KR20200039769A - 촉매를 생성하기 위한 표면 종의 제어된 코팅을 위한 에어로졸 처리 방법 - Google Patents
촉매를 생성하기 위한 표면 종의 제어된 코팅을 위한 에어로졸 처리 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200039769A KR20200039769A KR1020207007593A KR20207007593A KR20200039769A KR 20200039769 A KR20200039769 A KR 20200039769A KR 1020207007593 A KR1020207007593 A KR 1020207007593A KR 20207007593 A KR20207007593 A KR 20207007593A KR 20200039769 A KR20200039769 A KR 20200039769A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- catalyst support
- catalytically active
- active compound
- catalyst
- precursor
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 793
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 105
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title description 120
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 436
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 383
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 379
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 250
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 145
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 82
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 42
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 33
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 31
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 17
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical group [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 17
- 239000012018 catalyst precursor Substances 0.000 claims description 16
- 238000000235 small-angle X-ray scattering Methods 0.000 claims description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 10
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 5
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 5
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005649 metathesis reaction Methods 0.000 description 97
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 73
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 69
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 50
- 238000012387 aerosolization Methods 0.000 description 47
- 238000006317 isomerization reaction Methods 0.000 description 44
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N Propene Chemical compound CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 43
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 29
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 28
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 22
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N but-2-ene Chemical compound CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 17
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 17
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 16
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 14
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 14
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 14
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 14
- VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 1-Butene Chemical compound CCC=C VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 13
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- DZKDPOPGYFUOGI-UHFFFAOYSA-N tungsten(iv) oxide Chemical compound O=[W]=O DZKDPOPGYFUOGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 9
- -1 polypropylene, propylene Polymers 0.000 description 9
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 9
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XNMQEEKYCVKGBD-UHFFFAOYSA-N dimethylacetylene Natural products CC#CC XNMQEEKYCVKGBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 7
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VQTUBCCKSQIDNK-UHFFFAOYSA-N Isobutene Chemical compound CC(C)=C VQTUBCCKSQIDNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 6
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 6
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten(VI) oxide Inorganic materials O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 5
- OVHDZBAFUMEXCX-UHFFFAOYSA-N benzyl 4-methylbenzenesulfonate Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1S(=O)(=O)OCC1=CC=CC=C1 OVHDZBAFUMEXCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- CMPGARWFYBADJI-UHFFFAOYSA-L tungstic acid Chemical compound O[W](O)(=O)=O CMPGARWFYBADJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 101001091089 Homo sapiens Relaxin-3 Proteins 0.000 description 4
- 102100034944 Relaxin-3 Human genes 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 4
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 4
- XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N sodium tungstate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][W]([O-])(=O)=O XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IAQRGUVFOMOMEM-ONEGZZNKSA-N trans-but-2-ene Chemical compound C\C=C\C IAQRGUVFOMOMEM-ONEGZZNKSA-N 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 235000011194 food seasoning agent Nutrition 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000012494 Quartz wool Substances 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001856 aerosol method Methods 0.000 description 2
- JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N aluminium nitrate Chemical compound [Al+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- IAQRGUVFOMOMEM-ARJAWSKDSA-N cis-but-2-ene Chemical compound C\C=C/C IAQRGUVFOMOMEM-ARJAWSKDSA-N 0.000 description 2
- 238000005686 cross metathesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000004231 fluid catalytic cracking Methods 0.000 description 2
- 238000003958 fumigation Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 239000006199 nebulizer Substances 0.000 description 2
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 2
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical group [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002019 Aerosil® 380 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017119 AlPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018512 Al—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- GOOHAUXETOMSMM-UHFFFAOYSA-N Propylene oxide Chemical compound CC1CO1 GOOHAUXETOMSMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000014961 Protein Precursors Human genes 0.000 description 1
- 108010078762 Protein Precursors Proteins 0.000 description 1
- 241001582326 Renia Species 0.000 description 1
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000005865 alkene metathesis reaction Methods 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000012496 blank sample Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 1
- BWKCCRPHMILRGD-UHFFFAOYSA-N chloro hypochlorite;tungsten Chemical compound [W].ClOCl BWKCCRPHMILRGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 239000012698 colloidal precursor Substances 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000009349 indirect transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- IYDGMDWEHDFVQI-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;trioxotungsten Chemical compound O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.OP(O)(O)=O IYDGMDWEHDFVQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AVFBYUADVDVJQL-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;trioxotungsten;hydrate Chemical compound O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.OP(O)(O)=O AVFBYUADVDVJQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 238000004230 steam cracking Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- KPGXUAIFQMJJFB-UHFFFAOYSA-H tungsten hexachloride Chemical compound Cl[W](Cl)(Cl)(Cl)(Cl)Cl KPGXUAIFQMJJFB-UHFFFAOYSA-H 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/30—Tungsten
-
- 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
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/08—Silica
-
- 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
- B01J21/12—Silica and 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
-
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/32—Manganese, technetium or rhenium
-
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
-
- 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
- B01J35/0013—Colloids
-
- 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
- B01J35/002—Catalysts characterised by their physical properties
- B01J35/0073—Distribution of the active metal ingredient
- B01J35/008—Distribution of the active metal ingredient egg-shell like
-
- B01J35/23—
-
- B01J35/393—
-
- B01J35/397—
-
- B01J35/50—
-
- 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
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0027—Powdering
- B01J37/0054—Drying of aerosols
-
- 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
- B01J37/0217—Pretreatment of the substrate before 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
- B01J37/0232—Coating by pulverisation
-
- 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
- B01J37/08—Heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C11/00—Aliphatic unsaturated hydrocarbons
- C07C11/02—Alkenes
- C07C11/06—Propene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C6/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a different number of carbon atoms by redistribution reactions
- C07C6/02—Metathesis reactions at an unsaturated carbon-to-carbon bond
- C07C6/04—Metathesis reactions at an unsaturated carbon-to-carbon bond at a carbon-to-carbon double bond
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C2521/00—Catalysts comprising the elements, oxides or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium or hafnium
- C07C2521/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- C07C2521/08—Silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C2523/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
- C07C2523/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- C07C2523/24—Chromium, molybdenum or tungsten
- C07C2523/30—Tungsten
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Abstract
촉매를 생산하는 방법은 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 가열하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생성하는 단계, 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계, 및 촉매 지지체 입자 상에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생산하는 단계를 포함한다. 본 방법은 촉매 지지체 전구체 혼합물을 에어로졸화하는 단계, 제1 가열 구역에서 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 건조시켜 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 형성하는 단계 및 촉매 지지체 입자를 제2 가열 구역에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시켜 촉매 지지체 입자의 촉매의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 층을 포함하는 촉매를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
Description
관련
출원에 대한 교차 참조
본원은 "AEROSOL PROCESSING METHOD FOR CONTROLLED COATING OF SURFACE SPECIES TO GENERATE CATALYSTS"이라는 명칭으로, 2017년 8월 17일 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 62/546,765에 대해 우선권을 주장하며, 이것은 본 명세서에 이로써 전체적으로 참고로 포함된다.
기술분야
본 개시내용의 구현예는 일반적으로 촉매 물질의 합성에 관한 것이다.
최근, 폴리프로필렌, 프로필렌 옥시드 및 아크릴산에 대한 성장하는 시장에 공급하기 위해 프로펜에 대한 수요가 급격하게 증가하였다. 현재, 전세계적으로 생산되는 (7천 4백만 톤/년) 프로펜의 대부분은 주로 에틸렌을 생산하는 스팀 크래킹 장치로부터의 부산물(57%), 또는 주로 가솔린을 생산하는 유체 촉매 크래킹(FCC) 장치로부터의 부산물(30%)이다. 이들 공정들은 프로펜 수요에서의 급격한 증가에 적절하게 대응할 수 없다.
라피네이트는 성분이 제거될 때 나프타 크래킹 공정 또는 가스 크래킹 공정으로부터의 잔사 C4 스트림이다 (C4 스트림은 전형적으로 그것의 주요 성분으로, n-부탄, 1-부텐, 2-부텐, 이소부텐 및 1,3-부타디엔, 및 선택적으로 일부 이소부탄을 함유하고 상기 주요 성분은 함께 최대 99% 또는 그 초과의 C4 스트림을 형성함). 구체적으로, 라피네이트-2는 C4 라피네이트 스트림으로부터 1,3-부타디엔 및 이소부텐의 분리 후 수득된 C4 잔류물이고 주로 시스- 또는 트랜스-2-부텐, 1-부텐, 및 n-부탄으로 구성된다. 유사하게, 라피네이트-3은 C4 라피네이트 스트림으로부터 1,3-부타디엔, 이소부텐, 및 1-부텐의 분리 후 수득된 C4 잔류물이고 주로 시스- 또는 트랜스-2-부텐, n-부탄, 및 미분리된 1-부텐으로 구성된다. 프로펜으로의 전환을 위해 라피네이트-2 및 라피네이트-3 스트림을 이용하는 것은 프로펜의 이용가능한 공급을 증가시키는 데 바람직하다.
라피네이트-2 및 라피네이트-3 스트림을 프로펜으로 전환시키기 위한 복분해 촉매의 개발은 금속 산화물을 미리 합성된 지지 물질에 함침시키는 습식 함침 또는 금속 산화물을 촉매 지지체 물질로 형성되는 예비혼합물 안으로 포함시키는 것에 의존한다. 그러나, 습식 함침 또는 촉매 사전혼합물에 금속 산화물을 포함시키는 것은 촉매 지지체 물질의 내부 부분에 많은 비율의 금속 산화물이 결합되어 복분해 반응의 반응물에 거의 접근가능하지 않을 수 있다는 점에서 제한된다. 추가로, 생성된 복분해 촉매의 특성의 제어가 제한된다.
따라서, 촉매를 합성하는 개선된 방법에 대한 지속적인 요구가 존재한다. 본 개시내용의 구현예는 에어로졸 처리를 통해 촉매를 합성하여 촉매 지지체 입자의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물을 증착시키는 방법에 대한 것으로, 여기서 상기 표면은 기체 및 증기에 접근할 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 촉매를 생산하는 방법은 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 증발시켜 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생성하는 단계, 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함할 수 있는 촉매를 생산하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 촉매를 생산하는 방법은 촉매 지지체 전구체 및 희석제를 포함하는 촉매 지지체 전구체 혼합물을 에어로졸화하여 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 생산하는 단계, 상기 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 제1 가열 구역을 통과시키는 단계 및 상기 제1 가열 구역에서 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 건조시켜 복수의 에어로졸화된 촉매 지지체 입자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 추가로 복수의 에어로졸화된 촉매 지지체 입자를 제1 가열 구역의 다운스트림인 제2 가열 구역을 통과시키는 단계, 복수의 에어로졸화된 촉매 지지체 입자를 제2 가열 구역에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계, 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생산하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 증발시켜 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생성하는 단계, 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계, 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생산하는 단계를 포함할 수 있는 공정에 의해 제조될 수 있는 촉매가 개시된다.
또 다른 구현예에 따르면, 촉매는 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상으로 침착된 실리카, 알루미나, 또는 실리카 및 알루미나 및 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 복수의 촉매 지지체 입자를 포함할 수 있다. 복수의 촉매 지지체 입자의 표면은 가스 및 증기에 접근가능할 수 있고, 촉매적으로 활성인 화합물은 텅스텐을 포함할 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물은 가스 및 증기에 접근가능한 촉매 지지체 입자의 표면의 1% 내지 50% 상에 침착될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 촉매를 생산하는 시스템은 에어로졸화 유닛, 에어로졸화 유닛의 다운스트림인 제1 가열 구역, 및 제1 가열 구역의 다운스트림인 제2 가열 구역을 포함할 수 있다. 제2 가열 구역은 제2 혼합 구역에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 도입하도록 구성된 유입구를 포함할 수 있다. 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물은 에어로졸화 유닛에 의해 에어로졸화되어 지도록 구성될 수 있고 제1 가열 구역과 그 다음 제2 가열 구역을 통해 유동할 수 있다.
기재된 구현예의 추가의 특징 및 장점들은 하기의 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로 이 설명으로부터 당해 분야의 업자에게 용이하게 자명할 것이거나, 하기의 상세한 설명, 청구범위 뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 기재된 구현예를 실시함으로써 인식될 것이다.
본 개시내용의 특정 구현예에 대한 하기의 상세한 설명은 다음의 도면과 연관하여 읽을 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 여기서 유사한 구조는 유사한 참조 부호로 표시된다:
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 또 다른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 더욱 또 다른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 여전히 또 다른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 여전히 또 다른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 도 5의 에어로졸 처리 시스템의 반응 튜브의 단면이다;
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 도 1의 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 XRD 프로파일을 도시하는 X-선 회절(XRD) 그래프이다;
도 8은 종래의 습식 함침 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 XRD 프로파일에 비교된, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 도 1의 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 XRD 프로파일을 도시하는 XRD 그래프이다; 그리고
도 9는 종래의 습식 함침 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 SAXS 스펙트럼에 비교된, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 도 1의 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 방위각으로 평균화된 작은 각도 X-선 산란(SAXS) 스펙트럼이다.
도 1 내지 5의 간략화된 개략도 및 설명을 기술하기 위해, 특정한 화학적 처리 작업의 분야에서 당업자에게 잘 공지되어 사용될 수 있는 다수의 밸브, 온도 센서, 전자 제어기 등은 포함되지 않는다. 또한, 전형적인 화학적 처리 작업, 캐리어 가스 공급 시스템, 펌프, 압축기, 노 또는 다른 서브시스템에 종종 포함되는 수반되는 구성요소는 도시되어 있지 않다. 이들 구성요소가 개시된 본 구현예의 사상 및 범위 내에 있는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 가동상의 구성요소, 예컨대 본 개시내용에 기재된 것들은 본 개시내용에 기재된 구현예들에 추가될 수 있다.
도면에서 화살표는 공정 스트림을 지칭한다. 그러나, 화살표는 2개 이상의 시스템 구성요소 사이에서 공정 스트림을 이송하는 역할을 할 수 있는 이송 라인을 등가적으로 지칭할 수 있다. 부가적으로, 시스템 구성요소에 연결하는 화살표는 각각의 주어진 시스템 구성요소의 유입구 또는 배출구를 한정할 수 있다. 화살표 방향은 일반적으로 화살표가 나타내는 물리적 이송 라인 이내 포함된 스트림의 물질들의 주 이동방향에 해당한다. 또한, 2개 이상의 시스템 구성요소를 연결하지 않는 화살표는 도시된 시스템을 빠져나가는 생성물 스트림 또는 도시된 시스템에 유입하는 시스템 유입구 스트림을 나타낼 수 있다. 생성물 스트림은 부속 화합물 가공 시스템에서 추가로 가공될 수 있거나, 또는 최종 제품으로서 판매될 수 있다.
