設備におけるこのような極度の条件の負荷を軽減する反復性の方法で過渡的になされ得る。

本発明の他の実施形態は、表面ゾーンへの、表面ゾーンからの、および／または表面ゾーン内での、触媒材料および反応物の輸送および解放を改良し得る。システムの接触作用自体がまた材料輸送において有意な利益を容易にし得るが、このような効果は、放射エネルギーを加えることによって特定の実施形態においてさらに強化され得る。触媒に入社する放射エネルギー（例えば、音波エネルギー、超音波エネルギー、光子エネルギー、粒子エネルギーおよび／または電磁エネルギー）の励起作用は、表面ゾーンへの、表面ゾーンからの、および／または表面ゾーンを介した材料の動きを強化し得る。上記のように、微小空洞または凝集からの表面ゾーン内の材料のエントレインメントは、実際の触媒変換によって必要とされる、多数の時間因子による減速プロセスであり得る。

本発明の触媒物体は、特定の実施形態において、複数の突出した接触領域および／または小面／モザイク状パッチを含む幾何学形状を有する粒子またはパレットとして構成され得、それぞれが、典型的に、個別の触媒物体の総活性外部表面領域のうちの１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％またはそれ以上の外部表面領域を有する。本システムの原理は、広範囲のサイズ、形状および構成（これらは特定の用途のために選択され得る）において実現化され得、個別の触媒物体の総外部活性表面領域のうちの１％を超える有意な突出した接触領域を提供する。１つの例示的な形状は、図８および図１０に示されるその長軸の表面に沿って９個の長手方向の平坦な小面を有する円筒形状の対称な触媒材料である。他の形状は、それ自体が本発明の原理の適用の可能性を考慮するときに、当業者が思いつく。所望の使用条件および経済的要因が異なることもこのような選択に影響する。

触媒物体は、固体の触媒材料、層化した構成、中空の構造などであり得る。例えば、触媒にしばしば用いられるニッケル金属は、固体の形態で使用され得、その形状は、本発明の特定の実施形態の複数の小面の構成に原則的に適合する。このような作用のための多くの構成は、本発明の範囲内で想像可能である。

本発明の特定の用途のために、小さな特別の形状の触媒物体が望ましくあり得る。支持触媒物体は、物体を形成する際の自由度の理由および製造の経済性に対して利用され得る。例えば、セラミック材料は、支持触媒材料のために利用され得る。安定性、高温耐久性、化学的に不活性な品質が、セラミックを広範囲のプロセス条件に対し適切にし得る。上記のように、本発明は、本発明の触媒の幾何学的形状を提供する。そのような幾何学的形状を形成するために、セラミック材料の製造に一般的な押し出し成形方法によって容易に達成され得る形状よりも複雑で正確な形状を成形するための効果的な方法が有利に達成され得る。このような成形プロセスの使用は、その形状が反応スペースを高密度で充填した際に非常に容易に連結する触媒物体のロックする挙動を避けるために有用であるような上記の形状の非対称性の度合いを達成するために有利であり得る。

特定の実施形態において、粉末の形態で生成され得る材料は、熱成形可能なプラスチックと混合され得、公知の粉末射出成形（ＰＩＭ）技術を用いて所望の形状に成形され得る。これらの方法は、プラスチック成形の非常に生産性のある経済的な技術が金属パーツおよびセラミックパーツの製造のために実現化されることを可能にするために開発された。セラミック粉末が使用されるとき、このような方法は、時に、セラミック射出成形（ＣＩＭ）と呼ばれる。このような技術の中で、アルミナセラミックを用いるＣＩＭプロセスは、触媒基板を形成するために特に有用であり得る。このような方法は、多くの本発明の範囲内の触媒物体製造のために利用され得る。このような方法を行うための材料は、ドイツ、ＬｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎのＢＡＳＦ ＡＧから入手可能であり、ＢＡＳＦ ＡＧはまた、製造方法を記載するガイドおよびハンドブックを刊行している（Ｐｉｏｔｔｅｒ他、Ｓａｄｈａｎａ、Ｖｏｌ． ２８、Ｐａｒｔｓ １ ＆ ２、Ｆｅｂｒｕａｒｙ／Ａｐｒｉｌ ２００３、２９９−３０６を参照されたい）。

支持される従来のセラミック触媒キャリアを用いる従来の触媒プロセスを記載するいくつかの参考文献が、撹拌によって引き起こされた研磨からの有意な磨耗を報告している。従来的に、使用されるセラミック基板の機械的磨耗の効果を最小化することに、関心が向けられてきた。一般的に取られるアプローチは、組成物の操作およびセラミックの処理を介していた。このような磨耗の一般的に認識される現象は、触媒の「摩損」と称される。一般的にこのような挙動からの磨耗粒子デトリタスは、特別な名称「微粉（ｆｉｎｅｓ）」が与えられている。このような微粉粒子は、フィルタを目詰まりさせ、プロセス機械部を妨害するだけでなく、その磨耗が触媒の活性の減少という結果も生じ得る。現在のセラミック技術は、触媒支持基板材料にしばしば用いられる純粋な酸化アルミニウムへの添加剤を使用している。他の材料が（例えば、バリウムが低い割合で）添加されたチタニア（酸化チタン粉末）は、摩損への耐性を向上させるためにブレンドされている。記載されるＣＩＭプロセスによって生成された耐用性のある完全に焼結されたアルミナ成形パーツは、多くの用途に適切であり得るが、磨耗因子は、基板の形状、材料および処理条件を選択する際に、それぞれの特定のプロセスに対して考慮されるべきである。研磨耐性を向上させるために、アルミナ材料（例えば、ＢＡＳＦから入手可能なＡＯ−Ｆアルミナ）は、磨耗性能に影響するいかなる硫黄含有物をも中和するために１パーセント以下のバリウムを任意で付加した、１〜５パーセントのチタニア粉末とブレンドされ得る。

本発明のこれらの実施形態および他の実施形態の機能および利点は、以下の実施例からより完全に理解され得る。以下の実施例は、本発明の特定の実施形態の例示であり、本発明の完全な範囲を例示していない。

（予言的実施例１：触媒物体の製造）
触媒物体は、Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ、ドイツのＢＡＳＦ ＡＧおよびその他の国におけるそれらの配給業者から入手可能な商標名Ｃａｔａｍｏｌｄ（登録商標）タイプＡＯ−Ｆの下で販売される成形可能なアルミナ粉末材料を用いて作製される。このＡＯ−Ｆ材料は、約２０％のポリアセタールプラスチック材料とブレンドされた微細に分割された粉末とて混ぜ合わされる９９．８％純度の酸化アルミニウムから作製される。これは、現存するスクリュー可塑化成形設備を用いてプラスチックのように取り扱われ、そして成形されることを可能にする。複雑な形状でさえ、このような技法で可能である。以下に記載される全プロセスは、セラミック成形パーツを生成するために慣用的に用いられる商業的操作として存在する。このようなプロセスによって最初に成形されるは、実際にはいまだ完全にセラミックではなく、固化された丈夫なセラミック形状になるだにプラスチック成形ステップを超える２つの処理工程を必要とする。このプラスチック成形プロセスを可能にするために添加されるプラスチック材料の量のために、成形された状態の（ａｓ−ｍｏｌｄｅｄ）パーツは、完成したパーツについて所望されるより例えば２０％より大きいように設計される。添加される材料として選択される特定のポリアセタールプラスチックは、このような成形されたパーツ（「未熟（ｇｒｅｅｎ）」パーツ）がすべての添加されたプラスチックをなくすために化学的に処理されることを可能にする。これは、その最初のステップが２７０℃で安定であるまで、室温パーツを漸次上げる（１分あたり３℃の速度で）プロセスでなされる。その加熱された環境で、上記未熟部分は、次いで、約１時間の間、硝酸蒸気に曝される。このプロセスは、「脱結合」と呼ばれ、成形されたパーツ中のすべてのプラスチックをガスに迅速に変換する。このように脱結合され、ポリアセタールのない、いくぶん多孔性ではあるが、堅くかつ正確に成形された、今や「焼かれた」パーツは、第２のステップで直接焼成操作に運ばれる。温度は、次に７ １／２時間の期間の間に、１分あたり３℃で漸次増加され、１６１０℃の完全焼成温度に到達する。そこに約１時間残した後、これらのパーツは、わずかにより迅速に１分間あたり５℃で冷却し、次いでさらにゆっくりと１分間あたり３℃で５０℃または室温まで冷却される。ここで完全に固化された固形形状のパーツが固化され、任意のさらなるステップの準備が整う。

この焼成サイクルはいくつかの目的を達成する：１）それは、上記パーツを設計されたサイズに正確に収縮し；２）それは、上記パーツを非多孔性の正確に形状化された固形セラミックに融合し、その結果；３）得られる表面は、次いで、硬くかつガラス状に円滑になる。有益な制御および経済のために、全体の脱結合および焼成操作サイクルは、１つの連続的自動化「プッシャー」タイプトンネル炉システム中で行われ得る。そのように焼成されたパーツの表面は、種々の所望される触媒的に活性な材料のいずれか、例えば、パラジウムもしくは白金金属または上記に記載のような組み合わせでのコーティングに良好に適したプロセッシングから出現する。前述の方法は、以下に与えられる支持された触媒物体例のための製作技法として利用され得る。このＣＩＭ成形および焼成プロセスを用いる経済的利点および形状可能性は、それを、本発明の触媒物体を形成するための適用に潜在的に価値あるものにする。

（予言的実施例２：支持された触媒形状の製造）
この実施例は、球に対して複数の利点を有する中程度のサイズの支持された触媒物体の約３ｍｍ直径のための１つの選択された形状の製造を示す。

この触媒物体の形状は、本質的に図３に示されるような先欠けの二十面体、３２の本質的に平坦な平面の面であり、その２０が六辺形の面１２であり、そしてその１２が五辺形の面１４を有するサッカーボール形状の改変体である。（先欠けの二十面体１０のユークリッドの理想的幾何学的形状は図２に示される。）この触媒物体は、ほぼ球形対象を有し、球に比較されるとき、なお、相対的に増加された突出する接触領域を提供する。なぜなら、３２の突出した接触領域の各々は、目的物の総外部表面領域の数％より表面積が大きくあり得るからである。この特定の多面体形状の合計表面積は、同じ名目直径の球より４８％以上より大きい。

図４Ａは、先欠け二十面体の別の図を示し、その一方、図４Ｂは、平坦に横たわる先欠け二十面体のすべての３２の面、およびこれらの面の関係を示す接続の図を示す。

先欠け二十面体の形状にある触媒を合成するために、所望の形状を有するセラミック支持された触媒基質は、上記の実施例１に記載されるＣＩＭ方法によって形成される。このセラミック基質は、次いで、選択された触媒材料でコートされる。耐久性および製作の容易さの理由のために、その形状は、そのサッカーボール形状からいくつかの様式で改変される。この改変された形状は、本明細書で以後ＴＩＣＯと呼ばれる。第１に上記小面のも６０のエッジは丸められるか、または「和らげらる」。図５に示されるように、小面２２と２４はエッジ２０で合致し、これは、わずかに丸められて鋭いエッジをなくし、約０．０８ｍｍの湾曲２６の半径を有する丸められた円滑小面エッジを与える。

また、触媒物体が鋳型を用いて合成される実施形態では、鋳型のパーツラインにおける小面角度は、９０゜未満であり得、鋳型からの触媒物体の放出を支援する。図６は、鋳型３２の中央平面分離ライン３６に隣接する小面３８を有する触媒物体３０を示す。ライン３４は、鋳型分割ライン３６で９０゜の角度を示す。小面３８は、好ましくは、わずかに傾くので、これらの隣接する面は、分割ラインの平面に対して９０゜よりわずかに小さい角度をなす。（この分割ラインは、このようなパーツのために鋳型の開放面である。）これは、成形されたパーツが鋳型の腔からより容易に解放されることを容易にし、それ故、パーツが鋳型腔を去るには大き過ぎることを避ける。このようなパーツのために開く半分体鋳型は、上記パーツよりわずかに大きくあり得、それが鋳型から容易に解放されることを可能にする。

現在の例では、触媒粒子は、このような先欠け二十面体の各々が、３２の本質的に平坦な小面を有するように製作される。これらの小面は、利用可能な突出した接触領域を増加する−球におけるように、突出した接触領域を最小にすることとはまったく対照的な戦略。突出した接触領域における実質的な差異は、リアクター内でパックされたこのような小面のＴＩＣＯ形状触媒目的物の攪拌された大きさで可能な、可能な接触事象における相対的増加を相補する。

得られる多くの頻繁な接触条件が、選択された反応物に対する触媒の相対的に増加した量を生成することが観察される。本実施例のＴＣＯ形状の支持された触媒キャリアは、実施例１で上記に記載されたプロセスを用いて成形され、そして必要に応じてコートされる。所望の金属、酸化物またはその他の触媒材料をＴＩＣＯ表面上に堆積するために用いられ得る、基質上の材料の堆積のための当業者によく知られる多くの方法が存在する。これらの技法は、液体堆積から減圧蒸発までの範囲の種々のプロセスから選択され得る。現在の例では：コバルト金属でコートされたＴＩＣＯが、スラリーバブルカラムリアクター（ＳＢＣＲ）または連続攪拌タンクリアクター（ＣＳＴＲ）のいずれか中の適切な合成ガスとともに、Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ反応で用いられる。現在の例のＴＩＣＯ構築の熱靭性は、それ自体をこのような高度の発熱プロセスに役立たせる。

（予言的実施例３：９の面を有する円筒形触媒ペレットの製造）
図８は、９の面を有する円筒形形状４０を採用する触媒ペレットを含む触媒物体およびシステムの別の本発明の形態を示す。図８Ａは、この円筒形ペレットの長さに沿った側面図を示し、その一方、図８Ｂは、横方向の断面図を示す。ＣＩＭ成形について実施例１で上記に記載された方法が、この本発明の形状を作製するために用いられる。本質的に平面の小面４８の通常でない数および非対称の配列は、それ自体を、最小のロック効果とともに良好な混合および表面−対−表面接触に役立たせる。

図８には、円筒形のペレットの例示の実施形態が示される。円筒形のペレット４０は、長さ４４を有する本質的に平坦な小面とともに、全長４２を有する。円筒形ペレット４０の名目直径は、５２によって示される。この特定の実施例の実施形態では、この円筒形ペレットは、各々が７．５ｍｍの長さを有する９の本質的に平坦な小面とともに１１．５ｍｍ長さである。ドーム端部の長さは、１．９５ｍｍである。この円筒形ペレットの直径５２は、５．６５ｍｍである。エッジ５０は、実施例２で上記に記載のように丸められている。

示されるサイズは、この概念は、広範な範囲の可能なサイズおよび代替の数の小面に広く適用可能であるので任意である。その他の中実材料の使用もまた、当業者に想起される。図８における現在の例のサイズは、３ｍｍ直径を有する示され、そして先に記載されるＴＩＣＯ形状の約３倍の接触領域を有する。シリンダー４０の小面のより大きな接触領域は、本質的に平坦かつ円滑であり得、接触事象において十分に効率的である。この形状の最大の突出する接触面積は、この粒子の総外部表面領域の８％を超える。上記に記載のＴＩＣＯ形状に対するこの係数は、代表的には、より小さな小面についての２％を丁度超えるから、より大きな小面についての３％を丁度超えるまでであり得る。この図８の形状は、先に記載のＣＩＭプロセスまたは多くのその他の可能な公知の技法を用いて容易に成形され得る。図１０に示されるようなドーム状の端部は、単純な矩形の端部の幾何学的形状から生じ得るような使用におけるこのようなパーツの磨耗を最小にし得る。図１０Ａは、円筒形ペレットの長さの側面に沿った断面図を示し、その一方、図１０Ｂは、この円筒形ペレットの長さ沿いの側面図を示す。このドーム設計は、ドーム状の端部から本質的に平坦な小面を備える円筒形ペレットの本体までの円滑な遷移を可能にする。直径６０は、この円筒形ペレットの本体の最大直径であり、その一方、半球形ドームの直径６２は相対的により小さく、本体からドーム状端部までの円滑な遷移を可能にする。

（予言的実施例４：１００面体触媒ペレットの製造）
図９に示される触媒物体の１００面体形状は、成形された物体が鋳型腔からより容易に解放されるようにするためのより少ない改変を必要とするに過ぎない相対的に対立的な対称を含む。各小面の外部表面領域は、所定の名目直径についてＴＩＣＯ物体よりも小さい。なぜなら、この形状は、球のそれにより近く接近しているからである。それにもかかわらず、多数の本質的に平坦な小面表面は、同じ直径の球に対するのとよりかなり大きい突出接触領域を生じる。より小さな小面は、この形状が、所望のレベルの平坦さ、および微細な表面仕上げとともに比較的容易に製作されることを可能にする。この「ＨＥＣＡ」触媒形状は、上記で論議されたＣＩＭプロセスで容易に成形可能である。不規則小面形状は、球形対称のロックする傾向を和らげ得る。

（予言的実施例５：表面−対−表面接触による触媒増強）
パラジウム金属、およびその合金の触媒活性に対する接触効果を観察するために、図１２に示され、そして先に記載されたものと類似の実験的触媒アンビル−ストライカー接触装置が以下の様式で製作された。

２つのリード要素を、約１／４インチ直径のリードリレーカプセルから得た。各リード要素の表面の一部を磨耗により離し、そしてパラジウム金属の小サンプルを、剥ぎ取ったリード片に結合した。（約）３ｍｍ×３ｍｍのパラジウムサンプルを、１つのリードに結合し、その一方、（約）４ｍｍ×４ｍｍのパラジウムを他方のリードに結合した。外部磁場が、このパラジウムサンプルを互いに接触するように上記リード片の移動を制御するために付与された。それ故、改変されたリード要素は、単純な接触開放手段を提供するように機能した。この改変されたリードは、リレースプリング力設定するために用いられる０〜１５グラムのダイアルタイプスプリングダイアノメーターによって読み取られるとき６グラムの接触力で通常閉じられるように設定された。これらリード片は、リサージセメントを用いてベースとしての顕微鏡スライドグラスにマウントされた。上部リードは、下部リードにより接触され、そしてオームメーターにより決定されたとき、この接触を丁度開放した６グラムの力まで曲げられた。

スライドアセンブリを、反応物（メタンガス）に曝すために１インチ内径のＰｙｒｅｘガラスチューブ中に配置した。このチューブの内部の容量は約７５ｍｌであった。このチューブの両端部は、各端部上に単一穴のシリコーンゴムストッパーで閉じた。メタンガスを、５〜１０ｍｌ／分の速度でＰｙｒｅｘチューブを通して流した。このチューブを取り囲む外部ワイヤコイルは、機能的電源からの電力増幅器によって駆動され、上記アセンブリのための磁気開放力を提供した。上記リード上のパラジウム接触物は、一秒あたり約５回の率で、１日程度数時間の時間の期間に亘って接触された。顕著な有機沈殿物がこれら接触上に見い出された。より長い期間は、より多くの堆積物を示した。ガスクロマトグラフィーは、これら堆積物の分子量は、ポリスチレン等価物で２０，０００以上であったことを示した。用いたパラジウムは、純粋パラジウム、１０％のルテニウムを含むパラジウム−ルテニウム合金、および１０％の銀を含むパラジウム−銀合金間で変動された。これら堆積物は、厚くかつ粘着性のように見えた。

（実施例６〜１４：ストライカー／アンビル触媒リアクター試験（ＳＡＴ）装置および触媒物体接触による触媒反応の増強を観察するためのその使用）
（ＳＡＴ装置）
図１３に描写され、そして上記に記載されるようなＳＡＴ装置を、キャリアと反応物ガスが流され得る閉鎖されたスペースの反応容量を提供する構造で作動する種々の固体触媒材料での接触効果の評価を許容するために設計された。

このＳＡＴ装置は、電子的デジタル制御電磁駆動機械的システムを組み込み、正確に平行な様式で触媒材料の２つの片（例えば、ストライカーおよびアンビル）間の繰り返される正確な接触を生成する。