부가적으로, 도면에서 화살표는 하나의 시스템 구성요소로부터 또 다른 시스템 구성요소로 스트림을 이송하는 공정 단계를 개략적으로 도시할 수 있다. 예를 들어, 하나의 시스템 구성요소로부터 또 다른 시스템 구성요소로 향하는 화살표는 시스템 구성요소 유출물을 또 다른 시스템 구성요소로 "전달하는 것"을 나타낼 수 있고, 이것은 하나의 시스템 구성요소에서 "유출되는" 또는 "제거"되는 공정 스트림의 내용물 및 그 생성물 스트림의 내용물을 또 다른 시스템 구성요소로 "도입하는 것"을 포함할 수 있다.
도 1 내지 5의 개략적인 흐름도에서 2개 이상의 라인이 교차할 때 2개 이상의 공정 스트림이 "혼합" 또는 "조합"된다는 것을 이해해야 한다. 혼합 또는 조합은 또한 양 스트림을 용기, 에어로졸화기, 가열 구역, 노 또는 다른 시스템 구성요소와 같은 유사한 시스템 구성요소에 직접적으로 도입함에 의해 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 스트림이 시스템 구성요소로 들어가기 전에 직접적으로 배합된 것으로 도시되는 경우, 스트림이 시스템 구성요소로 균등하게 도입될 수 있고 시스템 구성요소에서 혼합될 수 있음이 이해되어야 한다.
이제, 다양한 구현예에 대해 보다 상세하게 언급할 것이며, 이들 구현예 중 일부는 첨부 도면에 도시되어 있다. 가능한, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 도면 전체에 사용될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 또 다른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 더욱 또 다른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 여전히 또 다른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 여전히 또 다른 에어로졸 처리 시스템을 개략적으로 묘사한다;
도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 도 5의 에어로졸 처리 시스템의 반응 튜브의 단면이다;
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 도 1의 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 XRD 프로파일을 도시하는 X-선 회절(XRD) 그래프이다;
도 8은 종래의 습식 함침 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 XRD 프로파일에 비교된, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 도 1의 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 XRD 프로파일을 도시하는 XRD 그래프이다; 그리고
도 9는 종래의 습식 함침 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 SAXS 스펙트럼에 비교된, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른 도 1의 공정에 의해 제조된 복분해 촉매의 방위각으로 평균화된 작은 각도 X-선 산란(SAXS) 스펙트럼이다.
도 1 내지 5의 간략화된 개략도 및 설명을 기술하기 위해, 특정한 화학적 처리 작업의 분야에서 당업자에게 잘 공지되어 사용될 수 있는 다수의 밸브, 온도 센서, 전자 제어기 등은 포함되지 않는다. 또한, 전형적인 화학적 처리 작업, 캐리어 가스 공급 시스템, 펌프, 압축기, 노 또는 다른 서브시스템에 종종 포함되는 수반되는 구성요소는 도시되어 있지 않다. 이들 구성요소가 개시된 본 구현예의 사상 및 범위 내에 있는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 가동상의 구성요소, 예컨대 본 개시내용에 기재된 것들은 본 개시내용에 기재된 구현예들에 추가될 수 있다.
도면에서 화살표는 공정 스트림을 지칭한다. 그러나, 화살표는 2개 이상의 시스템 구성요소 사이에서 공정 스트림을 이송하는 역할을 할 수 있는 이송 라인을 등가적으로 지칭할 수 있다. 부가적으로, 시스템 구성요소에 연결하는 화살표는 각각의 주어진 시스템 구성요소의 유입구 또는 배출구를 한정할 수 있다. 화살표 방향은 일반적으로 화살표가 나타내는 물리적 이송 라인 이내 포함된 스트림의 물질들의 주 이동방향에 해당한다. 또한, 2개 이상의 시스템 구성요소를 연결하지 않는 화살표는 도시된 시스템을 빠져나가는 생성물 스트림 또는 도시된 시스템에 유입하는 시스템 유입구 스트림을 나타낼 수 있다. 생성물 스트림은 부속 화합물 가공 시스템에서 추가로 가공될 수 있거나, 또는 최종 제품으로서 판매될 수 있다.
부가적으로, 도면에서 화살표는 하나의 시스템 구성요소로부터 또 다른 시스템 구성요소로 스트림을 이송하는 공정 단계를 개략적으로 도시할 수 있다. 예를 들어, 하나의 시스템 구성요소로부터 또 다른 시스템 구성요소로 향하는 화살표는 시스템 구성요소 유출물을 또 다른 시스템 구성요소로 "전달하는 것"을 나타낼 수 있고, 이것은 하나의 시스템 구성요소에서 "유출되는" 또는 "제거"되는 공정 스트림의 내용물 및 그 생성물 스트림의 내용물을 또 다른 시스템 구성요소로 "도입하는 것"을 포함할 수 있다.
도 1 내지 5의 개략적인 흐름도에서 2개 이상의 라인이 교차할 때 2개 이상의 공정 스트림이 "혼합" 또는 "조합"된다는 것을 이해해야 한다. 혼합 또는 조합은 또한 양 스트림을 용기, 에어로졸화기, 가열 구역, 노 또는 다른 시스템 구성요소와 같은 유사한 시스템 구성요소에 직접적으로 도입함에 의해 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 스트림이 시스템 구성요소로 들어가기 전에 직접적으로 배합된 것으로 도시되는 경우, 스트림이 시스템 구성요소로 균등하게 도입될 수 있고 시스템 구성요소에서 혼합될 수 있음이 이해되어야 한다.
이제, 다양한 구현예에 대해 보다 상세하게 언급할 것이며, 이들 구현예 중 일부는 첨부 도면에 도시되어 있다. 가능한, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 도면 전체에 사용될 것이다.
본 개시내용의 구현예는 촉매 및 가스 및 증기에 접근가능한 촉매 지지체 입자의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물을 침착하도록 에어로졸 처리를 통해 촉매를 합성하는 방법에 대한 것이다. 구현예들에서, 촉매를 형성하는 방법은 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 증기화하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생성하는 단계, 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생산하는 단계를 포함한다.
본 개시내용에 기재된 촉매를 생산하는 방법은 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 갖는 촉매의 연속적 합성을 가능하게 한다. 촉매적으로 활성인 화합물을 가스 및 증기에 접근가능한 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착시킴에 의해, 촉매적으로 활성인 화합물은 촉매 지지체 물질의 내측에 매장되거나 또는 부분적으로 매장되어 반응물에 접근불가능하기 보다는 반응물에 접근가능하다. 본 개시내용에 기재된 에어로졸 처리 방법에 의해 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물은 고활성이다. 본 개시된 방법에 의해 형성된 촉매는 촉매적으로 활성인 화합물의 더 높은 장입을 갖는 최신 기술의 촉매에 동등한 성능을 제공한다. 일부 예에서, 본 개시내용에 기재된 에어로졸 처리 방법에 의해 합성된 촉매는 종래에 제조된 촉매의 촉매적으로 활성인 화합물의 50% 미만, 또는 심지어 25% 미만의 촉매적으로 활성인 화합물의 양을 갖는다. 본 개시내용의 에어로졸 처리 방법에 의해 합성된 촉매는 종래에 제조된 촉매의 촉매적 활성 성능에 동등하거나 또는 우월한 촉매적 활성을 제공한다.
본 개시내용에서 사용된 바와 같은, "촉매"는 촉매 지지체 입자 및 적어도 하나의 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 고체 미립자를 지칭한다.
본 개시내용에서 사용된 바와 같은, "촉매적으로 활성인 화합물"은 특이적 화학 반응의 속도를 증가시키는 임의의 물질을 지칭한다. 본 개시내용에 기재된 촉매는 다양한 반응, 예컨대, 비제한적으로, 이성질체화, 복분해, 크래킹, 수소첨가, 탈금속화, 탈황화, 탈질소화, 다른 반응, 또는 이들의 조합을 증진하기 위해 이용될 수 있다.
본 개시내용에서 사용된 바와 같은, "촉매적 활성"은 촉매가 반응의 반응 속도를 증가시키는 정도를 지칭한다. 촉매의 더 큰 촉매적 활성은 더 적은 촉매적 활성을 갖는 촉매에 비교하여 반응의 반응 속도를 증가시킨다.
본 에어로졸 처리 시스템 및 방법에 의해 합성된 촉매는 일반적으로 촉매 지지체 입자의 표면상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 갖는 촉매 지지체 입자를 포함한다. 촉매 지지체 입자는 실리카, 알루미나, 또는 실리카와 알루미나의 조합을 포함할 수 있다.
촉매적으로 활성인 화합물은 금속, 금속 산화물, 다른 촉매적으로 활성인 화합물, 또는 이들의 조합물일 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물은 금속, 예컨대 백금, 금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 크로뮴, 다른 금속, 또는 이들의 조합물일 수 있다. 대안적으로, 촉매적으로 활성인 화합물은 금속 산화물, 예컨대 IUPAC 주기율표의 6 내지 10족으로부터의 금속의 하나 이상의 산화물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 금속 산화물은 몰리브데늄, 레늄, 텅스텐, 망간, 티타늄, 세륨 또는 임의의 이들의 조합의 적어도 하나의 산화물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 금속 산화물은 산화 텅스텐일 수 있다. 촉매 지지체의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 형태, 유형, 및 양은 촉매의 촉매적 활성을 결정할 수 있다. 하기 방법 및 시스템은 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물로서 금속 산화물을 갖는 이성질체화 촉매, 복분해 촉매, 또는 이성질체화 및 복분해 촉매를 합성하는 맥락에서 기재된다. 그러나, 본 방법 및 시스템은 다른 유형의 촉매를 합성하기 위해 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시내용의 적어도 하나의 구현예에 따라 촉매 지지체의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 갖는 촉매를 합성하는 방법은 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 증기화하거나 또는 증발시켜 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생성하는 단계, 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생성하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기는 촉매 지지체 입자의 표면 상에서 직접적으로 응축할 수 있다. 촉매 지지체 입자의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 직접적으로 침착하는 것은 촉매 지지체 입자의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기의 불균질 핵생성을 포함할 수 있다. 추가로, 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물은 촉매 지지체 입자 상에 이전에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물 상으로 응축할 수 있어, 추가로 침착된 촉매적으로 활성인 화합물은 증기가 우선적으로 이전에 침착된 촉매적으로 활성인 물질 상으로 침착(또는 이동)하는 경우 촉매 지지체 입자의 표면 상에서 작은 클러스터/입자로 성장할 수 있다. 대안적으로, 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기는 그 자체 상에 응축할 수 있어 (균질한 핵생성) 촉매적으로 활성인 화합물의 클러스터 또는 입자를 창출하여, 그 다음 촉매 지지체 입자로 확산하고 촉매 지지체 입자의 표면 상으로 침착할 수 있다. 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름은 촉매 지지체 전구체 혼합물을 에어로졸화하고, 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 촉매 지지체 입자를 생성하도록 건조, 반응, 또는 건조하고 반응시킴에 의해 생성될 수 있다. 에어로졸 처리 방법은 촉매 지지체 전구체 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체로부터 촉매를 계속해서 생산하기 위한 연속 공정일 수 있다.
도 1을 참고하면, 촉매 지지체의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매(101)를 합성하는 에어로졸 처리 시스템(100)이 묘사된다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 에어로졸 처리 시스템(100)은 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 형성하기 위한 적어도 촉매 지지체 전구체(104) 및 희석제(106)를 혼합하기 위한 용기(102)를 포함한다. 에어로졸 처리 시스템(100)은 추가로 에어로졸화 유닛(110), 에어로졸화 유닛(110)의 다운스트림인 제1 가열 구역(120), 및 제1 가열 구역(120)의 다운스트림인 제2 가열 구역(130)을 포함한다. 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 에어로졸화 유닛(110)으로 통과된다. 에어로졸화 유닛(110)은 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)로 본 개시내용에서 언급된 촉매 지지체 전구체 혼합물의 복수의 액적으로 에어로졸화한다. 에어로졸화 유닛(110)에 도입된 운반 가스(112)는 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)을 에어로졸화 유닛(110)의 외부로 제1 가열 구역(120)을 통해 이송하고, 여기서 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적은 건조되거나 반응되거나, 또는 둘 모두가 되어 운반 가스(112) 및 촉매 지지체 입자(114)를 포함하는 에어로졸(113)로 에어로졸화된 복수의 고체 촉매 지지체 입자(114)를 형성한다.
운반 가스(112) 및 촉매 지지체 입자(114)를 포함하는 에어로졸(113)은 제2 가열 구역(130) 안으로 그리고 이를 통해 통과한다. 제2 가열 구역(130)은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)의 원천(132)을 포함할 수 있다. 제2 가열 구역(130)으로부터의 가열은 원천(132) 내 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)를 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 형성하도록 증기화를 유발한다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 에어로졸(113) 내 복수의 촉매 지지체 입자(114)와 접촉할 수 있고 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에서 응축할 수 있어 촉매(101)를 형성할 수 있다. 일단 촉매 지지체 입자(114) 상으로 응축되면, 촉매적으로 활성인 화합물은 표면 확산을 겪을 수 있어, 촉매적으로 활성인 화합물의 원자, 분자, 또는 둘 모두는 원자, 분자, 또는 둘 모두가 양호한 에너지 상태에 도달할 때까지 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상으로 이동할 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 균질하게 핵 생성할 수 있어, 촉매적으로 활성인 화합물 클러스터 또는 입자를 형성하여 그 다음 복수의 촉매 지지체 입자(114)와 접촉하고 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착하여 촉매(101)를 형성한다. 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 클러스터 또는 입자는 최대 20 나노미터(nm)의 입자 크기를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 처리 시스템(100)은 운반 가스(112)로부터 촉매(101)를 분리하는 분리기(140) 및 촉매(101)를 수집하는 것을 포함할 수 있다.
촉매 지지체 전구체(104)는 실리카 전구체, 알루미나 전구체, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 촉매 지지체 전구체(104)에서 실리카 전구체의 예는, 비제한적으로, 훈증 실리카, 콜로이드 실리카, 실란(SiH4), 실리콘 테트라클로라이드, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 실리카 전구체는 훈증 실리카를 포함할 수 있다. 구현예들에서, 촉매 지지체 전구체(104)는 복수의 전구체 물질, 예컨대 예를 들어 실리카 전구체와 알루미나 전구체의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매 지지체 전구체(104)는 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 제조하기 위해 촉매 지지체 전구체(104)를 희석제(106)와 배합하기 전에 촉매 지지체 전구체(104)의 총 중량을 기준으로 0.1 중량 퍼센트(wt.%) 내지 99.9 wt.% 실리카 전구체를 포함할 수 있다. 구현예들에서, 촉매 지지체 전구체(104)는 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 제조하기 위해 촉매 지지체 전구체(104)를 희석제(106)와 배합하기 전에 촉매 지지체 전구체(104)의 총 중량을 기준으로 0.1 wt.% 내지 95 wt.%, 0.1 내지 90 wt.%, 0.1 wt.% 내지 75 wt.%, 0.1 wt.% 내지 50 wt.%, 0.1 wt.% 내지 25 wt.%, 0.1 wt.% 내지 10 wt.%, 10 wt.% 내지 99.9 wt.%, 10 wt.% 내지 95 wt.%, 10 wt.% 내지 90 wt.%, 10 wt.% 내지 75 wt.%, 10 wt.% 내지 50 wt.%, 10 wt.% 내지 25 wt.%, 25 wt.% 내지 99.9 wt.%, 25 wt.% 내지 95 wt.%, 25 wt.% 내지 90 wt.%, 25 wt.% 내지 75 wt.%, 25 wt.% 내지 50 wt.%, 50 wt.% 내지 99.9 wt.%, 50 wt.% 내지 95 wt.%, 50 wt.% 내지 90 wt.%, 50 wt.% 내지 75 wt.%, 75 wt.% 내지 99.9 wt.%, 75 wt.% 내지 95 wt.%, 75 wt.% 내지 90 wt.%, 또는 90 wt.% 내지 99.9 wt.% 실리카 전구체를 포함할 수 있다.