８インチの空気タイヤ（図には示されていない）をもつ大きな（３０インチ×６０インチ）重装荷溶接スチールカートが、このＳＡＴ装置の総重量（すなわち、７００ポンドを超える）、ならびにバッテリーバックアップ電源（図示はされていない）、ライン−調節器−コンディショナー（図示はされていない）、ガス流れ配管および制御（例えば、図１６を参照のこと）、デジタル−コンピューター制御電子デジタル駆動制御システム（図示はされていない）、および２０インチＬＣＤモニター（図示はされていない）を支持するために用いられた。このカートはまた、ガス流れバルブ、配管および流れモニターロータメーター（図１６）を支持する。Ａｇｉｌｅｎｔ Ｍａｓｓ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ（Ｍｏｄｅｌ ５８７９）５０２がこのカートに隣接して位置決めされ、そしてセレクターバルブ５０４およびこのカートに取り付けられた加熱囲い（図示はされていない）内の配管を経由してＳＡＴシステム１００に連結される。供給ガスを提供するガスシリンダー（図示はされていない）が、カートに隣接するシンンダー領域からの配管を通ってカート上のガス制御パネル５０７に接続される。

触媒材料は、取り外し可能なストライカーポストおよび取り外し可能なアンビルキャリア挿入物を経由してＳＡＴ装置中に、この触媒材料が容易に変更され得るように提供される。触媒材料の小片は、置換可能なストライカーポストおよびアンビル挿入物に、互いに接触する２つの触媒材料が種々のサンプル上で一定であるように蝋付けされる。アンビルおよびストライカー触媒材料は、平坦であるように製作された１／２ｍｍ厚みのミルで巻かれたストックであり、そして３０マイクロインチ内で平行であり、そして３ｍｍ幅または５ｍｍ幅いずれかの細片として形成される。これら細片は、代表的には、０．５ミクロン粗さより良好である円滑な明るい表面仕上げを有する。３×３ｍｍストライカーおよび５×１２ｍｍアンビルは、微細な８／０宝石加工鋸でこれら細片から切断され、そして切断エッジは、磨がれて任意の「ばり（ｆｌａｓｈ）」を除いた。

図１４Ａ〜Ｇは、ＳＡＴ１００のアンビルアセンブリ１１０の種々の図を示す。アンビル挿入物２０１に蝋付けされるアンビル２００は、入口ポートと出口ポートとの間に、反応物ガスが入口ポート２３０から出口ポート２２０に供給されるとき、反応物ガスがアンビル２００の幅を横切って流れ、そしてアンビル２００と接触するように位置決めされる。図１４Ｄは、入口ポート２３０および出口ポート２２０の拡大図を示す。入口ポート２３０は、入口２３２、２３４、および２３６を備え、これらを通って反応物材料が導入され得る。入口ポート２３０はさらに、ノズル２７６、２７８および２８０を備え、これらは反応物材料をアンビル２００の表面に導入する。ノズル２７６、２７８および２８０は、ノズル開口部がアンビル２００の表面の丁度上、かつアンビル２００のエッジから約１／２ｍｍに位置決めされる。ノズル２７６、２７８および２８０は、アンビル表面の平面との平行から約３゜下方に角度をなし、反応物ガスがアンビル２００に接触することを確実にする。ノズル２７６、２７８および２８０は、反応物ガスがアンビル２００に導入されるとき、反応物ガスが層流を有するような形状とされる（例えば、実質的に矩形の形状）。ノズル２７６、２７８および２８０の底エッジは、アンビル挿入物２０１の上表面の上１／４ｍｍに正確に位置される。同様に、出口ポート２２０は、相補ノズル２７０、２７２、２７４を備え、これらを通って反応物／産物ガスがアンビル２００と接触した後に出ることができる。ノズル２７０、２７２および２７４はまた、ノズル開口部がアンビル２００の丁度上で、かつアンビル２００のエッジから約１／２ｍｍに位置決めされるように配列され、そしてノズル２７０、２７２および２７４の底エッジは、アンビル挿入物２０１
の上表面の上１／４ｍｍに正確に位置決めされる。出口２２２、２２４および２２６は、ガス出口１４４（図１３を参照のこと）に接続され、ＳＡＴ装置１００から反応物／産物ガスを排気し、そして質量分析システム（Ａｇｉｌｅｎｔ ５８７９ ＭＳＤ）にこれらの流れを供給する。レジスター２０２（例えば、１０００ｍＷレジスター）は、静電荷をなくする。セラミック構成要素２９０および２９４は、電流からアンビル２００を絶縁し、そしてドエル２９２および２９３は、アンビル２００の位置決めを案内する（図１４Ｇ）。

このＳＡＴ装置の特に有利な特徴は、アンビル２００の種々の部分が同時に調査され得ることを可能にする。図１４Ｅは、アンビルアセンブリ１１０の部分の平面図を示し、ここで、分配器または「フェンス」２４０および２４２は、アンビル２００の幅を横切り、そしてアンビル２００の部分２１０、２１２および２１４を規定するように位置決めされ、そして作動の間に反応物／産物ガスの１つの部分から別の部分への交差を防ぐ。分配器２４０および２４２は、例えば、入口ポート２３０および出口ポート２２０中のスロットまたは溝によりその場に保持され得る。いくつかの場合には、分配器２４０および２４２は、ガラス、または部分２１０、２１２および２１４を互いから物理的に隔離し得る任意のその他の材料から作製され得る。現在の実施例の実施形態では、５．５ｍｍ高さおよび１８．３ｍｍ長さの薄い（６ミル厚み）ホウ珪酸ガラスの「フェンス」が用いられた。反応物ガスは、入口２３２、２３４および２３６を経由して方向２５０で、出口２７６から出るガスがアンビル２００の部分２１０と接触するのみであり、出口２７８を出る反応物ガスがアンビル２００の部分２１２と接触するのみであり、そして出口２８０を出る反応物ガスがアンビル２００の部分２１４のみで接触するように導入された。この配列は、アンビル２００の異なる部分が同じ反応物条件下で比較して評価され、第２の触媒材料によって接触されるとき、触媒活性部分２１２における相対的増強を決定し得るという点で有利であり得る。

いくつかの場合には、これら分配器２４０および２４２は必ずしも必要ではなく、なぜなら、反応物ガスの層流は、例えば、１つの部分から別の部分への反応物ガスの交差が実質的にないように入口および出口流れ速度を制御することによって制御され得るからである。

この実施例では、反応物ガスは、入口ポート２３０から出口ポート２２０まで方向２５０で流れた。その他の実施形態では、反応物ガスは、方向２５０とは反対の方向（例えば、ポート２２０から２３０まで）に流れ得ることが理解されるべきである。

アンビル２００は、第２の触媒表面（すなわち、ストライカー３００の触媒表面（３×３ｍｍ））より大きい表面積（５×１２ｍｍ）を有し、そしてこのストライカーが作動の間にアンビル２００の部分２１２のみに接触したように配列された形態にした。換言すれば、アンビル２００の部分２１２は、反応物ガスの存在下で第２の触媒表面（すなわち、ストライカー３００）によって接触され、その一方、アンビル２００に部分２１０および２１４は、同じ反応物ガスの存在下で第２の触媒表面と接触して配置されなかった。部分２１０、２１２および２１４は、次いで、各々の個々の部分で起こる触媒活性について別個に評価された。アンビルアセンブリ１１０は、それ故、すべての領域を本質的に同じ条件に曝しながら、アンビル２００の「衝突された」領域（例えば、部分２１２）と「衝突されなかった」領域（例えば、部分２１０、２１４）の差異比較を提供する配列および幾何学的形状を所有する。「衝突された」領域と「衝突されなかった」領域との間の触媒活性における差異は、次いで、配管行程中の反応物／産物のクリアランス時間および総触媒表面における任意の差異の適切な矯正がゾーン２１２中のストライカーのさらなる領域の断続的存在に起因していることを酌量して、例えば、アンビル上のステライカーの接触効果のみに帰し得る。

図１５Ａ〜Ｃは、ＳＡＴ装置１００中のアンビルアセンブリ１１０上に直接位置決めされるストライカーアセンブリ１２０の種々の図を示す。

図１５Ａに示されるように、ストライカーポスト３００は、フォイル懸架細片３２０および３２２、フォイルフレーム３１０、および連結ロッド３３０を備えるアセンブリに連結される。連結ロッド３３０はさらに、作動フォイル機構を経由してストライカーポスト３００の移動を制御する、図１３に示されるようなアクチュエーター１３０に連結され、ここで、フォイル細片３２０および３２２は、アクチュエーター１３０によって方向付けられるように振動する。フォイルフレーム１３０は１８ｍｍ厚みであり、そして正確に平坦および平行に磨かれ、フォイル懸架細片３２０および３２２の適正なクランプ留めを可能にする。フォイル懸架細片３２０および３２２ならびにフォイルフレーム３１０は、Ｘ−７５０材料から作製され、そして各々は、異なる厚みを有し、それらの共鳴周波数が有意に異なることを確実にする。例えば、フォイル懸架細片３２２は、０．００１インチ厚みであり、そしてフォイル懸架細片３２０は０．００２インチ厚みである。クランプアセブリ３４０および３４２は、フォイル懸架細片３２０および３２２を横切る力を均一に分配するために円滑な表面を有するように構築され、そしてフォイル懸架細片３２０および３２２を一致して係留し、これらは、セットアップ固定具中で１１グラムの力まで張力を与えられる。スペーサー３４１は、円滑表面に、それがフォイル細片３２０に均一に接触し、そしてスクリュー３４３が自己照準するように円滑な表面を有するように仕上げられる。アクチュエーター１３０は、コネクターロッド３３０を経由してフォイル懸架細片３２０および３２２の振動を、ストライカーポスト３００がアンビル２００に向かう方向３５０に移動するように向ける。フォイルフレーム３１０は、回転マウント３６０を経由して垂直に移動され得る。

図１５Ｃは、ストライカーポスト３００とストライカー３０１の拡大図を示し、ストライカー３０１は、ストライカーポスト３００の底表面に、ストライカー３０１がアンビル２００に接触し得るように蝋付けを経由して取り付けられた。ストライカーポスト３００およびアンビル挿入物２０１は、３１６Ｌステンレス鋼から製作され、触媒材料が蝋付けされた非常に平坦かつ円滑な表面を提供した。これらキャリアパーツの嵌合表面は、同様の様式ですずめっきし、任意の過剰のはんだをはんだウィックとともに除去した。触媒片（すなわち、アンビル２００、ストライカー３０１）は、次いで、キャリアパーツに最小量のはんだで、極小量の樹脂フラックスの存在下２つの予備すずめっきパーツわ融合することにより容易に融合された。これら３１６Ｌパーツを、ステンレス鋼作業のためのＬｕｃａｓ−Ｍｉｌｈａｕｐｔによって販売される塩酸ベースのフラックスを用いて２２１Ｃすず−銀ハンダですずめっきされた。このＳｎＡｇ共融合金はんだの薄い（０．００３インチ厚み）リボンは、Ｌｕｃａｓ−Ｍｉｌｈａｕｐｔによって提供された。これらのすずめっきおよび融合操作は、電気の温度制御実験室ホットプレートを用いて実施された。用いられたフラックスは、各はんだ付け操作の後に完全に除去され、そして、次に、使用の前に純水洗浄およびアセトンすすぎを行った。

上記に記載されるように、ストライカー３０１は、ストライカーポスト３００の底表面に、ストライカーポスト３００が方向３５０に低下されるとき、ストライカー３０１がアンビル２００に接触するように取り付けられた触媒材料の小プレート（例えば、この実施例ではＰｄの３×３ｍｍプレート）である。取り外し可能なストライカーポスト３００は、３１６Ｌ材料から製作され、０．２５０インチ直径であり、そしてストライカーアセンブリ１２０内でストライカーポスト３００を位置決めする２つのスプリング装填ボール歯ねじ３４９を係合する上端部近傍に正確に配置されるノッチ３４７を有する。図１５Ｂ〜Ｃに示されるように、ストライカーポスト３００はまた、１／１６インチのダウエルピン３０２を備え、そしてフォイルクランププレート３０３の底にあるＶ溝３５３に対して引かれ、ストライカー３０１の適切な整列を維持する。

この実施例の実施形態では、ストライカー３０１は、アンビル２００の部分２１２でのみアンビル２００と接触し、そしてアンビル２００の部分２１０または２１４とは接触しない。以下により詳細に記載される実験行程で示されるように、ストライカー３００によって接触されるアンビル２００の部分（すなわち、部分２１２）は、反応物ガスの存在下で、部分２１０および２１４に対して増加した触媒活性を示した。いくつかの場合には、触媒活性は、衝突されない部分２１０および２１４に対して５０％を超え、７５％を超えまたは９０％を超えて増加され得る。

触媒材料は、共融はんだを採用する特有の蝋付けによつてストライカーポスト３００およびアンビル挿入物２０１に取り付けられた。共融はんだは、それらが溶融し、そして直ちに流体になる特異的温度を有する（すなわち、それらは、そられが加熱されるとき軟化する範囲を示さない）。この性質は、平坦な触媒材料の平坦なキャリア金属への、この流体はんだの毛細管作用が上記表面の正確な平行嵌合を確実にするような蝋付けを可能にする。種々の合金が、作動可能な温度範囲内に存在する。いくつかの場合には、金およびケイ素の特定の比率が比較的高温で共融であり得る。本明細書中に記載される実験に選択された合金は、正確に２２１℃で溶融する３．５％銀との純水なすずであった。触媒材料細片は、共融はんだとの嵌合側面のみがすずめっきされた。すずめっき後、はんだのすずめっきされた層は、「ロジン（ｒｏｓｉｎ）」タイプはんだフラックスで被覆された約３ｍｍ幅の非常に微細な銅ブレードである「はんだ−ウィック」ですずめっきされた表面を清掃することによって最小にされた。はんだの清掃は、はんだ膜が、明るく円滑で薄く、そして小さな塊または高い点を示さない点まで行われた。すずめっき後、ストライカー３０１はストライカーポスト３００に取り付けられ、そしてアンビル２００は、蝋付けによりアンビル挿入物２０１に取り付けられた。

４ポートのＶａｌｃｏ（ＶＩＣＩ）セレクターバルブ５０４が、２つのアンビル領域の各々および部分２１０、２１２、および２１４からのガス流れを逐次的にサンプリングするために用いられた。このタイプのセレクターバルブは、非選択のサンプリングしないポートを減圧投棄ラインに排出し、それによってサンプリングされるポートおよび非選択ラインを通る流れを維持し、そしてサンプルが選択されるときにための流れを維持する。

入口ポート２３０および出口ポート２２０は、それらの対応する供給ポートまたはクロマトグラフィー装置で一般に用いられ、そして電気研磨により内部が清澄にされ、そして１メートル長さでシールされた、ＶａｌｃｏによってＴ１００Ｃ４０として販売される１／１６インチ３１６Ｌステンレス鋼管材を通るＶａｌｃｏポートに連結された。これらのチューブは、手で曲げられ、それらを、ノズルブロックをブロックを連結する３つの後部開口部の各セットが、各チューブをその肩につける１／１６インチの開口部に強固に着座するように位置決めし、それによって、０．０４０インチ（１ｍｍ）の内側チューブをノズル経路に円滑に連結する。各ノズルは、ノズルブロック２３０、２２０中にワイヤＥＤＭ機械加工され、丸い１ｍｍのＩＤから１．０×３．１ｍｍの広いノズルスロットまでの層流流れ遷移を提供する。ＥＤＭワイヤの側方移動が、丸から広いノズルアパーチャまでの円滑な遷移の形状にするために用いられた。

ＥＤＭ機械加工の使用（例えば、高ニッケル合金材料の機械加工）は、しばしば、金属のスパーク腐食に起因する残存産物を生成し、「白色層」を残す。このような「白色層」は、代表的な清澄化操作が実施されるか、または強烈な化学品が用いられるとき形成し得、これらは、上記装置が機能不全であるようにし得る。機械的および化学的許容誤差が保存されるようにするため、正確な表面が、明白な金属の清潔さでサイズにされるべきである。従って、ＳＡＴシステム１００の多くの構成要素は、化学的に耐性である、Ｘ−７５０高ニッケル合金材料の単一の１インチ厚みのプレートから製造された。このＮｉ合金は、１８００゜Ｆで減圧中でアニールされ、そしてアルゴン中でゆっくりと冷却され、この適用のための所望の性質を創り出した。Ｘ−７５０は、特に１０００〜１３００゜Ｆの温度範囲内の沈殿硬化に起因して機械加工の間に作業硬化することが証明されている。それ故、切断速度および供給は、作業硬化を避けるために注意深く管理された。温和な切断速度のコバルトカッターが用いられた。予備アニールされた材料の実質的な機械加工の後、次にアニールサイクルが実施され、諸性質を保存し、そして安定性を提供した。いくつかの場合には、２以上のアニールサイクルが好ましい。いくつかの場合には、Ｘ−７５０高ニッケル合金材料は、任意の機械加工操作をはじめる前に完全にアニールされ、そしてミル産物の「白色層」は、０．０１５〜０．０２５インチの深さまで除去される。

ＳＡＴ囲い１４０は、囲い１４０のベース１４１の底に１２の１／４−２０ １８−８ステンレス鋼ねじ（図示されていない）によって取り付けられた直後、３／４インチ厚みのアルミニウム熱移動プレート（図示されていない）中に包埋された５つのカートリッジヒーター（描かれていない）によって制御された様式で加熱された。これは、試験が、２００℃までの高められ、またはいくつかの場合にはより高い温度で実施されることを可能にした。これら２つのパーツの嵌合面は、５０マイクロ−インチ未満の表面仕上げ粗さとともに３／１０，０００インチ平坦さより良くなるまで表面−研磨平坦さであった。これら表面は、組み立て前に、ＨＴＲＣ化合物としてＯｍｅｇａエンジニアリングによって販売される微細に粉末化された窒化ホウ素で非常に薄くコートされた。これら２つのパーツは、１インチ程度移動して互いに対して繰り返し滑らされ、上記化合物を均一に分散し、表面のすべてが、スライドストロークを丁度ミリメートル程度まで漸次減少することによってこの化合物で湿らされることを確実にした。上記１／４−２０ねじは、薄いステンレスワッシャおよびステンレスＢｅｌｌｖｉｌｌｅスプリングワッシャを備えた皿状（Ｐａｎ）頭部であり、所望のクランプ力を維持しながら、熱膨張を可能にした。それらは、熱移動プレートの底にある逆ボア窪み（０．５８５インチＤ）中に着座し、そしてこの１／４−２０ねじのためのクリアランス穴は、０．２８０インチでオーバーサイズであった。

いくつかの熱電対（描写されていない）は、操作の間のアンビルの温度の読み取りを提供する。これらおよびその他の熱電対をセンサーとして用い、上記熱移動ヒーターの中央線を均一に横切って包埋された、１／４インチ直径の２５０ワットのカートリッジヒーター（描写されていない）（Ｏｍｅｇａ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇからＣＩＲ−１０４２／１２０Ｖとして入手可能）に電力を与えたＰＩＤ温度コントローラー（描写されていない）を制御した。これらカートリッジはまた、ＨＴＲＣ熱化合物でコートされ、熱をプレートに完全にカップルした。この１／４インチ直径ヒーターのための取り付け穴は、この化合物が付与される前、ヒーターが挿入されるとき１０〜１２／１０００インチのクリアランスを提供する。このＰＩＤコントローラーは、「ゼロ−スイッチング」半導体リレーを作動し、これは、全体のＳＡＴシステムのパーツである電子制御システムおよびデータロギングコンピューターを妨害し得る電気的ノイズ生成を最小にする。圧縮安定性およびアルミニウム主ベースプレートへの低い熱移動を提供するために、閉鎖セルガラス発泡体（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇからの商標名「Ｆｏａｍｇｌａｓ」）の３−３／１６インチ厚みブロック材料（描写されていない）がより大きな片から切断され、そして１／３２インチ厚みアルミニウムシート金属で頂部および底を積層し、材料の小片化を避けた。この積層は、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ７３６ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＲＴＶ Ｓｉｌｉｃｏｎｅシーラントを用いて実施し、薄層を用いて金属をこのガラス発泡体に接着した。１４−５／８インチでの長さは、囲いベース長さよりわずかにより小さく、そし幅は５−５／１６インチであり、ブラケットを位置決めおよび配置して、熱移動プレートのためのクリアランスを可能にする。ＳＡＴ囲い１４０は、それ故、上記カートに、それが発泡体ガラスによって分離されたように取り付けられた。