알루미나 전구체의 예는, 비제한적으로, 알루미늄 니트레이트(Al(NO3)3), 훈증 알루미나, 알루미늄 염 예컨대 AlCl3, AlPO4, 또는 Al2(SO4)3 및 그것의 수화물, 다른 알루미나 전구체, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 알루미나 전구체는 알루미늄 니트레이트(Al(NO3)3)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매 지지체 전구체(104)는 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 제조하기 위해 촉매 지지체 전구체(104)를 희석제(106)와 배합하기 전에 촉매 지지체 전구체(104)의 총 중량을 기준으로 0.0 wt.% 내지 99.8 wt.% 알루미나 전구체를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 촉매 지지체 전구체(104)는 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 제조하기 위해 촉매 지지체 전구체(104)를 희석제(106)와 배합하기 전에 촉매 지지체 전구체(104)의 총 중량을 기준으로 0.0 wt.% 내지 95 wt.%, 0.0 내지 90 wt.%, 0.0 wt.% 내지 75 wt.%, 0.0 wt.% 내지 50 wt.%, 0.0 wt.% 내지 25 wt.%, 0.0 wt.% 내지 10 wt.%, 0.1 wt.% 내지 99.8 wt.%, 0.1 wt.% 내지 95 wt.%, 0.1 wt.% 내지 90 wt.%, 0.1 wt.% 내지 75 wt.%, 0.1 wt.% 내지 50 wt.%, 0.1 wt.% 내지 25 wt.%, 10 wt.% 내지 99.8 wt.%, 10 wt.% 내지 95 wt.%, 10 wt.% 내지 90 wt.%, 10 wt.% 내지 75 wt.%, 10 wt.% 내지 50 wt.%, 25 wt.% 내지 99.8 wt.%, 25 wt.% 내지 95 wt.%, 25 wt.% 내지 90 wt.%, 50 wt.% 내지 99.8 wt.%, 50 wt.% 내지 95 wt.%, 50 wt.% 내지 90 wt.%, 75 wt.% 내지 99.8 wt.%, 또는 75 wt.% 내지 95 wt.% 알루미나 전구체를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 선택적으로 하나 또는 복수의 도펀트를 포함할 수 있다. 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)로부터 형성된 촉매 지지체 입자(114)의 하나 이상의 특징 또는 특성을 개질하는 도펀트를 포함할 수 있다. 도펀트는, 비제한적으로, 티타니아, 레니아, 포스페이트, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 추가로, 도펀트는 불활성 구성성분, 희생 구성성분, 또는 둘 모두를 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)에 포함할 수 있다. 불활성 및 희생 구성성분의 비-제한적인 예는 폴리스티렌 라텍스, 다른 폴리머, 또는 폴리머의 조합을 포함할 수 있다. 고온으로 가열될 때, 폴리스티렌 라텍스는 연소되어 폴리스티렌 라텍스가 이전에 있었던 곳에 기공을 남긴다. 이들 불활성 및 희생 구성성분은 촉매 지지체 입자(114)의 표면적을 개질하기 위해 사용될 수 있다. 에어로졸 처리를 통한 촉매(101)의 합성은 예를 들어 코팅 공정과 같은 후-합성 첨가 공정을 사용하여 하나 또는 복수의 도펀트 화합물을 촉매(101)에 적용하는 것에 비교하여 촉매 지지체 입자(114)의 초기 합성 동안 도펀트의 봉입을 가능하게 한다. 구현예들에서, 하나 이상의 도펀트는, 도펀트(들)가 따라서 포함되고 에어로졸 처리 동안 촉매 지지체 입자(114) 전반에 걸쳐 분포되도록 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)에 포함될 수 있다.
희석제(106)는 물, 유기 용매, 또는 물과 적어도 하나의 유기 용매의 조합일 수 있다. 유기 용매의 예는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 또는 용매의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 희석제(106)는 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)이 수성 촉매 지지체 전구체 혼합물이 되도록 물일 수 있다. 다른 구현예에서, 희석제(106)는 물과 적어도 하나의 유기 용매의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 계면활성제가 없을 수 있다. 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)에 계면활성제의 봉입은 촉매(101)를 제조하기 위해 추가의 하소 단계를 필요로 할 수 있다. 일부 경우에, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)에 계면활성제의 존재는 촉매(101)의 성능을 저하시킬 수 있고 및/또는 독성이거나 또는 건강에 위험할 수 있는 촉매(101) 상에 원하지 않는 잔사를 초래할 수 있다. 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 희석제(106) 내 촉매 지지체 전구체(104)의 용액, 현탁액, 또는 둘 모두로 형성될 수 있다. 예를 들어, 훈증 촉매 지지체 전구체, 예컨대 훈증 실리카 전구체 또는 훈증 알루미나 전구체, 또는 콜로이드성 전구체로, 현탁액은 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)에 대해 형성된다. 대안적으로, 금속 염을 포함하는 촉매 지지체 전구체(104)의 경우, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 희석제(106)에서 촉매 지지체 전구체(104)의 용액일 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매 지지체 전구체(104)는 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)이 희석제(106)에 용해된 금속 염을 포함하는 용액에 훈증 성분의 현탁액을 포함하도록 훈증 실리카 전구체 또는 훈증 알루미나 전구체 및 금속 염을 포함할 수 있다.
촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 제1 가열 구역(120)에서의 체류 시간 동안 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)의 액적으로부터 고체 촉매 지지체 입자(114)를 형성하도록 희석제를 제거하기 위해 충분한 촉매 지지체 전구체(104)의 양을 가질 수 있다. 구현예들에서, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)의 총 중량을 기준으로 1 wt.% 내지 20 wt.% 촉매 지지체 전구체(104)를 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)의 총 중량을 기준으로 1 wt.% 내지 16 wt.%, 1 wt.% 내지 12 wt.%, 1 wt.% 내지 8 wt.%, 1 wt.% 내지 4 wt.%, 4 wt.% 내지 20 wt.%, 4 wt.% 내지 16 wt.%, 4 wt.% 내지 12 wt.%, 4 wt.% 내지 8 wt.%, 8 wt.% 내지 20 wt.%, 8 wt.% 내지 16 wt.%, 8 wt.% 내지 12 wt.%, 12 wt.% 내지 20 wt.%, 12 wt.% 내지 16 wt.%, 또는 16 wt.% 내지 20 wt.% 촉매 지지체 전구체(104)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 또는 복수의 도펀트는 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 에어로졸화하기 전에 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)과 혼합될 수 있다.
촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 에어로졸화되어 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)을 형성할 수 있으며, 이것은 운반 가스(112)에 분산된 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)의 복수의 액적을 포함한다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 에어로졸화 유닛(110)에서 에어로졸화되어 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)을 형성할 수 있다. 액적의 액체 분무를 생성하는 한, 다양한 에어로졸화 유닛(110)이 구상된다. 에어로졸화 유닛(110)의 예는, 비제한적으로, 초음파 변환기, 분무식 노즐, 다른 에어로졸화하는 디바이스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)을 생성하기 위해 초음파 변환기가 사용될 수 있다. 초음파 변환기는 쉽게 확장가능할 수 있고 고도로 통제가능할 수 있다.
에어로졸화 유닛(110)의 유형 및 에어로졸화 유닛(110)의 사양은 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 평균 액적 크기에 영향을 미침에 의해 촉매 지지체 입자(114)의 입자 크기에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 더 작은 크기의 액적을 생성하기 위해 구성된 에어로졸화 유닛(110)은 일반적으로 에어로졸 처리 방법에 의해 생산된 더 작은 촉매 지지체 입자(114)를 초래할 것이다. 에어로졸화 유닛(110)의 유형, 사양, 또는 둘 모두는 또한 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 난류를 증가시킴에 의해 촉매 지지체 입자(114)의 입자 크기에 영향을 미칠 수 있어, 이것은 충돌하여 더 큰 액적으로 조합하는 일부 액적을 야기할 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸화 유닛(110)은 0.1 μm 내지 100 μm, 0.1 μm 내지 20 μm, 0.5 μm 내지 100 μm, 또는 0.5 μm 내지 20 μm의 액적 크기를 갖는 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)의 액적을 생성할 수 있다.
이전에 논의된 바와 같이, 운반 가스(112)는 에어로졸화 유닛(110)으로 도입된다. 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)은 운반 가스(112)에서 에어로졸화되고, 그 다음 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 가열 구역, 예컨대 제1 가열 구역(120) 및 제2 가열 구역(130)을 통해 이송한다. 일부 구현예에서, 운반 가스(112)는 공기이다. 대안적으로, 다른 구현예에서, 운반 가스(112)는 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들 가스의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또 추가의 구현예에서, 운반 가스(112)는 촉매 지지체 입자(114)의 형성을 위해 반응물 또는 도펀트를 함유하는 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 운반 가스(112)는 실란(SiH4)을 포함할 수 있다. 운반 가스(112)에 대한 비-반응적인 가스 또는 반응적인 가스 또는 양자의 조합의 선택은 이용된 촉매 지지체 전구체(104) 및 촉매(101)의 원하는 특성에 좌우된다.
일부 구현예에서, 촉매를 합성하는 방법은 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109) 및 에어로졸화된 도펀트를 포함하는 에어로졸을 형성하기 위해 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 에어로졸화하는 것과 동반하여 도펀트 스트림을 에어로졸화하는 것을 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)은 적어도 제1 가열 구역(120) 및 제1 가열 구역(120)의 다운스트림인 제2 가열 구역(130)으로 그리고 이를 통해 통과되어 촉매(101)를 형성한다. 촉매(101)를 합성하는 방법은 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)을 건조하는 단계, 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)을 반응시키는 단계, 또는 둘 모두를 제1 가열 구역(120)에 포함하여 복수의 촉매 지지체 입자(114)를 형성한다. 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적은 제1 가열 구역(120)으로 통과되고, 여기서 제1 가열 구역(120)으로부터의 가열이 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 건조시켜 복수의 촉매 지지체 입자(114)를 형성한다. 일부 구현예에서, 제1 가열 구역(120)은 제1 노의 영역일 수 있고 운반 가스(112)는 제1 노의 영역을 통해 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 이송할 수 있다. 대안적으로, 제1 가열 구역(120)은 제1 노 내에 배치된 반응 튜브의 제1 섹션을 포함할 수 있고 운반 가스(112)는 반응 튜브를 통해 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 이송할 수 있다. 반응 튜브를 갖는 이들 구현예에서, 노로부터의 가열은 반응 튜브로 이전되고 반응 튜브의 벽을 통해 수행될 수 있고, 그 다음 반응 튜브를 통해 유동하는 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적으로 이전될 수 있다.
에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 건조하는 것에 부가하여, 제1 가열 구역(120)은 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 건조하는 것으로부터 형성된 촉매 지지체 입자(114) 내의 결정의 형성을 개시할 수 있다. 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)은 결정화의 개시 이전에 완전하게 건조될 필요가 있다는 것이 인지된다. 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)이 제1 가열 구역(120)을 통과함에 따라, 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적이 건조하기 시작하고 촉매 지지체 전구체(104)는 각각의 액적에서 더욱 농축된다. 후속으로, 액적이 더욱 가열됨에 따라, 건조된 또는 부분적으로 건조된 촉매 지지체 전구체(104)는 촉매 지지체 전구체 화학물에 의존하여 비정질 구조, 결정성 구조, 또는 비정질과 결정성 구조의 조합을 형성하도록 반응할 수 있다.
대안적인 구현예에서, 하나 이상의 반응적인 가스가 제1 가열 구역(120)으로 도입될 수 있고, 제1 가열 구역(120) 내 고온에서 분해하고, 제1 가열 구역(120)에서 반응하고 핵 생성하여 복수의 촉매 지지체 입자(114)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 반응적인 가스, 예컨대 비제한적으로 SiH4는 제1 가열 구역(120)으로 도입될 수 있다. SiH4는 제1 가열 구역(120)에서 열적으로 분해하여 실리콘 원자(Si) 및 수소 분자(H2)를 생성할 수 있다. 제1 가열 구역(120) 내에 산소(O2)의 존재에서, 실리콘(Si)은 산소 가스(O2)와 반응하여 SiO2를 생성할 수 있다. 이 SiO2 제1 가열 구역(120)에서 핵 생성하여 SiO2 입자를 생성할 수 있다. 본 SiO2 입자는 SiH2의 계속된 분해, SiO2를 생성하기 위한 O2와 Si의 반응 및 SiO2 입자 상으로 SiO2의 축합을 통해 크기가 성장할 수 있어 복수의 촉매 지지체 입자(114)를 생성할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 반응적인 가스는 제1 가열 구역(120)로 도입될 수 있고 제1 가열 구역(120)에서 분해하여 이차 물질을 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착할 수 있다. 예를 들어, SiH4는 제1 가열 구역(120)으로 도입될 수 있고, Si 및 H2로 분해할 수 있고 그리고 O2와 반응하여 SiO2를 형성할 수 있다. 이들 예에서, SiO2는 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)로부터 형성된 촉매 지지체 입자(114)의 외부 표면 상에 응축할 수 있다. 일부 구현예에서, SiH4의 분해로부터 형성된 SiO2는 제1 가열 구역(120)에서 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적 상에 응축하여 촉매 지지체 입자(114) 안에 SiO2를 포함할 수 있다. SiH4의 맥락에서 기재되었지만, 다른 반응적인 가스가 고려된다.