囲い１４０は、中程度に加圧されたガス雰囲気を含むように設計され、そのいくらかは、接触触媒材料上を流れる。この囲い１４０は、１インチ厚みの金属ベース１４１および約８．５リットルの囲われた容量を形成する５つの側面を支持する溶接された金属フレーム１４３を備え１８インチ×５．５インチ×７．５インチの寸法を有する。このフレームおよびベースはＸ−７５０材料から製作され、そして完全にアニールされたパーツは、タイプ８０充填材ロッドを用いて一緒に溶接され、そして次に仕上げ機械加工前に再びアニールされた。各フレーム端部は、１インチ厚みの５．５インチ×７．５インチのＸ−７５０材料から形成される。これら端部は、各々、入力ガスに対し貫通性および熱電対センサーを有する３１６Ｌ材料の１／２インチの厚い金属隔壁の平坦なグラウンドプレートによって閉じられる。これら隔壁プレートの両方は、囲いフレーム端部にあるテーパー状の穴にねじ込まれる６ｍｍのステンレス鋼ＤＩＮキャップねじ、および照準球形ワッシャ（ＪＥＲＧＥＮＳステンレス鋼自己整列ワッシャ）で固定される。各隔壁プレート中の溝にある１／８インチの名目直径のＶｉｔｒｏｎ Ｏリング材料は、それらをシールし、リークのない操作を提供する。頂部および２つの側面は、これら側面をシールするための類似のＶｉｔｏｎ Ｏ−リングを用い、圧力シールされた囲いを形成する、厚い（例えば、９ｍｍ）ホウ珪酸プレートガラス窓１４９（Ｓｃｈｏｔｔ Ｇｌａｓｓ）を採用する。これらのＯ−リングは、適切な寸法決めに関するチェックとしてこのプレートに加工されるすべての必要な３つの異なる矩形溝を備えた参照プレートを用い、商業的ベンダーによってサイズまで加硫処理されて製作された。フロントグラス窓は取り外し可能である。囲い１４０の頂部はまた、ホウ珪酸ガラス窓を採用し、そしてストライカーキャリア上部フォイルクランププレート３３２の頂部に取り付けられたＡｌｎｉｃｏ８磁石３３０の上に直接位置される穴１５１を有する。その構造が図１７Ａ〜Ｃにより詳細に示される、ＰＩＮ連結空気保持アセンブリ１３２は、シールするＯ−リングとシリコーンゴムガスケットとともに、０．０３０インチ直径の３１６Ｌワイア連結ロッド１３１が、その上に直接位置決めされた電磁駆動システム１３０によって自由に移動されるように設置される。

電磁駆動システム１３０は、嵌合する厚い取り付けブロック（描写されていない）にボルトによって完全に係留されるアルミニウム重重量６インチ幅チャネルから作製されるＭｓｔ（ＶＲＴ）（描写されていない）上に垂直に取り付けられる１／２インチの厚いＢｏｏｍプレート（描写されていない）上に取り付けられ、また３０インチの矩形３／４インチ厚みのアルミニウム水平主ベースプレート（描写されていない）にボルトで固定して取り付けられる。この主機械的ベースは、カート設備または構築構造で担われる供給源からの低レベル振動の有効な隔離を形成し、ストライカーとアンビルとの間の接触力の規定されず、そして非制御レベルの振動変動を低減するいくつかの膨れた自転車タイヤ（描写されていない）上に静止する。

（ＳＡＴ一般試験プロトコール）
上記のように、ＳＡＴシステムは、６つの基礎的なサブシステムを備える。
１）ガス供給源および調節器、
２）バルブおよびガス流れコントロール、
３）ＳＡＴ試験囲い、
４）Ｖａｌｃｏセレクターバルブ、
５）Ａｇｉｌｅｎｔ ５８７９ Ｍａｓｓ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ
６）データロギングコンピューターおよびストライカー駆動コントロールエレクトロニクス。

試験試行は、開いた囲い１４０の前部窓で開示する。ＰＩＮヘッダー１３２への差し込みカップリング連結された内部磁気リンク１３３が外され、フォイルフレーム３１０がストライカーポスト３０１を剥き出す回転マウント３６０を経由して上方に回転されることを可能にし、その結果、それは、所望のストライカー／触媒ポストによって除去および置換され得、そして対応するアンビル挿入物２０１は、その触媒材料とともに、その試験試行のために所望のもので同様に除去かつ置換される。これらパーツは、試験試行をセットアップする前に調製された。

所望のストライカー３０１およびアンビル２００を設置した後、次のステップは、新たなストライカーおよびアンビルの試運転行程を開始することである。試運転行程は、ストライカーポスト３００によってとられるべきストロークの数を最初選択することにより開始された。代表的には、３０００ストロークが、通常、３ストローク／秒で作動するシステムととに用いられた。試運転行程の後、アンビル挿入物２０１およびストライカーポスト２００は、ＳＥＭで調査され、そして写真データがとられ、そしてＥＤＡＸ分析データがとられた。この挿入物およびポストは、ＳＡＴ囲いに戻され、そして囲い１４０のフロントガラス側面が細設置された。

ガス流れ状態が次いで試験のために確立された。パラジウム触媒材料行程には、ゼログレードの純粋窒素キャリアガスが、囲い１４０の主ポート中への２．５リットル／分の流速で用いられた。メタン反応物ガスは、１リットル／分の速度で入口１４２に供給された。試験ガス行程の開始の前に、チャンバーおよびノズルに純粋ヘリウムガスを２０分間供給し、すべてのラインを掃除した。Ｖａｌｃｏセレクターバルブ５０４の出力とＭＳＤ５０２との間の遮断バルブ５０３は、囲い１４０の出力に対して示された圧力が、１．５ｐｓｉを超えて安定に読まれるまで閉鎖されたままであった。囲い中への初期ガス流れのこの期間の間にＭＳＤの内部較正スペクトル試験が、ＭＳＤ５０２に内蔵される試験物質インジェクターを用いて行われた。この試験の終了後、ＭＳＤ５０２はポンプダウンされ、そして安定なとき、遮断バルブが開かれ、そして試験試行が開始された。試験試行全体で、ＭＳＤ５０２の性能および温度状態がシステムコンピューターによって記録された。安定なガス流れが確立された後、温度調節プログラムが試験操作の温度の所望の設定ポイントのために開始された。

試験試行は、以下により詳細に記載されるように、種々の温度レベル、および種々の時間の期間に亘って実施された。これら試験試行は、約１２ｇの打撃力で１秒あたり３ストロークで実施された。各行程の後、トライカー３０１およびアンビル２００は、機械的変化またはその他の表面効果についてＳＥＭおよびＥＤＡＸによって再び調べられた。

以下に記載される結果データに示されるように、一般に、触媒された産物の存在度（ａｂｕｎｄａｎｃｅ）における実質的増加が、アンビル２００の２つの非接触領域（例えば、部分２１０および２１４）に対してアンビル２００（例えば、部分２１２）の接触領域からとられたサンプル中で観察された。Ｖａｌｃｏセレクターバルブ５０４は、アンビル２００の部分２１０、２１２、および２１４からの産物ガス、および部分２１０、２１２、および２１４のための入力ガス流れを逐次的にサンプリングするために用いられた。例えば、部分２１０が最初にサンプリングされ、部分２１２が第２番目にサンプリングされ、そして部分２１４が第３番目にサンプリングされる。いくつかの場合には、「衝突していない」部分２１４は、「衝突した」部分２１２後に早すぎるサンプリングされ、そして繰越し材料（例えば、過剰の産物）が、「衝突していない」部分２１４について観察された。この変則は、セレクターバルブ５０４の回転を、部分２１４が最初にサンプリングされ、部分２１２が第２番目にサンプリングされ、そして部分２１０が第３番面にサンプリングされたように逆転することにより確認された。予期されるように、「衝突していない」部分２１０が、「衝突した」部分２１２後に早すぎてサンプリングされたとき、繰越し材料（例えば、過剰の産物）は、「衝突していない」部分２１０について観察された。より長い期間の時間が各サンプリングの間にラインをきれいにするために許容されたとき、繰越し効果は大きく低減された。触媒増強効果は、繰越し効果をはるかに超えた。

（試験実施例６：７０℃でのメタンガスからの炭化水素のＰｄ触媒合成のためのＳＡＴ装置の使用）
上述のＳＡＴ装置を５インチ×２インチＰｄアンビルおよび３インチ×３インチＰｄストライカーにフィットさせ、試験試行を上述のように一般的に実施した。この実施例では、このＳＡＴ装置を７０℃に加熱し、メタンガスを１リットル／分の速度で入口１４２に供給した。試験試行の間、このストライカーを、３ストローク／秒の速度で上記アンビルに、約１２ｇの力で接触させた。アンビルの「衝突した」部分および「衝突していない」部分に由来する反応ガのサンプルを、種々の時間間隔にわたって質量分析に供し、この試験試行の間に生成された生成物のレベルを測定した。

図１８Ａは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突していない」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。約１４の質量数を有するピークが、メタン出発材料に対応し、約３０の質量数におけるピークは、高次炭水化物産物に対応する。図１８Ｂは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突した」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図１８Ａと図１８Ｂとの比較は、アンビルの「衝突していない」部分についてのメタン出発材料の存在度に対する生成物の存在度の比が、アンビルの「衝突した」部分のものよりも実質的に小さいことを示し、このことは、ＰｄアンビルとＰｄストライカーとの間の接触が、この温度におけるメタンからの高次炭水化物の合成におけるＰｄの触媒反応性を実質的に増強することを示している。

（試験実施例７：１５０℃でのメタンガスからの炭化水素のＰｄ触媒合成のためのＳＡＴ装置の使用）
本試験試行は、ＳＡＴ装置を試験試行の間１５０℃に加熱したことを除いては、試験実施例６において記載されたように実施した。

図１９Ａは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突していない」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図１９Ｂは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突した」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図１９Ａと図１９Ｂとの比較は、アンビルの「衝突していない」部分についてのメタン出発材料の存在度に対する生成物の存在度の比が、アンビルの「衝突した」部分のものよりも実質的に小さいことを示し、このことは、ＰｄアンビルとＰｄストライカーとの間の接触が、この温度におけるメタンからの高次炭水化物の合成におけるＰｄの触媒反応性を実質的に増強することを示している。

（試験実施例８：７１℃〜３１℃の、メタンガスからの炭化水素のＰｄ触媒合成のためのＳＡＴ装置の使用）
試験試行を、ＳＡＴ装置を７１℃に加熱して開始し、そしてこの温度を試験試行の過程にわたって３１℃に下げたことを除いては、試験実施例６において記載されたように試験試行を実施した。

図２０Ａは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突していない」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２０Ｂは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突した」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２０Ａと図２０Ｂとの比較は、アンビルの「衝突していない」部分についてのメタン出発材料の存在度に対する生成物の存在度の比が、アンビルの「衝突した」部分のものよりも実質的に小さいことを示し、このことは、ＰｄアンビルとＰｄストライカーとの間の接触が、この温度範囲にわたるメタンからの高次炭水化物の合成におけるＰｄの触媒反応性を実質的に増強することを示している。

（試験実施例９：６０℃〜８０℃の、メタンガスからの炭化水素のＰｄ触媒合成のためのＳＡＴ装置の使用）
試験試行を、ＳＡＴ装置を６０℃に加熱して開始し、そしてこの温度を試験試行の過程にわたって８０℃に上げたことを除いては、試験実施例６において記載されたように試験試行を実施した。

図２１Ａは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突していない」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２１Ｂは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突した」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２１Ａと図２１Ｂとの比較は、アンビルの「衝突していない」部分についてのメタン出発材料の存在度に対する生成物の存在度の比が、アンビルの「衝突した」部分のものよりも実質的に小さいことを示し、このことは、ＰｄアンビルとＰｄストライカーとの間の接触が、この温度範囲にわたるメタンからの高次炭水化物の合成におけるＰｄの触媒反応性を実質的に増強することを示している。

（試験実施例１０：３０℃〜９２℃の、メタンガスからの炭化水素のＰｄ触媒合成のためのＳＡＴ装置の使用）
試験試行を、ＳＡＴ装置を３０℃に加熱して開始し、そしてこの温度を試験試行の過程にわたって９２℃に上げたことを除いては、試験実施例６において記載されたように試験試行を実施した。

図２２Ａは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突していない」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２２Ｂは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突した」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２２Ａと図２２Ｂとの比較は、アンビルの「衝突していない」部分についてのメタン出発材料の存在度に対する生成物の存在度の比が、アンビルの「衝突した」部分のものよりも実質的に小さいことを示し、このことは、ＰｄアンビルとＰｄストライカーとの間の接触が、この温度範囲にわたるメタンからの高次炭水化物の合成におけるＰｄの触媒反応性を実質的に増強することを示している。

（試験実施例１１：１００℃〜２００℃の、メタンガスからの炭化水素のＰｄ触媒合成のためのＳＡＴ装置の使用）
試験試行を、ＳＡＴ装置を１００℃に加熱して開始し、そしてこの温度を試験試行の過程にわたって２００℃に上げたことを除いては、試験実施例６において記載されたように試験試行を実施した。

図２３Ａは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突していない」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２３Ｂは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突した」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２３Ａと図２３Ｂとの比較は、アンビルの「衝突していない」部分についてのメタン出発材料の存在度に対する生成物の存在度の比が、アンビルの「衝突した」部分のものよりも実質的に小さいことを示し、このことは、ＰｄアンビルとＰｄストライカーとの間の接触が、この温度範囲にわたるメタンからの高次炭水化物の合成におけるＰｄの触媒反応性を実質的に増強することを示している。

（試験実施例１２：８５℃〜４０℃の、メタンガスからの炭化水素のＰｄ触媒合成のためのＳＡＴ装置の使用）
試験試行を、ＳＡＴ装置を８５℃に加熱して開始し、そしてこの温度を試験試行の過程にわたって４０℃に下げたことを除いては、試験実施例６において記載されたように試験試行を実施した。

図２４Ａは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突していない」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２４Ｂは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突した」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２４Ａと図２４Ｂとの比較は、アンビルの「衝突していない」部分についてのメタン出発材料の存在度に対する生成物の存在度の比が、アンビルの「衝突した」部分のものよりも実質的に小さいことを示し、このことは、ＰｄアンビルとＰｄストライカーとの間の接触が、この温度範囲にわたるメタンからの高次炭水化物の合成におけるＰｄの触媒反応性を実質的に増強することを示している。

（試験実施例１３：２４℃〜１３０℃の、メタンガスからの炭化水素のＰｄ触媒合成のためのＳＡＴ装置の使用）
試験試行を、ＳＡＴ装置を２４℃に加熱して開始し、そしてこの温度を試験試行の過程にわたって１３０℃に上げたことを除いては、試験実施例６において記載されたように試験試行を実施した。

図２５Ａは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突していない」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２５Ｂは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突した」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２５Ａと図２５Ｂとの比較は、アンビルの「衝突していない」部分についてのメタン出発材料の存在度に対する生成物の存在度の比が、アンビルの「衝突した」部分のものよりも実質的に小さいことを示し、このことは、ＰｄアンビルとＰｄストライカーとの間の接触が、この温度範囲にわたるメタンからの高次炭水化物の合成におけるＰｄの触媒反応性を実質的に増強することを示している。

（試験実施例１４：１００℃〜６５℃の、メタンガスからの炭化水素のＰｄ触媒合成のためのＳＡＴ装置の使用）
試験試行を、ＳＡＴ装置を１００℃に加熱して開始し、そしてこの温度を試験試行の過程にわたって６５℃に下げたことを除いては、試験実施例６において記載されたように試験試行を実施した。

図２６Ａは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突していない」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２６Ｂは、試験試行の間の種々の時間（ｚ軸）においてサンプリングされた、アンビルの「衝突した」部分についての反応ガスにおける種の質量数（ｘ軸）および存在度（ｙ軸）を示す。図２６Ａと図２６Ｂとの比較は、アンビルの「衝突していない」部分についてのメタン出発材料の存在度に対する生成物の存在度の比が、アンビルの「衝突した」部分のものよりも実質的に小さいことを示し、このことは、ＰｄアンビルとＰｄストライカーとの間の接触が、この温度範囲にわたるメタンからの高次炭水化物の合成におけるＰｄの触媒反応性を実質的に増強することを示している。

本発明のいくつかの実施形態が本明細書中に記載および例示されているが、当業者は、機能を実施するため、および／または本命際書中に記載される結果または利点を得るための種々の他の手段および構造を容易に想定し、そしてそのようなバリエーション、改変および改良の各々が、本発明の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、本明細書中に記載される全てのパラメータ、寸法、材料および構成が例示であると意味され、そして実際のパラメータ、寸法、材料および構成は、本発明の教示が使用される具体的な適用に依存することを、容易に認識する。当業者は、本明細書中に記載される本発明の具体的実施形態の多くの等価物を、単なる慣習的な実験を使用して認識するか、または確認することができる。従って、上述の実施形態は単に例としてのみ提示されており、そして添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内で、本発明は、具体的に記載されているもの以外でも実施され得ることが、理解されるべきである。本発明は、本明細書中に記載される個々の特徴、システム、材料および／または方法の各々に関する。加えて、そのような特徴、システム、材料および／または方法の２つまたはそれより多いものの任意の組み合わせが、そのような特徴、システム、材料および／または方法が相互に矛盾しない限り、本発明の範囲内に含まれる。

特許請求の範囲において（ならびに、上述の明細書において）、全ての移行句または包含の句（例えば、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「保持する」、「有する」、「含有する」、「から構成される」、「から作製される」、「から形成される」、「包含する（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」など）は、オープンエンド（すなわち、「含むが、制限されない」）であると解釈されるべきであり、そしてそれゆえ、その後に列挙される項目およびそれらの等価物、ならびにさらなる事項を包含する。「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「本質的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という移行句または包含の句のみが、それぞれクローズドエンドまたはセミクローズドエンド（ｓｅｍｉ−ｃｌｏｓｅｄ ｅｎｄ）と解釈されるべきである。不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、本明細書または特許請求の範囲において使用される場合、そうでないと明確に示されない限り、「少なくとも１つの」を意味すると理解されるべきである。

句「および／または」は、本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、「いずれかまたは双方」の要素が合わさっている（すなわち、ある場合には連結して存在し、そして他の場合には分離して存在する要素）ことを意味すると理解されるべきである。「および／または」条項によって具体的に同定された要素以外の他の要素が、（具体的に同定された要素に関係していようと無関係であろうと）必要に応じて存在し得る。従って、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」への参照は、一実施形態においてはＡのみ（必要に応じて、Ｂ以外の要素を含む）；別の実施形態においてはＢのみ（必要に応じて、Ａ以外の要素を含む）；なお別の実施形態においてＡおよびＢの両方（必要に応じて他の要素を含む）、などである。本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、「または（ｏｒ）」は、上で定義された「および／または」と同じ意味を有することが理解されるべきである。例えば、リスト中の項目を分けるとき、「または」または「および／または」は包括語（すなわち、数字または事項の表のうちの、少なくとも１つ（しかし１つより多く）、および必要に応じてさらなる表にない事項の包含）であると解釈されるべきである。反対の意味を明確に示した用語のみ（例えば、「のうちの１つだけ」または「のうちのまさに１つ」）が、数字または事項の表の構成要素のうちのまさに１つの包含をいう。一般的に、本明細書で使用される場合、用語「または」は、例えば、「のいずれか」、「のうちの１つ」、「のうちの１つのみ」または「のうちのまさに１つ」のような排他性の用語によって先行されるとき、排他的代替（すなわち、「一方または他方であるが、両方ではない」）を示すものとしてのみ解釈されるべきである。

本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、「少なくとも１つ」との語句は、１つまたはそれより多くの構成要素の一覧を参照する場合において、別段の指摘がないときに、その構成要素の一覧におけるいずれのかの１つまたはそれより多くの構成要素から選択される少なくとも１つの構成要素を意味するものであるが、その一覧にある構成要素において具体的に列挙される構成要素のそれぞれにつき少なくとも１つのものを必ずしも含むわけではなく、また、その一覧にある構成要素における構成要素のいずれの組み合わせについても除外するものではない。この定義はまた、次のようなことも可能とする。すなわち、「少なくとも１つ」が示す構成要素の一覧において具体的に特定された構成要素の外の構成要素が、その具体的に特定された構成要素と関係があってもなくても、必要に応じて存在してもよい。したがって、非限定的な例として、「少なくとも１つのＡおよびＢ」（または、それと同等に、「少なくとも１つのＡまたはＢ」または、それと同等に、「少なくとも１つのＡおよび／またはＢ」）は、一実施形態において、少なくとも１つ、１つより多くのＡを、Ｂを伴わずに（そして、必要に応じてＢとは別の構成要素を含みつつ）必要に応じて含むことをいい；別の実施形態においては、少なくとも１つ、Ａを伴わず（そして、必要に応じてＡとは別の構成要素を含みつつ）１つより多くのＢを必要に応じて含むことをいい、さらに別の実施形態においては、少なくとも１つの、１つより多くのＡを必要に応じて含み、少なくとも１つの、必要に応じて１つより多くのＢを含むこと（ここで、必要に応じて他の構成要素を含む）などをいう。