구현예들에서, 제1 가열 구역(120)은 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적으로부터 희석제(106)을 증발시키거나, 반응시키거나 또는 분해하기에 충분한 온도에서 유지되어 복수의 고체 촉매 지지체 입자(114)를 형성할 수 있다. 구현예들에서, 제1 가열 구역(120)은 200℃ 내지 1500℃의 제1 온도에서 유지될 수 있다. 다른 구현예에서, 제1 가열 구역은 200℃ 내지 1450℃, 200℃ 내지 1400℃, 200℃ 내지 1300℃, 500℃ 내지 1500℃, 500℃ 내지 1450℃, 500℃ 내지 1400℃, 500℃ 내지 1300℃, 600℃ 내지 1500℃, 600℃ 내지 1450℃, 600℃ 내지 1400℃, 600℃ 내지 1300℃, 1000℃ 내지 1500℃, 1000℃ 내지 1450℃, 1000℃ 내지 1400℃, 1000℃ 내지 1300℃, 1300℃ 내지 1500℃, 1300℃ 내지 1450℃, 1300℃ 내지 1400℃, 또는 1400℃ 내지 1500℃의 온도에서 유지될 수 있다. 추가 구현예에서, 단지 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 건조시키기 위해, 제1 가열 구역(120)은 200℃ 내지 800℃의 온도로 가열될 수 있다. 제1 가열 구역(120)에서의 온도가 너무 높은 경우, 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적은 빠르게 건조되어 고체 촉매 지지체 입자(114)보다는 촉매 지지체 전구체(104)의 쉘 구조를 형성할 수 있다. 촉매 지지체 쉘은 고체 촉매 지지체 입자(114)에 비교하여 다운스트림 가공, 사용, 또는 둘 모두 동안 촉매(101) 상에 가하여 진 스트레스 및 압력을 거의 견딜 수 없다.
일부 구현예에서, 제1 가열 구역(120)은 복수의 온도 구역을 포함할 수 있다. 각각의 온도 구역은 상이한 온도에서 작동할 수 있다. 예를 들어, 200℃ 내지 800℃의 온도에서 작동된 제1 온도 구역은 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 적어도 부분적으로 건조 또는 완전하게 건조하기 위해 이용될 수 있고, 800℃ 내지 1500℃의 온도에서 작동된 제2 온도 구역은 촉매 지지체 전구체(104)를 반응시키거나 촉매 지지체 전구체(104)를 결정화하거나 또는 둘 모두를 위해 이용되어 촉매 지지체 입자(114)를 형성할 수 있다. 구현예들에서, 제1 가열 구역(120)은 주위 압력에서 작동될 수 있다.
제1 가열 구역(120)에서 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 체류 시간은 완전하게 건조시키고 반응된 촉매 지지체 입자(114)를 생성하기에 충분하게 될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 가열 구역(120)에서 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 체류 시간은 0.1초 내지 9초일 수 있다. 다른 구현예에서, 제1 가열 구역(120)에서 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 체류 시간은 0.1초 내지 8초, 0.1초 내지 6초, 0.1초 내지 4초, 0.5 제2 내지 9초, 0.5초 내지 8초, 0.5초 내지 6초, 0.5 제2 내지 4초, 1초 내지 9초, 1초 내지 8초, 1초 내지 6초, 1초 내지 4초, 2초 내지 9초, 2초 내지 8초, 2초 내지 6초, 또는 2초 내지 4초일 수 있다. 체류 시간이 불충분한 기간의 것인 경우, 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적은 충분히 건조되지 않을 수 있고 미반응 상태로 남을 수 있어 촉매 지지체 입자(114)가 형성되지 않는다. 반대로, 체류 시간이 너무 큰 경우, 에너지가 낭비되고 촉매 지지체 입자(114)는 노 벽으로 손실될 수 있거나 또는 다른 촉매 지지체 입자(114)와 충돌로 인해 크기가 너무 클 수 있다. 추가로, 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 너무 빠르게, 예컨대 체류 시간을 너무 많이 감소시킴에 의해, 제1 가열 구역(120)에서의 온도를 너무 많이 증가시킴에 의해, 또는 둘 모두에 의해 건조시키는 것은, 이전에 기재된 바와 같이 고체 촉매 입자(114) 대신에, 추가의 가공하에서 붕괴할 수 있는 촉매 지지체 쉘로 이어질 수 있다.
제1 가열 구역(120) 안으로 그리고 이를 통한 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 공급 속도는 운반 가스(112)의 유속에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로, 운반 가스(112)의 유속이 빠를수록, 제1 가열 구역(120) 안으로 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 공급 속도가 더 높다. 운반 가스(112) 유속은 또한 제1 가열 구역(120)에서의 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 체류 시간에 영향을 미칠 수 있다. 운반 가스(112) 유속을 증가시키는 것은 체류 시간을 감소시킬 수 있다. 반대로, 운반 가스(112) 유속을 감소시키는 것은 체류 시간을 증가시킬 수 있다. 구현예들에서, 운반 가스(112) 유속은 제1 가열 구역(120)을 통해 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적의 에어로졸화되고 유동화된 흐름을 유지하기에 충분할 수 있지만 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 체류 시간이 촉매 지지체 입자(114)를 완전하게 형성하기에는 충분하지 않도록 많지 않을 수 있다. 일부 구현예에서, 운반 가스(112) 유속은 0.1초 내지 10초, 0.1초 내지 9초, 0.1초 내지 8초, 0.1초 내지 6초, 0.1초 내지 4초, 0.5초 내지 10초, 0.5초 내지 9초, 0.5초 내지 8초, 0.5초 내지 6초, 0.5초 내지 4초, 1초 내지 10초, 1초 내지 9초, 1초 내지 8초, 1초 내지 6초, 1초 내지 4초, 2초 내지 10초, 2초 내지 9초, 2초 내지 8초, 2초 내지 6초, 또는 2초 내지 4초의 제1 가열 구역(120) 및 제2 가열 구역(130)에서의 에어로졸화된 촉매 지지체 입자(114)의 체류 시간을 달성하기에 충분히 될 수 있다. 에어로졸화 유닛이 하나 또는 복수의 초음파 변환기를 포함하는 구현예에 대해, 운반 가스(112) 유속은 변환기 당 1.25 리터/분(L/min) 내지 3.75 L/min일 수 있다. 대안적으로, 운반 가스(112) 유속은 에어로졸 처리 시스템(100)의 장비(즉, 제1 가열 구역(120), 제2 가열 구역(130), 에어로졸화 유닛(110), 등)의 크기에 의존하여 3.75 L/min 초과 또는 1.25 L/min 미만일 수 있다.
다시 도 1을 참고로 하면, 일단 촉매 지지체 입자(114)가 형성되면, 에어로졸(113)은 운반 가스(112) 및 촉매 지지체 입자(114)를 포함할 수 있다. 에어로졸(113)은 그런 다음 촉매적으로 활성인 화합물이 복수의 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상으로 침착될 수 있는 제2 가열 구역(130)으로 통과될 수 있다. 제2 가열 구역(130)은 제1 가열 구역(120)과 협력할 수 있으며, 이것은 제2 가열 구역(130)이 제1 가열 구역(120)의 다운스트림에 배치된다는 것을 의미한다. 촉매 지지체 입자(114)는 운반 가스(112)에 의해 제2 가열 구역(130)으로 그리고 이를 통해 통과될 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 가열 구역(130)은 제2 노, 더 구체적으로, 제2 노 내의 영역일 수 있다. 대안적으로, 제2 가열 구역(130)은 제1 가열 구역(120)과 분리된 제1 노의 또 다른 영역을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 가열 구역(120)은 제2 노 또는 제1 노의 또 다른 영역을 통해 신장하는 반응 튜브의 제2 섹션일 수 있다. 제2 가열 구역(130)에서, 촉매 지지체 입자(114)는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)와 접촉될 수 있다. 비록 에어로졸 처리 시스템(100) 및 방법이 적어도 제1 가열 구역(120) 및 제2 가열 구역(130)을 갖는 것으로 본 개시내용에 기재되어 있지만, 본 에어로졸 처리 시스템(100)은 2개 초과의 가열 구역을 가질 수 있다는 것이 고려된다. 추가로, 제1 가열 구역(120), 제2 가열 구역(130), 또는 둘 모두는 상이한 온도에서 독립적으로 제어될 수 있는 다중 온도 영역을 포함할 수 있다는 것이 고려된다.
도 1에서 설명된 바와 같이, 일부 구현예에서, 제2 가열 구역(130)은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 원천(132)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 원천(132)은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 함유하는 도가니 또는 다른 개방 용기를 포함할 수 있다. 제2 가열 구역(130)으로부터의 가열은 원천(132) 및 원천(132) 내에 함유된 촉매적으로 활성인 화합물 전구체로 이전될 수 있다. 제2 가열 구역(130)으로부터의 가열은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체가 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 형성하도록 증기화를 야기할 수 있다. 대안적으로, 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 원천(132)은 제2 가열 구역(130)에 독립적으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 원천(132)은 제2 가열 구역(130)과 독립적으로 제어될 수 있는 보충 열원을 포함할 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체는 예를 들어, 증발, 승화, 반응/분해, 용융, 또는 이들의 조합을 통해 증기상으로 전이/증기화될 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 제2 가열 구역(130) 전반에 걸쳐 분포할 수 있다. 구현예들에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 포함하는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 스트림(134)는 원천(132)에 계속해서 도입되어 제2 가열 구역(130)에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 연속적 생성을 유지할 수 있다.
촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)는 금속, 금속 염, 메탈레이트 예컨대 금속 산화물 예를 들어, 다른 촉매적으로 활성인 화합물 전구체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 생성하도록 증발될 수 있는 임의의 금속 또는 금속 산화물일 수 있다. 대안적으로, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)는 희석제에 용해되고 그리고 분무화 또는 에어로졸화될 수 있는 금속 염일 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)는 금속 예컨대 백금, 금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 크로뮴, 다른 금속, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)는 예를 들어 메탈레이트 전구체, 예컨대 옥시메탈레이트 전구체를 포함할 수 있다. 메탈레이트 전구체의 금속은 IUPAC 주기율표의 6 내지 10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 메탈레이트 전구체의 금속은 몰리브데늄, 레늄, 텅스텐, 망간, 티타늄, 세륨, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 메탈레이트 전구체는 텅스테이트 또는 텅스텐 산화물, 예컨대 텅스텐 (IV) 산화물, 텅스텐 (VI) 산화물, 다른 텅스텐 산화물, 또는 텅스텐 산화물의 조합일 수 있다. 텅스테이트의 예는, 비제한적으로 암모늄 메타텅스테이트((NH4)6H2W12O40), 텅스텐산, 포스포텅스텐산, 나트륨 텅스테이트, 다른 텅스테이트 전구체, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)는 150℃ 내지 1500℃의 온도에서 텅스텐을 함유하는 증기로 증기화 또는 분해하는 텅스텐-함유 화합물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)는 텅스텐 금속, 텅스텐 (IV) 산화물, 텅스텐 (VI) 산화물, 텅스텐산, 텅스토인산, 암모늄 메타텅스테이트, 텅스텐 옥시클로라이드, 텅스텐 육염화물, 다른 텅스텐-함유 화합물, 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
촉매적으로 활성인 화합물 전구체는 제2 가열 구역(130)에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 원천(132)으로 계속해서 도입될 수 있다. 제2 가열 구역(130)은 제2 가열 구역(130) 내에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 생성하기 위해 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 증기화하기에 충분한 온도에서 유지될 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 가열 구역(130)의 온도는 제2 가열 구역(130)에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 정상 상태를 유지하기에 충분한 온도에서 유지될 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 가열 구역(130)은 50℃ 내지 2000℃의 온도에서 유지될 수 있어 제2 가열 구역(130)에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 온도는 50℃ 내지 2000℃이다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 제2 가열 구역(130)은 50℃ 내지 1700℃, 50℃ 내지 1450℃, 300℃ 내지 2000℃, 300℃ 내지 1700℃, 300℃ 내지 1450℃, 600℃ 내지 2000℃, 600℃ 내지 1700℃, 또는 600℃ 내지 1450℃의 온도에서 유지될 수 있다. 다른 구현예에서, 제2 가열 구역(130)은 600℃ 내지 1400℃, 600℃ 내지 1350℃, 600℃ 내지 1300℃, 600℃ 내지 1200℃, 600℃ 내지 1100℃, 800℃ 내지 1450℃, 800℃ 내지 1400℃, 800℃ 내지 1350℃, 800℃ 내지 1300℃, 800℃ 내지 1200℃, 800℃ 내지 1100℃, 1000℃ 내지 1450℃, 1000℃ 내지 1400℃, 1000℃ 내지 1350℃, 1000℃ 내지 1300℃, 1000℃ 내지 1200℃, 1100℃ 내지 1450℃, 또는 1200℃ 내지 1450℃의 온도에서 유지될 수 있다. 구현예들에서, 제2 가열 구역(130)의 온도는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)의 기화 속도를 조절하기 위해 제어될 수 있다.
일부 구현예에서, 제2 가열 구역(130)은 주위 압력에서 작동될 수 있다. 대안적으로, 제2 가열 구역(130)은 또한 양압 또는 진공하에서 작동될 수 있다. 제2 가열 구역(130)에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 증기압은 제2 가열 구역(130), 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 원천(132), 또는 둘 모두의 온도를 조절함에 의해 제어될 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 증기압은 또한 제2 가열 구역(130)을 통한 운반 가스(112)의 유량을 조절함에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 에어로졸 처리 방법은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 136의 증기압이 제2 가열 구역(130)에 부분적인 진공의 적용을 통해 연장된 기간 동안 높은 수준으로 유지될 것을 요하지 않을 수 있다.
구현예들에서, 제2 가열 구역(130)에서 촉매 지지체 입자(114)의 체류 시간은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 정상 상태 기화를 제2 가열 구역(130)에서 증기상으로 유지하기에 충분하게 될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 제2 가열 구역(130)에서 촉매 지지체 입자(114)의 체류 시간은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)가 원천(132)으로부터 균일하게 증기화되고 제2 가열 구역(130) 전반에 걸쳐 분포할 수 있도록 하기에 충분하게 될 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 가열 구역(130)에서 촉매 지지체 입자(114)의 체류 시간은 0.1초 내지 10초일 수 있다. 다른 구현예에서, 제2 가열 구역(130)에서 촉매 지지체 입자(114)의 체류 시간은 0.1초 내지 9초, 0.1초 내지 8초, 0.1초 내지 6초, 0.1초 내지 4초, 0.5초 내지 10초, 0.5초 내지 9초, 0.5 초 내지 8초, 0.5초 내지 6초, 0.1초 내지 0.4초, 1초 내지 10초, 1초 내지 9초, 1초 내지 8초, 1초 내지 6초, 1초 내지 4초, 2초 내지 10초, 2초 내지 9초, 2초 내지 8초, 2초 내지 6초, 또는 2초 내지 4초일 수 있다.
촉매 지지체 입자(114)는 제2 가열 구역(130)에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)와 접촉될 수 있다. 제2 가열 구역(130)을 벗어나면서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136) 및 촉매 지지체 입자(114)는 냉각될 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매 지지체 입자(114)의 에어로졸화된 흐름 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 120℃ 미만의 온도, 예컨대 20℃ 내지 120℃의 온도로 제어된 속도로 냉각될 수 있다. 촉매 지지체 입자(114)의 에어로졸화된 흐름 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 원하는 냉각 속도는 제2 가열 구역(130)에서 물질의 체류 시간을 변경시키거나 또는 제2 가열 구역(130)과 분리기(140) 사이의 거리를 변화시킴에 의해 달성될 수 있다. 추가로, 촉매 지지체 입자(114)의 에어로졸화된 흐름 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 냉각 속도는 팬 또는 열 교환기를 사용하거나 또는 절연 물질을 변화시킴에 의해 제어될 수 있다. 또한, 촉매 지지체 입자(114)의 에어로졸화된 흐름 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 냉각 속도는 분리기(140)의 온도를 조절함에 의해 제어될 수 있다.
촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)가 냉각됨에 따라, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 응축할 수 있다. 이전에 기재된 바와 같이, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상으로 직접적으로 또는 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 이전에 응축된 촉매적으로 활성인 화합물 상으로 응축할 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 촉매 지지체 입자(114)의 외부 표면 상에 그리고 가스 및 증기에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면, 예컨대 예를 들어 촉매 지지체 입자(114)의 다공성 영역 상에 응축할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 자체 상으로 응축할 수 있어 (균질한 핵생성) 촉매 지지체 입자(114)로 확산할 수 있고 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착할 수 있는 촉매적으로 활성인 화합물의 클러스터 또는 입자를 창출할 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물의 클러스터 또는 입자는 촉매 지지체 입자(114)의 외부 표면 상으로 그리고 가스 및 증기에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착할 수 있다.
촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(134)의 축합은 촉매 지지체 입자(114)상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 개별 원자, 분자, 클러스터, 또는 입자를 갖는 촉매(101)의 형성을 초래한다. 촉매적으로 활성인 화합물의 개별 원자, 분자, 클러스터, 또는 입자는 가스 및 증기에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착될 수 있다. 예를 들어, 촉매적으로 활성인 화합물은 촉매 지지체 입자(114)의 최외각 면 상, 촉매 지지체 입자(114)의 외부 표면과 유체 연통하는 촉매 지지체 입자(114)의 외부 부분 내 기공의 벽 상, 또는 둘 모두 상에 침착될 수 있다. 촉매 지지체 입자(114)의 내부 부분에는 촉매적으로 활성인 화합물이 실질적으로 없을 수 있다. 본 개시내용에서 사용된 바와 같은, 성분이 "실질적으로 없는"의 용어는 촉매, 스트림, 또는 반응 구역의 특정 부분에서 그 성분의 0.1 wt. % 미만을 의미한다. 예를 들어, 촉매 지지체 입자(114)의 내부 부분은 촉매(101)의 총 중량을 기준으로 촉매적으로 활성인 화합물을 0.1 wt.% 미만 가질 수 있다. 촉매 지지체 입자(114)의 내부 부분은 가스 및 증기에 접근불가능한 촉매 지지체 입자(114)의 부분을 지칭한다. 예를 들어, 촉매 지지체 입자(114)의 내측은 촉매 지지체 입자(114)의 고형부 및 촉매 지지체 입자(114)의 외부 표면과 유체 연통하지 않는 촉매 지지체 입자(114)의 내부 기공을 포함한다.
일부 구현예에서, 수득한 촉매(101) 입자는, 촉매 지지체 입자(114)의 최외각 면, 촉매 지지체 입자(114)의 외부 표면과 유체 연통하는 촉매 지지체 입자(114)의 외부 부분 내 기공의 벽, 또는 둘 모두를 포함할 수 있는, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에만 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 100%를 가질 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물은 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 충분히 침착될 수 있어 촉매(101) 입자에 충분한 촉매적 활성을 제공할 수 있다. 그러나, 너무 큰 백분율의 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물을 침착시키는 것은 더 큰 클러스터 또는 응집체를 형성하는 촉매적으로 활성인 화합물을 초래할 수 있어 촉매(101) 입자의 촉매적 활성을 감소시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매(101) 입자는 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 1% 이상, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 5% 이상, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 10% 이상, 또는 심지어 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 20% 이상 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 촉매(101) 입자는 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 50% 이하, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 40% 이하, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 30% 이하, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 20% 이하, 또는 심지어 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 10% 이하 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서 촉매(101) 입자는 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 1% 내지 50%, 예컨대 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면의 1% 내지 40%, 1% 내지 30%, 1% 내지 20%, 1% 내지 10%, 1% 내지 5%, 5% 내지 50%, 5% 내지 40%, 5% 내지 30%, 5% 내지 20%, 5% 내지 10%, 10% 내지 50%, 10% 내지 40%, 10% 내지 30%, 10% 내지 20%, 20% 내지 50%, 20% 내지 40%, 또는 20% 내지 30% 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 가질 수 있다.
수득한 촉매(101) 입자는 습식 함침 방법 또는 다른 유사한 방법에 의해 합성된 종래의 촉매에 비교하여 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 보다 분산되거나, 거의 클러스터링되지 않거나, 또는 둘 모두인 촉매적으로 활성인 화합물을 가질 수 있다. 본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 "분산된"은 촉매적으로 활성인 화합물이 더 큰 클러스터 및 응집체로 농축되어 있는 것에 비교하여 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 위에 퍼져 있는 것을 지칭한다. 예를 들어, "가장-분산된" 상태는 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 분자의 단일-층을 포함할 것이다.
촉매적으로 활성인 화합물이 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 분산된 정도는 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 평균 입자 크기를 결정함에 의해 평가될 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물의 평균 입자 크기는 본 개시내용에서 후속으로 논의되는 바와 같은 작은 각도 X-선 산란(SAXS)을 사용하여 결정될 수 있다. 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물과 관계하여 본 개시내용에서 사용된 바와 같은, "평균 입자 크기"는 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 결정, 클러스터, 또는 응집체의 평균 반경을 지칭한다. 평균 입자 크기는 촉매 지지체 입자의 표면 상에 단일 원자 또는 단일 분자로서 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 단일 원자 및 단일 분자의 반경을 포함한다. 일반적으로, 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 평균 입자 크기가 더 작을수록 촉매적으로 활성인 화합물이 더 분산되고 촉매적으로 활성인 화합물이 덜 클러스터링된다. 촉매적으로 활성인 화합물의 더 큰 평균 입자 크기는 침착 공정이 더 큰-크기의 결정, 클러스터, 또는 응집체로 촉매적으로 활성인 화합물의 추가의 클러스터링 또는 응집을 초래하여, 촉매적으로 활성인 화합물이 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 분산되는 정도를 감소시킬 수 있다는 것을 나타낸다.
일부 구현예에서, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 평균 입자 크기는 습식 함침 또는 다른 종래의 공정에 의해 촉매 지지체 입자(114) 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 평균 입자 크기보다 적을 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 평균 입자 크기(평균 반경)은 2.5 나노미터(nm) 이하, 2 nm 이하, 1.5 nm 이하, 또는 1 nm 이하일 수 있다. 다른 구현예에서, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 평균 입자 크기는 촉매적으로 활성인 화합물의 단일 원자의 원자 반지름 이상 또는 촉매적으로 활성인 화합물의 단일 분자의 분자 반경 이상일 수 있다. 일부 구현예에서, 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 평균 입자 크기는 0.1 nm 내지 2.5 nm, 0.1 nm 내지 2 nm, 0.1 nm 내지 1.5 nm, 0.1 nm 내지 1 nm, 0.1 nm 내지 0.5 nm, 0.5 nm 내지 2.5 nm, 0.5 nm 내지 2 nm, 0.5 nm 내지 1.5 nm, 0.5 nm 내지 1 nm, 1 nm 내지 2.5 nm, 1 nm 내지 2 nm, 또는 1 nm 내지 1.5 nm일 수 있다.
촉매적으로 활성인 화합물의 평균 결정성 크기는 45 킬로볼트(kV) 및 650 마이크로옹스트롱(μA)에서 작동하는 x-선 원천을 갖는 Bruker NANOSTARTM 작은 각도 X-선 분산계를 사용하여 촉매적으로 활성인 화합물 결정 및/또는 응집체의 평균 반경을 측정하기 위해 SAXS 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 샘플은 외부 직경 1.5 밀리미터(mm), 길이 80 mm 길이, 및 벽 두께 0.01 mm를 갖는 석영 모세관 튜브에 배치된다. 석영 모세관 튜브는 미국 매사추세츠주 나틱 소재의 Charles Supper Co.로부터 수득될 수 있다. 샘플을 모세관 튜브에 위치시킨 후, 모세관 튜브를 미국 뉴저지주 페어론 소재의 Fisher Scientific으로부터 이용가능한 CRYTOSEALTM, 및 미국 캘리포니아주 레딩 소재의 Ted Pella로부터 이용가능한 핫-멜트 접착제로 밀봉한다. 각각의 밀봉된 석영 모세관 튜브는 모세관 튜브를 샘플 챔버 내에서 똑바로 빔에 수직으로 향하여 샘플 장착점에 배치된다. 샘플 챔버는 진공 하에서 배치되어 공기로부터의 기생 산란을 제거한다. 2-차원 강도 데이터는 30분 범위에 걸쳐 산란된 X-선 강도를 평균화하여 수집된다.
강도 패턴은 적절한 블랭크 및 대조군 샘플 데이터를 사용하고 0.1400의 유리 탄소 값을 가정하여 배경 및 간접적인 투과에 대해 방위각으로 평균되고 정정된다. 산란 데이터 곡선은 Porod 분석을 사용하여 초기에 적합화되어 입자 크기의 제1 근사치를 제공한다. 직접적인 적합화가 그 다음 옹스트롬 당(Å-1) 0.1357 내지 0.30154 Å-1의 q 범위에 걸쳐서 Bruker Diffrac.SAXS 소프트웨어를 사용하고 다분산 구형체에 대해 이론적 산란 기능을 채용하여 수행된다. 입자의 크기 및 크기 분포는 입자 간의 관련된 상호작용이 없다고 가정하고 코어 반경의 로그 정규 분포를 가정하여 결정된다. 직접적인 모델링 결과는 세 개의 별도의 블라인드, 독립적인 맞춤을 통해 복제되며, 이들 맞춤의 극단 결과는 입자 반경에 대해 보고된 범위를 생성하는데 사용된다. SAXS 방법은 문헌 [Wojciech, Szczerba et al., "SAXS Analysis of Single- and Multi-Core Iron Oxide Magnetic Nanoparticles," J Appl Crystallogr. 2017 Apr 1; 50(Pt 2): 481-488 (2017년 3월 14일 온라인 공개됨)]에 추가로 기재되어 있다. 촉매적으로 활성인 화합물의 평균 입자 크기를 결정하기 위해 다른 방법 및 기술이 사용될 수 있다는 것이 이해된다.
대안적으로, 촉매적으로 활성인 화합물이 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 분산된 정도는 촉매(101) 입자의 X-선 회절(XRD) 패턴을 분석함에 의해 평가될 수 있다. 도 8을 참고하면, XRD 패턴(802)는 습식 함침 방법에 의해 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물과 같은 텅스텐 산화물을 갖는 종래의 습식 함침된 촉매에 대해 도시되어 있다. 도 8에서 나타낸 바와 같이, 종래의 습식 함침된 촉매에 대한 XRD 패턴(802)는 약 22 도(°)인 2 쎄타(2θ)에서의 주요 피크(806) 및 약 2θ = 30° 내지 약 2θ = 60°의 몇 개의 이차 피크(808, 810, 812, 및 814)를 갖는 배경 피크를 나타낸다. 본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 XRD 패턴의 "주요 피크"는 주요 피크보다 적은 강도를 갖는 하나 이상의 "이차 피크"에 비교하여 더 큰 강도를 갖는 피크를 지칭한다. 피크(806, 808, 810, 812, 및 814)는 종래의 습식 함침된 촉매의 표면 상의 촉매적으로 활성인 화합물인 텅스텐 산화물의 결정도를 나타낸다. 본 결정도는 촉매적으로 활성인 화합물인 텅스텐 산화물이 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 점점 더 큰 클러스터 및 결정으로 형성할 수 있다는 것을 나타낸다.
도 8은 또한 본 개시내용에 기재된 에어로졸 처리 방법에 의해 촉매 지지체 입자(114) 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물로서 텅스텐 산화물을 갖는 촉매(101)에 대한 XRD 패턴(804)를 도시한다. 에어로졸 처리에 의해 제조된 촉매(101)에 대한 XRD 패턴(804)은 약 2θ = 22도에서 단일 넓은 시그너쳐 피크(820)를 나타낸다. 이전에 기재된 바와 같이, 약 2θ = 22도에서 단일 넓은 시그너쳐 피크(주요 피크)는 비정질 물질을 나타낸다. 그러나, 이전에 기재된 종래의 습식 함침 촉매에 대한 XRD 패턴(802)에 대조적으로, 에어로졸 처리 방법에 의해 제조된 촉매(101)에 대한 XRD 패턴(804)은 30도 초과의 2θ에서 이차 피크를 나타내지 않는다. 촉매(101)에 대한 XRD 패턴(804)은 단일 시그너쳐 피크(820)를 나타내고 하나 이상의 이차 피크를 포함하지 않는다. 따라서, XRD 패턴(804)은 지지 물질 또는 촉매적으로 활성인 화합물인 텅스텐 산화물 중 어느 하나의 어느 정도의 결정도를 나타내지 낳는다. 이것은 에어로졸 처리 방법에 의해 제조된 촉매(101)의 결정도 수준은 종래의 습식 함침 촉매의 결정도의 수준에 비하여 존재하지 않으며, 촉매 지지체 물질의 넓은 비정질 피크를 넘어서 XRD로 검출될 수 없음을 나타낸다. 촉매에 대한 XRD 패턴에서 이차 피크의 존재는 촉매적으로 활성인 화합물의 보다 큰 결정도 및 촉매적으로 활성인 화합물이 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 분산되는 보다 낮은 정도를 나타낸다. 일부 구현예에서, 촉매(101)는 이차 피크를 결하는 XRD 패턴을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매(101)는 2θ = 15도 내지 2θ = 60도의 범위 내의 단일 시그니쳐 피크(820)로 구성된 X-선 회절 패턴을 가질 수 있다. 이 시그너쳐 피크(820)는 비정질 시그니쳐이며 촉매(101)의 결정도에 기인하지 않는다.
촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 축합은 촉매 지지체 입자(114) 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)가 제2 가열 구역(130)을 벗어남에 따라 냉각을 초래하는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 온도에서의 감소를 통해 발생할 수 있다. 운반 가스(112) 유속은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 냉각의 속도 및 따라서 축합의 속도에 영향을 미칠 수 있다. 일부 구현예에서, 운반 가스(112) 유속은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 냉각 속도를 조절하기 위해 제어될 수 있다. 추가로, 촉매 지지체 입자(114) 또는 촉매적으로 활성인 화합물의 클러스터 또는 나노입자의 곡률은 촉매 지지체 입자(114) 또는 촉매적으로 활성인 화합물의 클러스터/나노입자의 부근에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 증기압을 국소적으로 저하시킬 수 있고, 그것에 의해 냉각으로부터 초래된 축합에 비교하여 더 높은 온도에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 축합을 야기한다. 따라서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 축합은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)가 제2 가열 구역(130)을 벗어나기 전에 제2 가열 구역(130) 내에 더 높은 온도에서 발생할 수 있다.
촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 응축된 촉매적으로 활성인 화합물의 양은 촉매 지지체 물질(114)의 농도, 제2 가열 구역(130)에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 선택 및 온도를 조절함에 의해, 예컨대 제2 가열 구역(130)의 온도, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 원천(132)의 온도, 또는 둘 모두를 조절함에 의해 제어될 수 있다. 제2 가열 구역(130), 원천(132), 또는 둘 모두의 온도를 조절하는 것은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 기화 속도에 영향을 미친다. 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상으로 응축된 촉매적으로 활성인 화합물의 양은 또한 제2 가열 구역(130)을 통한 에어로졸(113)의 유속, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108) 내 촉매 지지체 전구체(104)의 농도, 촉매 지지체 입자(114)의 입자 크기, 침착 동안 에어로졸(113)의 온도, 및 분리기(140)에서 에어로졸의 최종 온도, 에어로졸(113) 내 촉매 지지체 입자(114)의 농도, 또는 이들의 조합을 조절함에 의해 제어될 수 있다.
촉매 지지체 입자의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물의 증착 속도는 또한 제2 가열 구역(130)에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 온도, 제2 가열 구역(130) 내의 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 원천(132)의 위치, 에어로졸 처리 시스템(100)을 통한 에어로졸(113)의 유속, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108) 내 촉매 지지체 전구체(104)의 농도, 제2 가열 구역(130)의 배출에서 냉각 속도, 에어로졸(113) 내 촉매 지지체 입자(114)의 농도, 에어로졸(113) 내 촉매 지지체 입자(114)의 입자 크기, 또는 이들의 조합을 조절함에 의해 제어될 수 있다.
일부 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)는 제2 가열 구역(130)에서 분해할 수 있어 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물을 침착할 수 있는 가스일 수 있다. 이들 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 가스는 제2 가열 구역(130)에 직접적으로 도입될 수 있다. 제2 가열 구역(130)으로부터의 가열은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 가스가 분해하여 촉매적으로 활성인 화합물을 생성할 수 있게 하고, 이것은 그 다음 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착될 수 있다.
촉매(101)는 촉매(101)에 원하는 수준의 촉매적 활성을 제공하기에 충분한 촉매(101)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 양을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매(101)는 촉매(101) 입자의 총 중량을 기준으로 0.0002 wt.% 내지 20 wt.% 촉매적으로 활성인 화합물을 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 촉매(101)는 촉매의 총 중량을 기준으로 0.0002 wt.% 내지 10 wt.%, 0.0002 wt.% 내지 5 wt.%, 0.0002 wt.% 내지 1 wt.%, 0.0002 wt.% 내지 0.5 wt.%, 0.001 wt.% 내지 20 wt.%, 0.001 wt.% 내지 10 wt.%, 0.001 wt.% 내지 5 wt.%, 0.001 wt.% 내지 1 wt.%, 0.001 wt.% 내지 0.5 wt.%, 0.01 wt.% 내지 20 wt.%, 0.01 wt.% 내지 10 wt.%, 0.01 wt.% 내지 5 wt.%, 0.01 wt.% 내지 1 wt.%, 0.01 wt.% 내지 0.5 wt.%, 0.1 wt.% 내지 20 wt.%, 0.1 wt.% 내지 10 wt.%, 0.1 wt.% 내지 5 wt.%, 0.1 wt.% 내지 1 wt.%, 0.1 wt.% 내지 0.5 wt.%, 0.5 wt.% 내지 20 wt.%, 0.5 wt.% 내지 10 wt.%, 0.5 wt.% 내지 5 wt.%, 0.5 wt.% 내지 1 wt.%, 1 wt.% 내지 20 wt.%, 1 wt.% 내지 10 wt.%, 또는 1 wt.% 내지 5 wt.% 촉매적으로 활성인 화합물을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매(101)는 촉매(101) 입자의 총 중량을 기준으로 10 wt.% 이하, 5 wt.% 이하, 1 wt.% 이하, 0.5 wt.% 이하, 또는 심지어 0.4 wt.% 이하 촉매적으로 활성인 화합물을 가질 수 있다.
구현예들에서, 에어로졸 처리 시스템(100)은 운반 가스(112)로부터 촉매(101)를 분리하고 촉매(101)를 수집하기 위해 분리기(140)를 포함한다. 운반 가스(112) 및 운반 가스(112)에 비말동반된 촉매(101) 입자는 제2 가열 구역(120)을 벗어나 분리기(140) 안으로 통과한다. 촉매(101)를 합성하는 방법은 운반 가스(112)로부터 촉매(101)를 분리하는 단계 및 촉매(101)를 수집하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 운반 가스(112)는 추가의 처리 없이 분리기(140)으로부터 대기로 통과될 수 있다. 대안적으로, 분리기를 벗어난 운반 가스(112)는 공정의 잔존 구성성분, 예컨대, 예를 들어 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136), 촉매 지지체 전구체 혼합물로부터 유기 용매, 또는 다른 오염물질을 회수하기 위해 추가로 가공될 수 있다. 일부 구현예에서, 분리기(140)를 통과한 운반 가스(112)는 염소-함유 화합물이 실질적으로 없다. 예로서, 분리기(140)를 벗어난 운반 가스(112)는 0.1 wt.% 미만의 염소-함유 화합물을 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 분리기(140)는 제2 가열 구역(130)을 벗어난 운반 가스(112)의 흐름으로부터 촉매(101)를 분리하기 위해 사용된 사이클론 분리기, 정전기 집진기, 또는 필터일 수 있다. 실시예 필터는 0.01 마이크론(μm) 입자를 포획하는데 원하는 효율을 갖도록 구성된 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)와 결합된 보로실리케이트 섬유를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예 필터는 더 높은 작동 온도를 용인할 수 있는 무기 수지와 결합된 석영으로 구성될 수 있다. 필터는 또한 임의의 상업적으로 입수가능한 백 하우스 필터 물질로 구성될 수 있다. 필터를 선택함에 있어, 필터가 촉매(101) 입자를 수집함에 따라 초래되는 얻어진 압력 증가와 수집에 적합한 온도로 촉매(101) 입자를 충분히 수집하기 위해 필터의 기공 크기의 균형을 맞추고자 한다. 필터가 막히기 시작하고 입자 케이크가 형성됨에 따라, 필터가 보다 효율적인 필터가 되고 압력이 상승하기 시작한다. 작동에 있어, 얻어진 압력 상승은 필터 내에 수집된 촉매(101)의 양의 지표로서 사용될 수 있다. 추가로, 필터 물질은 필터 물질이 연소되는 것을 방지하기 위해 제2 가열 구역(130)을 벗어나는 에어로졸(113)의 온도 이상의 온도에서 온도 안정성일 수 있다.
상기에 기재된 바와 같이, 도 1은 제2 가열 구역(130)에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)의 원천(132)을 위치시키고 제2 가열 구역(130)에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)를 증기화함에 의해 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)의 기화를 설명한다. 대안적으로, 도 2 내지 6에서 나타낸 바와 같이, 에어로졸 처리 시스템의 다른 구현예는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134) 또는 촉매적으로 활성인 화합물을 제2 가열 구역(130)에 제공하는 대안적인 방법을 이용할 수 있다.
이제 도 2를 참고로 하면, 에어로졸 처리 시스템(200)은 제3 가열 구역(220)을 포함할 수 있고, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 원천(132)은 제3 가열 구역(220) 내에 배치될 수 있다. 에어로졸 처리 시스템(200)은 또한 도 1의 에어로졸 처리 시스템(100)에 대해 이전에 기재된 용기(102), 에어로졸화 유닛(110), 제1 가열 구역(120), 제2 가열 구역(130), 및 분리기(140)를 포함할 수 있다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, 에어로졸 처리 시스템(200)의 제3 가열 구역(220)은 제1 가열 구역(120)에 평행할 수 있고 제2 가열 구역(130)의 업스트림일 수 있다. 일부 구현예에서, 제3 가열 구역(220)은 제3 노, 더 구체적으로, 제3 노에서의 영역일 수 있다.
도 2에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 원천(132)은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 함유하는 도가니 또는 다른 개방 용기를 포함할 수 있다. 제3 가열 구역(220)으로부터의 가열은 원천(132) 및 원천(132) 내에 함유된 촉매적으로 활성인 화합물 전구체로 이전될 수 있다. 제3 가열 구역(220)으로부터의 가열은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체가 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 형성하도록 증기화를 야기할 수 있다. 대안적으로, 일부 구현예에서, 원천(132)은 제3 가열 구역(220)에 독립적으로 가열될 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체는 예를 들어, 증발, 승화, 반응/분해, 용융, 또는 이들의 조합을 통해 증기상으로 전이/증기화될 수 있다. 구현예들에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 포함하는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 스트림(134)는 원천(132)에 계속해서 또는 주기적으로 도입되어 제3 가열 구역(220)에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 연속적 생성을 유지할 수 있다.
운반 가스(212)는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 제2 가열 구역(130)으로 운반하기 위해 제3 가열 구역(220)에 도입될 수 있다. 운반 가스(212)는 운반 가스(112)에 대해 이전에 기재된 임의의 운반 가스일 수 있다. 운반 가스(212)는 운반 가스(112)와 동일하거나 또는 운반 가스(112)와 상이할 수 있다. 스트림(236)은 운반 가스(212)에 의해 운반된 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 포함할 수 있고 제3 가열 구역(220) 외부로 통과될 수 있다. 일부 구현예에서, 스트림(236)은 제2 가열 구역(130)의 업스트림인 제1 가열 구역(120)을 통과한 에어로졸(113)과 조합될 수 있다. 이들 구현예에서, 에어로졸(113) 및 스트림(236)은 혼합되고, 스트림(236) 및 에어로졸(113) 내 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 제2 가열 구역(130)으로 통과되기 전에 접촉된다. 대안적으로, 에어로졸(113) 및 스트림(236)은 제2 가열 구역(130)으로 개별적으로 통과될 수 있다. 이들 구현예에서, 에어로졸(113) 및 스트림(236) 내 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 제2 가열 구역(130)에서 혼합되고 접촉된다. 제2 가열 구역(130)을 벗어남에 의해, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 본 개시내용에서 이전에 기재된 바와 같이 응축되어 촉매(101)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 갖는 촉매(101)를 생산한다.
대안적으로, 일부 구현예에서, 스트림(236)은 제3 가열 구역(220)을 벗어남에 의해 냉각되어 스트림(236) 내 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)로부터 촉매적으로 활성인 화합물의 나노입자를 생성할 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 나노입자는 그 다음 에어로졸(113)과 조합될 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 나노입자는 제2 가열 구역(130) 내 에어로졸(113)의 촉매 지지체 입자(114)와 충돌하여 촉매(101)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물 나노입자를 포함하는 촉매(101)를 형성할 수 있다.
도 3을 참고하면, 다른 구현예에서, 에어로졸 처리 시스템(300)은 보충 용기(302) 및 보충 에어로졸화 유닛(310)을 포함할 수 있다. 에어로졸 처리 시스템(300)은 또한 도 1의 에어로졸 처리 시스템(100)에 관하여 이전에 기재된 용기(102), 에어로졸화 유닛(110), 제1 가열 구역(120), 제2 가열 구역(130), 및 분리기(140)를 포함한다. 도 3의 에어로졸 처리 시스템(300)에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(304)는 보충 용기(302)에서 희석제(306)와 조합되어 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 혼합물(308)을 생성할 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(304)는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체에 관하여 이전에 기재된 임의의 물질을 포함할 수 있다. 추가로, 보충 희석제(306) 및 보충 운반 가스(312)는 각각 희석제(106) 및 운반 가스(312)에 대해 상기에 기재된 임의의 물질일 수 있다.
촉매적으로 활성인 화합물 전구체 혼합물(308)은 보충 에어로졸화 유닛(310)에 통과될 수 있다. 보충 에어로졸화 유닛(310)은 에어로졸화 유닛(110)에 관하여 이전에 기재된 임의의 디바이스일 수 있다. 보충 에어로졸화 유닛(310)은 보충 운반 가스(312)를 갖는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 혼합물(308)을 에어로졸화하여 에어로졸화된 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 혼합물(308)의 액적 및 보충 운반 가스(312)를 포함하는 촉매 전구체 에어로졸(313)을 생성할 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매 전구체 에어로졸(313)은 제1 가열 구역(120)을 통과한 에어로졸(113)과 조합되어 도 3에서 나타낸 바와 같이 제2 가열 구역(130)의 업스트림에 조합된 에어로졸 스트림(314)을 형성할 수 있다. 조합된 에어로졸 스트림(314)은 그 다음 제2 가열 구역(220)으로 통과될 수 있다. 대안적으로, 다른 구현예에서, 촉매 전구체 에어로졸(313) 및 에어로졸(113)은 독립적으로 제2 가열 구역(120)에 통과될 수 있고 그 다음 제2 가열 구역(120)에서 조합된다. 촉매 전구체 에어로졸(313)은 제2 가열 구역(130)에서 반응, 건조, 또는 둘 모두를 할 수 있어 촉매적으로 활성인 화합물의 복수의 고체 입자를 형성할 수 있고, 상기 촉매적으로 활성인 화합물의 복수의 고체 입자는 그 다음 에어로졸(113)과 충돌하고 에어로졸(113) 상에 침착하여 촉매(101)를 형성할 수 있다. 추가로, 촉매 전구체 에어로졸(313)은 반응, 건조, 또는 둘 모두를 하기 이전에 에어로졸(113)과 충돌하여 고체 및 액체 물질 둘 모두를 함유하는 조합된 에어로졸 스트림(314)을 형성할 수 있다. 제2 가열 구역(130) 안으로 도입될 때, 제2 가열 구역(130)에서 더 큰 온도는 촉매 전구체 에어로졸(313)이 에어로졸(113)의 촉매 지지체 입자(114) 상 및 주위에서 반응, 건조, 또는 둘 모두를 야기하여 촉매(101)를 생성할 수 있다.
도 4를 참고하면, 도 1의 에어로졸 처리 시스템(100)에 관하여 이전에 기재된 용기(102), 에어로졸화 유닛(110), 제1 가열 구역(120), 제2 가열 구역(130), 및 분리기(140)를 포함하는 에어로졸 처리 시스템(400)이 묘사되어 있다. 도 4에서 나타낸 바와 같이, 에어로졸 처리 시스템(400)은 보충 용기(402), 보충 용기(402)의 다운스트림에 배치된 보충 에어로졸화 유닛(410), 및 보충 에어로졸화 유닛(410)의 다운스트림인 제3 가열 구역(420)을 추가로 포함할 수 있다. 보충 용기(402), 보충 에어로졸화 유닛(410), 및 제3 가열 구역(420)은 용기(102), 에어로졸화 유닛(110), 및 제1 가열 구역(120)에 평행할 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체(134)는 보충 용기(402) 내 보충 희석제(406)와 조합되어 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 혼합물(435)을 생성할 수 있다. 보충 희석제(406)는 희석제(106)에 대해 이전에 기재된 임의의 물질일 수 있다.