例えば、１つまたはそれより多くの物体、構造（構造体）、力、場、流れ、方向／軌跡、および／または、その部分構造、ならびにまたはそれらの組み合わせについてのまたはそれらの間についての形状、方向、および／または幾何学的関係に関連して本明細書で使用される用語、ならびに／あるいはそのような用語による特徴づけには従わず列挙されていない、触知し得るまたは触知し得ない構成要素に関して本明細書で使用される用語のいずれも、別段の定めが規定されていなければ、またはそのような定めが示されていなければ、そのような用語の数学的定義に完全に適合することを必要するものではなく、そのような用語の数学的定義に対して、主題の最も関連する分野の当業者により理解されるようにその主題が特徴付けられることを可能とする程度まで適合するものであると理解される。形状、方向および／または幾何学的関係に関連するこのような用語の例としては、例えば、球状、四角形、円状／円形、長方形状／長方形、三角形状／三角形、円筒状／円筒、楕円状／楕円、ｎ角形状／ｎ角形などのような形状；直角、直交、平行、垂直、水平、共線性などのような角度で表わした方向；平面／平面状、共平面、半球（ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ）、四分球（ｓｅｍｉ−ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ）、線／線状、双曲線、放物線、扁平体（ｆｌａｔ）、局面状、直線状、弓状、正弦曲線、正接曲線／正接などのような輪郭および／または軌跡；東西南北のような方角；平滑、反射性、透明（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）、明瞭（ｃｌｅａｒ）、剛性、不透過性、一様（一様な）、不活性、水和不能、不溶性、安定、不変性、一定、均質などのような表面および／またはバルク材の特性および／または空間的／時間的分解能および／または分布；ならびに／または当業者にとって明確な多くのほかのものとして表現される用語が挙げられるがこれらに限定されるものではない。一例としては、「四角形」として本明細書において記載された製造物体は、そのような物体が、その面または側面が完全な平面状または直線状であること、または正確に９０°で交わること（実際のところ、そのような物体は、数学的な抽象化においてのみ存在し得る）を要求するものではなく、その物体の形状は、数学的に定義される「四角形」を当業者に理解されるかまたは具体的に記載される製造技術について通常達成可能であり達成される程度まで近似したものとして解釈されるべきである。

特許および公開された出願を含む本明細書において引用された文献は、本明細書において参考として援用される。本明細書、および本明細書において参考として援用され、そして／または参照された文書が、矛盾する開示内容および／または用語の一貫性のない使用を含む場合、かつ／またはその援用されまたは参照された文書が、本明細書に使用されるかまたは規定されたものとは相違するように用語を使用しまた規定する場合には、本明細書が優先する。

図１（先行技術）は、エネルギーにおいて起こり得るある種の変化が起こることによって２つの成分ＡおよびＢが化学的に結合する場合に起こる、変化の状態を表すプロットである。 図２は、切断された二十面体の透視図を示す。 図３は、幾何学的に理想的な切断二十面体の透視図を示す。 図４Ａおよび図４Ｂは、切断された二十面体の全３２面を平面にした図および結合させた図（図４Ｂ）を示し、面の関係性を示す。 図５は、（例えば、図２もしくは図３で示されるような）切断された二十面体のＴＩＣＯ小面縁を滑らかにした形状を示す。 図６は、鋳型見切面（見切り線）を横切る、傾斜した切断された二十面体ＴＩＣＯ小面平面の切断図を示す。 図７は、本発明の１実施形態に従う、触媒的に活性な材料を含む歯車の歯を有する歯車を備える、基本的歯車ポンプ機構の分解内部図を示す。 図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の１実施形態に従う、９つの側面を有する円柱状対称触媒基質ペレットを示す。 図９は、幾何学的百面体を示す。 図１０Ａおよび図１０Ｂは、９つの側面を有する円柱状触媒基質ペレットのドーム状設計を示す。 図１１は、本発明の実施形態に従う、円柱状反応器チャンバー内の星状ローラー触媒物体の断面図を示す。 図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の実施形態に従う、アンビル／ストライカー触媒物体反応器試験装置の断面図（図１２Ａ）および上面図（図１２Ｂおよび図１２Ｃ）を示す。 図１３は、本発明の１実施形態にアンビル／ストライカー触媒反応器試験装置を示す。 図１４Ａ〜図１４Ｃは、図１３のアンビル／ストライカー触媒反応器装置のアンビル部分の種々の図を示す。図１４Ｄ〜Ｅは、図１４Ａ〜図１４Ｃのアンビル装置の拡大図を示す。 図１５Ａ〜図１５Ｂは、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置のストライカーおよびストライカー懸架部分の図を示す。 図１６は、実施例６〜１４のために使用される図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置を含む触媒反応器および分析系の処理流れ図を示す。 図１７Ａ〜図１７Ｃは、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置のＰＩＮリンクエアベアリングアセンブリを示す。 図１８は、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置の試験ランの間の種々の時点で、７０℃でサンプリングした、（ａ）Ｐｄアンビルの「衝突していない」部分および（ｂ）Ｐｄアンビルの「衝突した」部分について、生成物気体中の質量数および種の存在度を示すグラフである。 図１９は、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置の試験ランの間の種々の時点で、１５０℃でサンプリングした、（ａ）Ｐｄアンビルの「衝突していない」部分および（ｂ）Ｐｄアンビルの「衝突した」部分について、生成物気体中の質量数および種の存在度を示すグラフである。 図２０は、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置の試験ランの間の種々の時点で、サンプリングした、（ａ）Ｐｄアンビルの「衝突していない」部分および（ｂ）Ｐｄアンビルの「衝突した」部分について、生成物気体中の質量数および種の存在度を示すグラフであり、ここで、温度は、７１℃から３１℃まで下げられている。 図２１は、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置の試験ランの間の種々の時点で、サンプリングした、（ａ）Ｐｄアンビルの「衝突していない」部分および（ｂ）Ｐｄアンビルの「衝突した」部分について、生成物気体中の質量数および種の存在度を示すグラフであり、ここで、温度は、６０℃から８０℃まで上げられている。 図２２は、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置の試験ランの間の種々の時点で、サンプリングした、（ａ）Ｐｄアンビルの「衝突していない」部分および（ｂ）Ｐｄアンビルの「衝突した」部分について、生成物気体中の質量数および種の存在度を示すグラフであり、ここで、温度は、３０℃から９２℃まで上げられている。 図２３は、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置の試験ランの間の種々の時点で、サンプリングした、（ａ）Ｐｄアンビルの「衝突していない」部分および（ｂ）Ｐｄアンビルの「衝突した」部分について、生成物気体中の質量数および種の存在度を示すグラフであり、ここで、温度は、１００℃から２００℃まで上げられている。 図２４は、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置の試験ランの間の種々の時点で、サンプリングした、（ａ）Ｐｄアンビルの「衝突していない」部分および（ｂ）Ｐｄアンビルの「衝突した」部分について、生成物気体中の質量数および種の存在度を示すグラフであり、ここで、温度は、８５℃から４０℃まで下げられている。 図２５は、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置の試験ランの間の種々の時点で、サンプリングした、（ａ）Ｐｄアンビルの「衝突していない」部分および（ｂ）Ｐｄアンビルの「衝突した」部分について、生成物気体中の質量数および種の存在度を示すグラフであり、ここで、温度は、２４℃から１３０℃まで上げられている。 図２６は、図１３のアンビル/ストライカー触媒反応器試験装置の試験ランの間の種々の時点で、サンプリングした、（ａ）Ｐｄアンビルの「衝突していない」部分および（ｂ）Ｐｄアンビルの「衝突した」部分について、生成物気体中の質量数および種の存在度を示すグラフであり、ここで、温度は、１００℃から６５℃まで下げられている。

Claims (65)