촉매적으로 활성인 화합물 전구체 혼합물(435) 및 보충 운반 가스(412)는 보충 에어로졸화 유닛(410)에 도입될 수 있다. 보충 운반 가스(412)는 운반 가스(112)에 대해 이전에 기재된 임의의 물질일 수 있다. 일부 구현예에서, 보충 운반 가스(412)는 운반 가스(112)와 동일한 물질일 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 혼합물(435)은 보충 에어로졸화 유닛(410)에서 에어로졸화되어 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 혼합물(435)의 액적 및 보충 운반 가스(412)를 포함하는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 에어로졸(409)을 생성할 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 에어로졸(409)은 제3 가열 구역(420)에 그리고 이를 통해 통과될 수 있다. 제3 가열 구역(420)에서, 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 에어로졸(409)은 건조, 반응, 또는 분해하여 보충 운반 가스(412)에 에어로졸화된 복수의 촉매적으로 활성인 화합물 입자(414)를 생성할 수 있다. 에어로졸(413)은 보충 운반 가스(412)에 에어로졸화된 촉매적으로 활성인 화합물 입자(414)를 포함할 수 있다.
에어로졸(413)은 제2 가열 구역(130)의 업스트림 또는 제2 가열 구역(130)에서 에어로졸(113)과 조합될 수 있다. 에어로졸(413)의 촉매적으로 활성인 화합물 입자(414)는 제2 가열 구역(130)에서 에어로졸(113)의 촉매 지지체 입자(114)와 접촉할 수 있어, 촉매적으로 활성인 화합물 입자(414)가 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착하는 것을 야기하여 촉매(101)를 생성할 수 있다. 따라서, 촉매적으로 활성인 화합물 입자(414) 및 촉매 지지체 입자(114)는 독립적으로 형성되고 그 다음 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물 입자(414)가 침착하도록 조합된다.
이제 도 5를 참고로 하면, 촉매(101)를 합성하기 위한 또 다른 대안적인 에어로졸 처리 시스템(500)이 묘사된다. 도 5의 에어로졸 처리 시스템(500)은 촉매 지지체 전구체(104), 희석제(106), 및 선택적으로 도펀트로부터 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 제조하기 위한 용기(102)를 포함할 수 있다. 에어로졸 처리 시스템(500)은 에어로졸화 유닛(110) 및 연속적 에어로졸 흐름 합성 반응기(510)를 추가로 포함할 수 있다. 연속적 에어로졸 흐름 합성 반응기(510)는 반응 튜브(514)를 포함할 수 있다. 반응 튜브(514)는 하나 또는 복수의 가열 요소, 예컨대, 예를 들어 제1 노(520) 및 제2 노(530)를 통해 연장될 수 있다. 다른 가열 요소, 예컨대 저항 가열 요소 및 동종의 것이 반응 튜브(514)의 가열 구역에 대해 구상된다. 반응 튜브(514)의 일부분은 촉매적으로 활성인 전구체로 시즈닝될 수 있다. 본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 "시즌"은 반응 튜브(514)의 내면(518) (도 6) 상에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 층(516)을 침착하기 위해 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136) (도 6)로 에어로졸 흐름 합성 반응기(510)의 반응 튜브(514)를 사전 처리하는 공정을 지칭한다. 도 6은 반응 튜브(514)의 내면(518) 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 층(516)을 갖는 반응 튜브(514)의 단면을 예시한다. 다시 도 5를 참고로 하면, 일부 구현예에서, 반응 튜브(514)는 적어도 제1 가열 구역(522) 및 제2 가열 구역(532)을 포함할 수 있고 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 층(516)은 반응 튜브(514)의 제2 가열 구역(532)에서 반응 튜브(514)의 내면(518) 상에 침착될 수 있다.
도 5 및 6을 참고하면, 조작에 있어서, 촉매 지지체 전구체(104) 및 희석제(106) 플러스 임의의 선택적인 도펀트가 용기(102)에서 조합되고 혼합되어 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)을 형성한다. 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 그 다음 연속적 에어로졸 흐름 합성 반응기(510)에 통과된다. 연속적 에어로졸 흐름 합성 반응기(510)에서, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)은 에어로졸화되어 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)을 형성하고, 이것은 운반 가스(112)에 분산된 촉매 지지체 전구체 혼합물(108)의 복수의 액적을 포함한다. 운반 가스(112)는 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적을 수반하고 연속적 에어로졸 흐름 합성 반응기(510)의 반응 튜브(514)를 통해 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)을 운반한다. 제1 가열 구역(522)에서, 반응 튜브(514)는 가열된다. 본 가열은 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적으로부터 희석제를 건조하거나, 촉매 지지체 전구체(104)를 반응시키거나, 또는 둘 모두를 하여 촉매 지지체 입자(114)를 형성한다. 촉매 지지체 입자(114)는 제2 가열 구역(532)을 통해 운반 가스(112)에 의해 전달된다. 제2 가열 구역(532)은 가열되어 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 층(516) 내 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 증기화하는 것을 야기하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 형성한다 (도 6). 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 반응 튜브(514)의 제2 가열 구역(532) 전반에 걸쳐 분포한다. 운반 가스에 의해 운반된 촉매 지지체 입자(114)는 촉매 지지체 입자(114)가 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)와 접촉하는 제2 가열 구역(532)을 통과한다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)는 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 응축하여 촉매 지지체 입자(114) 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 층을 포함하는 촉매(101)를 형성한다. 촉매(101)는 그런 다음 연속적 에어로졸 흐름 합성 반응기(210)의 다운스트림인 분리기(140)에서 운반 가스(112)로부터 분리될 수 있다.
촉매를 생산하는 방법은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체로 제2 노를 통해 신장하는 반응 튜브(514)를 시즈닝하는 것을 포함할 수 있다. 반응 튜브(514)를 시즈닝하는 것은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 형성하도록 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 증기화하는 단계 및 반응 튜브(514)의 내면(518) 상에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 층(516)을 형성하도록 반응 튜브(514)의 내면(518) 상으로 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 응축시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 생성하도록 반응 튜브(514)의 내면(518)로부터 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 재증기화하기 위해 반응 튜브(514)를 가열하는 단계, 복수의 촉매 지지체 입자(114)가 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)와 접촉하는 반응 튜브(514)를 통해 복수의 촉매 지지체 입자(114)를 통과시키는 단계 및 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)를 응축시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 1 내지 5와 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, 에어로졸 처리 방법에 의해 형성된 촉매(101)는 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 개별 원자 분자, 클러스터, 또는 입자를 갖는다. 에어로졸 처리 방법을 사용하여 침착되는 경우, 촉매적으로 활성인 화합물의 이 층은 촉매 지지체 입자(114)에 완전하게 또는 적어도 부분적으로 포매되어 지기 보다는 기체성 반응물에 접근가능한 촉매 지지체 입자(114)의 표면에서 농축된다. 따라서, 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물은 종래에 제조된 촉매에 비교하여 고활성이다. 이것은 에어로졸 처리 방법을 사용하여 형성된 촉매(101)가 보다 적은 촉매적으로 활성인 화합물을 가지지만 종래에 제조된 촉매, 예컨대 예를 들어 습식 함침에 의해 제조된 촉매에 비교하여 동등한 또는 증가된 촉매적 활성을 제공하는 것을 가능하게 한다. 일부 구현예에서, 에어로졸 처리 방법을 사용하여 형성된 촉매(101)는 촉매 지지체 입자 전반에 걸쳐 분포된 촉매적으로 활성인 화합물을 갖는 종래에 제조된 촉매에 비교하여 50% 이하의 촉매적으로 활성인 화합물을 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 에어로졸 처리 방법을 사용하여 형성된 촉매(101)는 촉매 지지체 입자 전반에 걸쳐 분포된 촉매적으로 활성인 화합물을 갖는 종래에 제조된 촉매에 비교하여 25% 이하, 또는 20% 이하, 또는 15% 이하, 또는 10 % 이하의 촉매적으로 활성인 화합물을 가질 수 있다.
촉매(101) 내에 촉매적으로 활성인 화합물의 양을 감소시키는 것은, 특히 고비용의 촉매적으로 활성인 화합물 예컨대, 예를 들어, 백금, 금, 또는 팔라듐을 사용하는 경우, 종래에 제조된 촉매에 비교하여, 촉매(101)의 비용을 감소시킬 수 있다. 추가로, 촉매(101)를 형성하는 에어로졸 처리 방법은 촉매의 연속적 생산을 가능하게 한다. 본 개시내용에 기재된 에어로졸 처리 시스템 및 방법은 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 증착 속도 및 총량의 보다 큰 제어를 가능하게 할 수 있어, 촉매의 촉매적 활성의 제어를 가능하게 할 수 있다. 본 에어로졸 처리 방법은 특이적 적용에 대해 촉매의 촉매적 활성의 미세한 조정을 가능하게 할 수 있다. 본 에어로졸 처리 방법을 사용하여 생산된 이성질체화, 복분해, 및 이성질체화와 복분해 촉매는 복분해 반응 동안 촉매 상에 보다 적은 코크스 형성을 초래할 수 있어, 더 긴 촉매 수명으로 이어질 수 있다.
일 실시예 실행에서, 이전에 논의된 에어로졸 공정 방법은 탄화수소 공급물 스트림으로부터 올레핀을 생산하기 위한 공정, 예컨대 부텐을 포함하는 탄화수소 스트림으로부터 프로펜을 생산하기 위한 복분해 공정에 사용하기 위한 이성질체화 촉매, 복분해 촉매, 또는 이성질체화와 복분해 촉매를 합성하기 위해 사용될 수 있다. 복분해 및 이성질체화 촉매의 이용을 통해 프로펜으로 2-부텐의 전환이 기재되었지만; 그러나, 이는 명확성 및 간결성을 위한 것이며 다른 복분해 반응도 유사하게 구상된다는 것을 이해해야 한다.
복분해 반응은 2개의 반응 화학 종들 사이의 결합의 교환을 포함하는 화학 공정으로, 이것은 유사하거나 동일한 결합 소속을 갖는 생성물의 창출을 초래한다. 이 반응은 하기 반응 RXN1에서 일반 반응식으로 제시된다.
하기 반응 RXN2 및 RXN3에서 나타낸 바와 같이, 프로펜으로 2-부텐의 "이성질체화" 및 "복분해"는 일반적으로 2-단계 공정이다: 이성질체화 촉매계를 사용한 2-부텐 이성질체화 및 그 다음 복분해 촉매계를 사용한 교차-복분해. 2-부텐 이성질체화(반응 RXN2)는 이성질체화 촉매의 실리카 및 알루미나 지지체 및 복분해와 이성질체화 촉매의 실리카 또는 실리카 및 알루미나 지지체 둘 모두로 달성될 수 있다. 교차-복분해(RXN3)는 복분해와 이성질체화 촉매 또는 복분해 촉매의 옥소메탈레이트 또는 금속 산화물에 의해 달성될 수 있다. 복분해 및 이성질체화 촉매는 개별 기능성을 제공하는 이성질체화 및 복분해 촉매의 각각의 성분을 "이성질체화" 및 "복분해" 단계 양자에 제공한다.
반응 RXN1 및 RXN2를 참조하면, "이성질체화" 및 "복분해" 반응은 이들 반응물 및 생성물에 제한되지 않는다. 그러나, 반응 RXN2 및 RXN3은 반응 방법론의 기본적인 예시를 제공한다. RXN3에 나타낸 바와 같이, 복분해 반응은 2개의 알켄 사이에서 일어난다. 이중 결합의 탄소 원자에 결합된 기는 분자 간에 교환되어 교환된 기를 갖는 2개의 새로운 알켄을 생성한다. 올레핀 복분해 반응을 위해 선택된 특정한 촉매는 일반적으로 올레핀 반응 생성물의 시스-이성질체 또는 트랜스-이성질체가 형성되는지 여부를 결정할 수 있는데, 이는 촉매와 올레핀 분자의 배위가 새로 형성된 분자의 이중 결합에 대한 치환체의 입체 영향과 마찬가지로 중요한 역할을 하기 때문이다.
복분해 및 이성질체화 촉매를 생산하기 위해 본 개시내용에서 이전에 논의된 에어로졸 처리 시스템(100) 및 방법을 이용하면, 복분해 촉매, 또는 이성질체화 촉매는 다양한 상이한 화합물의 전환을 위해 촉매를 맞춤화 하도록 촉매의 특성 및 특성의 제어를 가능하게 할 수 있다. 에어로졸 처리 방법의 파라미터를 다양화함으로, 생성된 촉매(101), 예컨대, 예를 들어 복분해와 이성질체화 촉매, 복분해 촉매, 또는 이성질체화 촉매의 형성을 제어하여, 상이한 전환 반응에 대해 맞춤화되거나 변형될 수 있는 다양한 구조적 및 화학적 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 촉매 지지체 입자(114)의 구조적 및 화학적 특성을 조정하는 것은 촉매(101)의 이성질체화 기능성에 영향을 미칠 수 있다. 마찬가지로, 촉매 지지체 입자(114) 상으로 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기(136)의 응축 속도, 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 형태, 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 양, 또는 둘 모두를 조절하는 것은 촉매(101)의 복분해 기능성의 제어를 가능하게 할 수 있다.
복분해와 이성질체화 촉매, 복분해 촉매, 또는 이성질체화 촉매의 조성물은 촉매 지지체 전구체(104)를 변경, 촉매 지지체 전구체(104)에 하나 또는 복수의 도펀트를 부가, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108) 내 촉매 지지체 전구체(104)의 상대 농도를 변형, 및 운반 가스(112)의 유형을 변경시킴에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 촉매 지지체 전구체 혼합물(108) 내 촉매 지지체 전구체, 예컨대 실리카 전구체 또는 알루미나 전구체의 더 높은 상대 농도의 봉입은 촉매 지지체 입자(114) 내 특이적 촉매 지지체 전구체의 상대적으로 더 높은 농도를 초래할 것이다.