1. 少なくとも２つの触媒物体であって、各該物体が、他方の触媒物体上の少なくとも１つの表面と形状および／または輪郭において補完的である少なくとも１つの表面を有することにより、２つの該触媒物体の間の突出接触領域が、該２つの接触する触媒物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の１％よりも大きくなることができる、触媒物体；ならびに
   該少なくとも２つの触媒物体の補完的表面を互いと繰り返し接触させるように構成および配置されることにより、該２つの接触する触媒物体の間の突出接触領域が平均で該２の接触する触媒物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の１％よりも大きくなる、接触誘導デバイス；
   を備える、触媒反応器システム。
2. 少なくとも２つの触媒物体であって、各該物体が、互いの該触媒物体上の少なくとも１つの表面と形状および／または輪郭において補完的である少なくとも１つの表面を有することにより、任意の２つの該触媒物体の間の突出接触領域が、該２つの接触する触媒物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の１％よりも大きくなることができる、触媒物体を備える、請求項１に記載の触媒反応器システム。
3. 前記２つの触媒物体の各々が、少なくとも１つの本質的に平らな面を含むことにより、第１の触媒物体の本質的に平らな面が、第２の触媒物体の本質的に平らな面に接触することができる、請求項１に記載の触媒反応器システム。
4. 前記触媒物体は、金属または金属合金を含む触媒的に活性な材料を含む、請求項１に記載の触媒反応器システム。
5. 前記触媒物体は、触媒的に活性な材料によってコーティングされた支持材料をさらに含む、請求項１に記載の触媒反応器システム。
6. 前記支持材料は、セラミックである、請求項５に記載の触媒反応器システム。
7. 前記少なくとも２つの触媒物体は、離散した粒子またはペレットを含む、請求項１に記載の触媒反応器システム。
8. 前記触媒物体は、本質的に無孔である、請求項１に記載の触媒反応器システム。
9. 前記触媒反応器システムは、スラリー気泡塔反応器を備え、そして前記接触誘導デバイスは、前記離散した粒子またはペレットを懸濁および／または撹拌することができる流体の流れをもたらすように構成されたデバイスを備える、請求項７に記載の触媒反応器システム。
10. 前記触媒反応器システムは、連続撹拌槽型反応器を備え、そして上記接触誘導デバイスは、撹拌デバイスを備える、請求項１に記載の触媒反応器システム。
11. 前記接触誘導デバイスは、少なくとも１つの前記触媒物体を備える機械装置または少なくとも１つの該触媒物体に接続された機械装置を備える、請求項１に記載の触媒反応器システム。
12. 前記離散した粒子またはペレットは、本質的に切断された二十面体である形状を有する、請求項７に記載の触媒反応器システム。
13. 少なくとも１つの前記触媒物体は、本質的に円柱である形状を有する、請求項１に記載の触媒反応器システム。
14. 前記円柱のその縦軸に垂直な断面は、本質的に多角形である周囲を有する、請求項１３に記載の触媒反応器システム。
15. 少なくとも１つの前記触媒物体は、触媒材料を含む複数の歯車の歯を有する歯車として構成される、請求項１に記載の触媒反応器システム。
16. 反応物を前記反応器中に流入させるように構成された入口および生成物を該反応器から流出させるように構成された出口を備える反応器をさらに備え、前記触媒物体は、該触媒物体が該反応物に曝されるように該反応器内に含まれる、請求項１に記載の触媒反応器システム。
17. 前記第１の触媒物体の補完的表面が、前記第２の触媒物体の補完的表面の表面領域よりも広い表面領域を有することにより、該第２の触媒物体と接触している場合に、該第１の触媒物体の補完的表面が、該第２の触媒物体の補完的表面と接触しているその表面領域の第１の部分、および該第２の触媒物体の補完的表面と接触していない表面領域の少なくとも第２の部分を含む、請求項１に記載の触媒反応器システム。
18. 前記第２の触媒物体の補完的表面と接触している前記第１の触媒物体の補完的表面の表面領域の第１の部分が、該第２の触媒物体の補完的表面と接触している表面領域の少なくとも第２の部分から隔離され得ることにより、表面領域の該第１の部分と接触している反応物および／または生成物が、表面領域の該少なくとも第２の部分と接触している反応物および／または生成物から独立してサンプリングされ得る、請求項１７に記載の触媒反応器システム。
19. 少なくとも２つの物体を曝す作用であって、各該物体は、他方の物体上の少なくとも１つの表面と形状および／または輪郭において補完的である少なくとも１つの表面を有し、該物体の少なくとも１つは、触媒的に活性な表面を選択された反応物を含む環境に対して有する触媒物体である、作用；
    ２つの接触する物体の補完的表面の間の突出接触領域が平均で該２の接触する物体の触媒的に活性な全外部接触表面領域の１％よりも大きくなるように、該物体の間に繰り返しの接触を形成する作用；
    所定の反応物に該少なくとも１つの触媒的に活性な表面において化学反応を受けさせて、生成物を生成する作用；
    を有する不均一触媒によって触媒された反応を行うための方法。
20. 前記物体の各々は、触媒的に活性である表面を有する触媒物体である、請求項１９に記載の方法。
21. 前記触媒物体の各々は、該物体の触媒的に活性な外部表面領域の少なくとも約１％を含む領域を有する少なくとも１つの本質的に平らな面を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記触媒物体は、前記環境に浸される、請求項１９に記載の方法。
23. 前記環境は、前記選択された反応物を含む溶液である、請求項１９に記載の方法。
24. 前記環境は、前記選択された反応物を含む気体である、請求項１９に記載の方法。
25. 前記接触は、反復的および過渡的である、請求項１９に記載の方法。
26. 前記接触は、前記触媒物体の外部の触媒的に活性な表面領域の少なくとも一部を再生させる、請求項１９に記載の方法。
27. 複数のモザイク状パッチ／小面を含む外部表面を含む触媒物体であって、少なくとも１つのモザイク状パッチ／小面は、隣接した小面と縁で接触して、所定の三次元形状を形成し、少なくとも１つのモザイク状パッチ／小面は、触媒的に活性な材料を含む、触媒物体。
28. 個々のモザイク状パッチ／小面は、前記触媒物体の全外部表面領域の１％よりも大きい表面領域を有する、請求項２７に記載の触媒物体。
29. 各モザイク状パッチ／小面は、触媒的に活性な材料を含む、請求項２７に記載の触媒物体。
30. 少なくとも１つのモザイク状パッチ／小面は、本質的に平面である、請求項２７に記載の触媒物体。
31. 各モザイク状パッチ／小面は、本質的に平面である、請求項３０に記載の触媒物体。
32. 前記触媒的に活性な材料は、金属または金属合金を含む、請求項２７に記載の触媒物体。
33. 前記所定の三次元形状は、本質的に切断された二十面体である、請求項２７に記載の触媒物体。
34. 前記所定の三次元形状は、本質的に円柱である、請求項２７に記載の触媒物体。
35. 前記所定の三次元形状は、本質的に歯車上の歯車の歯の形態にある、請求項２７に記載の触媒物体。
36. 前記縁は、円い、請求項３１に記載の触媒物体。
37. 前記触媒的に活性な材料によってコーティングされた支持材料をさらに含む、請求項２７に記載の触媒物体。
38. 前記支持材料は、セラミックである、請求項２７に記載の触媒物体。
39. 触媒物体の触媒的に活性な表面と第２の物体の接触面との間に接触を断続的に形成するように構築および配置されることにより、平均した該２つの物体の間の突出接触領域が該２つの接触する物体の全外部接触表面領域の１％よりも大きい、機械装置を備える、触媒反応器システム。
40. 前記第２の物体の接触面が、触媒的に活性な表面である、請求項３９に記載の触媒反応器システム。
41. 前記機械装置は、モーターを備える、請求項３９に記載の触媒反応器システム。
42. 前記機械装置は、歯車ポンプデバイスを備える、請求項４１に記載の触媒反応器システム。
43. 機械構造は、一連の歯車ポンプデバイスを備える、請求項４１に記載の触媒反応器システム。
44. 前記機械装置は、アンビルおよびストライカーを備える、請求項３９に記載の触媒反応器システム。
45. 少なくとも１つの反応物材料において触媒作用をもたらすための方法であって、
    少なくとも２つの触媒物体を提供する工程であって、該触媒物体は、各々、外部表面の少なくとも一部上に触媒的に活性な材料を含む、工程；
    該触媒物体を該反応物材料を含む環境に曝す工程；
    繰り返しの頻繁で過渡的な表面に対する表面の衝突性の接触事象を、接触誘導デバイスを使用して該触媒物体の外部表面領域の間に引き起こすために十分である、該触媒物体の動きをもたらす工程であって、該接触事象は、各々、平均して、該接触事象の間に接触するようになる該触媒物体の平均の突出全接触表面領域の１％よりも広い突出接触領域を有する、工程；および
    少なくともいくつかの反応物材料を該反応物材料とは化学的に異なる生成物に変換する工程；
    を包含する、方法。
46. 前記繰り返しの頻繁で過渡的な表面に対する表面の衝突性の接触事象が、漸進的に起きることにより、該触媒物体の本質的に全ての触媒的に活性な外部表面が、前記方法の間に接触するようになる、請求項４５に記載の方法。
47. 前記動きは、全ての前記物体の本質的に全ての触媒的に活性な外部表面にわたって、前記接触事象の分布を平均する、請求項４５に記載の方法。
48. 前記動きは、前記物体の触媒的に活性な外部表面の大部分にわたって、前記接触事象の分布を平均する、請求項４５に記載の方法。
49. 前記動きは、前記触媒的に活性な表面を含む物体の外部表面の限定的な部分にわたって、前記接触事象の分布を平均する、請求項４５に記載の方法。
50. 前記少なくとも１つの触媒物体の少なくとも一部の触媒的に活性な外部表面は、モザイク状パッチ／小面へと分けられ、各モザイク状パッチ／小面は、モザイク状パッチ／小面へと分けられる該少なくとも１つの触媒物体の触媒的に活性な全外部表面領域よりも実質的に小さい外部表面領域を有する、請求項４５に記載の方法。
51. モザイク状パッチ／小面へと分けられる前記触媒物体の第１のモザイク状パッチ／小面は、同じ触媒物体上の第２のモザイク状パッチ／小面とは異なる表面材料の組成を有する、請求項５０に記載の方法。
52. モザイク状パッチ／小面へと分けられる第１の触媒物体の第１のモザイク状パッチ／小面は、モザイク状パッチ／小面へと分けられる第２の触媒物体上の第２のモザイク状パッチ／小面とは異なる表面材料の組成を有する、請求項５１に記載の方法。
53. 前記少なくとも１つの触媒物体のアスペクト比は、約１．０５未満である、請求項４５に記載の方法。
54. 前記触媒物体の各々のアスペクト比は、約１．２５と約１．０５との間である、請求項４５に記載の方法。
55. 前記触媒物体の少なくとも１つのアスペクト比は、１．２５と２．００との間である、請求項４５に記載の方法。
56. 前記触媒物体の少なくとも１つのアスペクト比は、約２．００と約３．００との間である、請求項４５に記載の方法。
57. 前記触媒物体の少なくとも１つのアスペクト比は、約３．００よりも大きい、請求項４５に記載の方法。
58. 全ての前記触媒物体は、本質的に同じ形状および大きさを有する、請求項４５に記載の方法。
59. 全ての前記触媒物体は、本質的に同じ形状を有するが、少なくとも１つの他の触媒物体とは大きさが５％よりも大きく異なる、請求項４５に記載の方法。
60. 前記触媒物体の外部表面は、モザイク状パッチ／小面を含み、そして少なくとも第１の触媒物体および第２の触媒物体は、互いに異なる本質的に多面体の形状を有する、請求項４５に記載の方法。
61. 前記第１の触媒物体の外部表面は、第１の数のモザイク状パッチ／小面を含むが、前記第２の触媒物体の外部表面は、第２の数の小面を含む、請求項６０に記載の方法。
62. 前記第１の触媒物体は、前記第２の触媒物体とは大きさが約５％よりも大きく異なる、請求項６０に記載の方法。
63. 前記第１の触媒物体は、前記第２の触媒物体とは大きさが約５％よりも大きく異なる、請求項６１に記載の方法。
64. 前記触媒物体の形状は、実質的に、隣接した本質的に平面であるモザイク状パッチ／小面が接する円い縁を有する切断された二十面体と同じであり、隣接した本質的に平面であるモザイク状パッチ／小面を隔てる最小距離を規定する該円い縁の幅は、切断された二十面体の名目全径の約２％を超えない、請求項４５に記載の方法。
65. 任意の２つの触媒物体の対応する寸法の大きさは、互いの５％以内である、請求項６４に記載の方法。

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