이성질체화 반응은 복분해와 이성질체화 촉매 또는 이성질체화 촉매의 산도에 영향을 받는다. 촉매(101)의 산도는 적어도 2개의 방법으로 제어될 수 있다. 첫째, 촉매(101) 내 산성 부위의 총수는 촉매 지지체 입자(114)에서 알루미늄 부위의 수를 변경함으로써 제어될 수 있다. 알루미늄 부위의 수는 다른 전구체에 비교하여 촉매 지지체 전구체 혼합물(108) 내의 알루미나 전구체의 비율을 변형함에 의해 제어될 수 있다. 촉매 지지체 입자(114)에 존재하는 알루미늄 부위를 증가시키는 것은 촉매(101)에서 형성되는 Al-OH를 증가시킨다. 둘째, 각각의 알루미늄 부위의 산 강도는 각각의 알루미늄 부위 주위의 환경 및 알루미늄 부위가 실리카 부위와 어떻게 상호작용하는지에 영향을 받는다. 촉매 지지체 전구체(104)의 유형은 알루미늄 부위의 형성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 훈증 알루미나는 이미 형성된 알루미나의 큰 클러스터를 갖는다. 따라서, 훈증 알루미나가 실리카-알루미나 기반 촉매 지지체 입자를 제조하는데 알루미나 전구체로 포함되는 경우, 알루미나와 실리카 간의 상호작용은 크게 사전규정되고 물질의 2개의 별개 영역의 계면으로 제한된다. 대안적으로, 알루미나 전구체로 Al(NO3)3이 포함된 구현예에서, 촉매 지지체 입자(114)에 생성된 알루미늄 부위는 일반적으로 실리카에 의해 완전하게 둘러싸인 단일 분자이다. 따라서, 각각의 알루미늄 부위는 모든 차원에서 실리카와 잠재적으로 상호작용할 수 있다. 다양한 구현예에서, 에어로졸 처리 방법에 의해 형성된 복분해와 이성질체화 촉매, 복분해 촉매, 또는 이성질체화 촉매는 0.5 밀리몰/그램(mmol/g) 이하, 또는 0.01 mmol/g 내지 0.5 mmol/g, 0.1 mmol/g 내지 0.5 mmol/g, 0.3 mmol/g 내지 0.5 mmol/g, 또는 0.4 mmol/g 내지 0.5 mmol/g의 총 산도를 가질 수 있다. 추가 구현예에서 복분해와 이성질체화 촉매, 복분해 촉매, 또는 이성질체화 촉매는 0.01 mmol/g 미만 또는 0.5 mmol/g 초과인 총 산도를 가질 수 있다는 것이 인정될 것이다. 구현예들에서, 촉매의 산도는 원하는 선택성의 프로필렌 및 바람직하지 않은 부산물 예컨대 방향족화합물의 감소된 생산을 제공하기에 충분하다. 산도를 증가시키는 것은 전체적인 부텐 전환을 증가시킬 수 있다. 그러나, 이 증가된 전체적인 부텐 전환은 보다 낮은 선택성 및 증가된 부산물, 예컨대, 예를 들어 방향족화합물의 생산으로 이어질 수 있어, 촉매 코킹 및 비활성화로 이어질 수 있다.
복분해와 이성질체화 촉매, 복분해 촉매, 또는 이성질체화 촉매의 입자 크기는 촉매 지지체 전구체 혼합물(108) 내 촉매 지지체 전구체(104)의 농도, 에어로졸화 유닛(110)의 유형 및 사양, 및 반응기 구성을 조정함에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 물 또는 다른 희석제(106)에 비하여 촉매 지지체 전구체 혼합물(108) 내 촉매 지지체 전구체(104)의 더 높은 농도는 보다 적은 물 또는 다른 희석제가 각각의 에어로졸화된 액적으로부터 증기화하기 위해 이용가능하기 때문에 더 큰 촉매 지지체 입자(114)를 초래한다. 추가로, 상이한 에어로졸화 유닛(110)은 분무주입 동안 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 상이한 크기의 액적을 생성할 수 있고, 따라서, 상이한 입자 크기의 촉매 지지체 입자(114)를 생산한다. 예를 들어, 초음파 분무기에서 빈도를 변경하는 것은 초음파 분무기에 의해 생성된 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 액적 크기를 변화시킨다. 액적 크기를 변화시키는 것은 촉매 지지체 입자(114)의 입자 크기를 변화시킨다. 에어로졸화 유닛(110), 제1 가열 구역(120), 또는 둘 모두 내의 난류를 증가시키는 것은 또한 액적이 함께 충돌하고 응축하도록 함에 의해 입자 크기를 증가시킬 수 있다. 유사하게, 에어로졸화 유닛(110) 내에 또는 제1 가열 구역(120) 전에, 또는 둘 모두에 배치된 충격기는 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물(109)의 더 큰 습식 액적을 분리할 수 있고 단지 더 작은 액적만 제1 가열 구역(120)으로 도입하고 이를 통과하도록 허용할 수 있다. 이것은 촉매 지지체 입자(114)의 평균 크기를 감소시킨다. 일부 구현예에서, 촉매 지지체 입자(114)는 50 나노미터(nm) 내지 50 마이크론(μm)의 입자 크기를 가질 수 있다. 촉매적으로 활성인 화합물 전구체가 클러스터 또는 입자로 형성되어 그 다음 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 침착된 구현예에서, 촉매적으로 활성인 화합물 클러스터 또는 입자의 입자 크기는 20 nm 이하일 수 있다.
촉매의 표면적은 촉매 지지체 전구체 혼합물(108) 내, 불활성 구성성분, 희생 구성성분, 또는 둘 모두를 포함한, 촉매 지지체 전구체(104)의 유형 및 양을 조정함에 의해 제어될 수 있다. 불활성 및 희생 구성성분은 예를 들어 폴리스티렌 라텍스를 포함할 수 있다. 고온으로 가열될 때, 폴리스티렌 라텍스는 연소되어 폴리스티렌 라텍스가 이전에 있었던 곳에 기공을 남긴다. 당업자는 촉매로부터 불활성 및 희생 구성성분의 제거에 의해 야기된 증가된 표면적을 갖는 촉매를 생성하기 위해 고온에서 연소되는 다른 희생 연속제가 사용될 수 있음을 인정할 것이다. 또한, 촉매 지지체 전구체(104)로 훈증 실리카 및 훈증 알루미나의 선택은 증가된 표면적을 초래할 수 있다. 에어로졸화될 때, 훈증 실리카 및 훈증 알루미나 구조의 높은 프랙탈 표면적은 일반적으로 보존된다. 이 높은 프랙탈 표면적은 이들이 많은 내부 표면적을 갖지 않기 때문에 보다 낮은 표면적을 갖는 보다 구형의 조밀한 입자를 초래하는 비-훈증 전구체에 비교될 때 증가된 표면적을 초래한다. 표면적은 또한 에어로졸 처리 시스템(100)의 배치형태를 조정함에 의해 제어될 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 처리 방법에 의해 형성된 촉매(101)는 100 미터제곱/그램(m2/g) 내지 700 m2/g의 표면적을 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 촉매는 450 m2/g 내지 600 m2/g, 250 m2/g 내지 350 m2/g, 275 m2/g 내지 325 m2/g, 또는 275 m2/g 내지 300 m2/g의 표면적을 가질 수 있다.
촉매 지지체 입자(114)의 결정도는 촉매 지지체 전구체(104)의 유형 및 양, 제1 가열 구역(120)의 온도, 제1 가열 구역(120)에서의 체류 시간, 및 촉매(101)의 냉각 속도를 조정함에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 촉매 지지체 전구체(104)로 단일 금속 중심 대 다중 금속 중심을 함유하는 금속 산화물 또는 옥소메탈레이트의 사용은 클러스터의 파쇄가 필요하지 않기 때문에 더 많은 분산물로 이어질 수 있다. 이것이 함유하는 금속 산화물 또는 옥소메탈레이트 원천의 금속 중심이 많을수록 결정도를 형성하기 위해 요구된 파괴가 더 많다. 냉각 속도에 대하여, 상대적으로 더 느린 냉각 속도는 결정 배열이 발생하기 위한 추가의 시간을 제공하며, 여기서 상대적으로 더 빠른 냉각 속도는 원자를 준안정 또는 비정질 상태로 고정시킬 수 있다. 제1 가열 구역(120)에서 온도 및 체류 시간과 관련하여, 온도, 체류 시간 또는 둘 모두를 증가시키는 것은 결정자 크기를 증가시킬 수 있는 촉매 지지체 입자(114)의 표면에서 금속 산화물 또는 옥소메탈레이트가 이동되게 할 수 있다.
일부 구현예에서, 촉매 지지체 입자(114)는 2.5 나노미터(nm) 내지 40 nm의 기공 크기 분포 및 적어도 0.600 입방 센티미터/그램(cm3/g)의 총 기공 용적을 가질 수 있다. 이론에 의한 구속됨 없이, 기공 크기 분포 및 기공 용적은 더 나은 촉매적 활성 및 금속 산화물에 의한 기공의 감소된 막힘을 달성하기 위한 크기로 되고, 반면에 더 작은 기공 용적 및 기공 크기 촉매계는 기공 차단에 민감하고 그것에 의해 촉매적 활성을 감소시킨다. 일부 구현예에서, 촉매 지지체 입자(114)는 2.5 nm 내지 40 nm, 2.5 nm 내지 20 nm, 2.5 nm 내지 4.5 nm, 2.5 nm 내지 3.5 nm, 8 nm 내지 18 nm, 또는 12 nm 내지 18 nm의 기공 크기 분포를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 촉매는 0.600 cm3/g 내지 2.5 cm3/g, 0.600 cm3/g 내지 1.5 cm3/g, 0.600 cm3/g 내지 1.3 cm3/g, 0.600 cm3/g 내지 0.800 cm3/g, 0.600 cm3/g 내지 0.700 cm3/g, 또는 0.900 cm3/g 내지 1.3 cm3/g의 총 기공 용적을 가질 수 있다.
실시예
하기 실시예는 다양한 복분해 및 이성질체화 촉매의 제조를 예시한다. 이들 복분해 및 이성질체화 촉매는 그런 다음 580℃에서 작동된 고정층 반응기에서 2-부텐 및 질소의 스트림으로부터 프로펜을 합성하기 위해 사용되었다.
실시예 1
표면 상에 침착된 텅스텐 산화물의 층을 갖는 복분해 촉매의 제조.
촉매 지지체 전구체 혼합물은 800 그램의 탈이온수에 37.1 그램의 훈증 실리카를 부가함에 의해 제조하여 4.5 wt.% 훈증 실리카를 갖는 촉매 지지체 전구체 혼합물을 생산하였다. 사용된 훈증 실리카는 Evonik Industries로부터 수득된 AEROSIL® 380 훈증 실리카였다. 촉매 지지체 전구체 혼합물은 각각의 실험 이전에 20분 동안 초음파처리하였다. 촉매 지지체 전구체 혼합물은 그 다음 초음파 변환기를 사용하여 마이크로미터 크기의 액적의 미세 미스트로 에어로졸화하였다.
에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 그 다음 제1 노 및 상기 제1 노와 직렬식으로 다운스트림인 제2 노를 포함한 에어로졸 처리 시스템으로 통과시켰다. 제1 노(제1 가열 구역)는 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물로부터 훈증 실리카의 덩어리화된 구형 입자를 형성하도록 구성되었다. 제1 노는 12 인치의 가열된 길이를 포함하였고 600℃의 온도로 유지되었다. 제2 노(제2 가열 구역)는 6 인치의 가열된 길이를 갖는다. 제2 노의 전체적인 길이는 12 인치이고, 6 인치의 가열된 길이는 제2 노의 유입구로부터 3 인치의 거리로부터 제2 노의 유입구로부터 9 인치의 거리까지 연장되었다. 제2 노의 온도는 600℃로부터 1400℃까지 변하였다. 특히, 실험은 600℃, 850℃, 1100℃, 1250℃, 및 1400℃의 제2 노 온도에서 수행되었다.
초기 질량의 텅스텐 산화물(WO3)을 함유하는 1 밀리리터(mL) 연소 보트를 제2 노 내의 다양한 위치에서 제2 노 내에 배치하였다. 사용된 텅스텐 산화물은 Acros Organics로부터 수득된 >99% 텅스텐 산화물(로트 번호 A0348621)이었다. 600℃, 850℃, 및 1100℃의 온도의 경우, 실험은 제2 노의 유입구로부터 3 인치, 6 인치, 및 9 인치의 제2 노 내 WO3의 연소 보트의 위치에서 수행되었고, 여기서 가열된 구역은 12 인치-긴 관형로의 유입구로부터 3 내지 9 인치에 위치한다. 1250℃ 및 1400℃에서 수행된 실험의 경우, 상이한 노(24 인치 길이, 상기 표적 온도에 도달할 수 있음)가 제2 노로 사용되었고, WO3의 연소 보트는 가열된 구역의 중간점(제2 노의 유입구로부터 12 인치)에 배치되었다. 연소 보트 내 WO3의 중량은 제2 노 안으로 증발된 WO3의 양을 결정하기 위해 각각의 실험 전후에 측정되었다.
에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물은 10 리터/분(L/min)의 운반 가스 유량으로 제1 노 및 제2 노를 통해 운반 가스에 의해 전달되어 실시예 1의 합성된 복분해 촉매를 생성하였다. 운반 가스는 입자-없고, 오일-없는 공기였다. 합성된 복분해 촉매는 필터 상에 수집되었다. 합성된 복분해 촉매 상에 침착된 WO3의 양은 스캐닝 전자현미경 및 에너지 분산성 분광법(SEM/EDS)에 의해 결정되었다. 하기 표 1은 반응 조건 및 합성된 복분해 촉매의 표면 상에 침착된 WO3의 양을 제공한다.
표 1에서 나타낸 바와 같이, 600℃ 및 850℃의 제2 노의 온도에서, 복분해 촉매의 표면 상에 침착된 WO3의 양은 SEM/EDS 분석에 의한 검출을 허용하기에는 일반적으로 충분하지 않았다. 실시예 1에서 복분해 촉매의 표면 상에 침착된 WO3의 측정가능한 양은850℃ 이상의 제2 노 내 온도에서 수득되었다. 표 1에서 나타낸 바와 같이, 제2 노의 온도를 증가시키면 복분해 촉매의 표면 상에 침착된 WO3의 양이 증가했다. 따라서, 표 1에서의 데이터로부터 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 WO3의 양은 제2 노(제2 가열 구역(130))의 온도를 조절함에 의해 제어될 수 있다고 결론지어 질 수 있다.
촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 양은 또한 제2 가열 구역 내에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 연소 보트의 위치에 영향을 받을 수 있다. 표 1의 데이터에 의해 나타난 바와 같이, 제2의, 12 인치-길이, 관형로 온도 1100℃에서 수행된 합성의 경우, 촉매 지지체 입자 상에 침착된 WO3의 양은 제2 노 내 WO3의 보트의 상대적인 위치에 따라 다양하였다. 1100℃의 제2 노 온도에서 촉매 지지체 입자 상에 침착된 WO3의 가장 큰 양은 보트가 가열된 구역의 중간점(제2 노의 입구로부터 6 인치)에 배치된 경우에 발생된 0.484 wt.%였다. 제2 노의 유입구로부터 3 인치의 보트 위치에서, 촉매 지지체 입자 상에 침착된WO3의 양은 0.0684 wt.%로 줄어들었고, 제2 노의 입구로부터 9 인치의 보트 위치에서, 촉매 지지체 입자 상에 침착된WO3의 양은 또한 WO3의 보트가 가열된 구역의 중간점(제2 노의 유입구로부터 6 인치)에서 배치된 때 촉매 상에 침착된 WO3의 양에 비교하여 0.45 wt.%로 줄어들었다. 1100℃ 제2 노 온도에 대한 데이터는 제2 노 또는 제2 가열 구역에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 원천, 이 경우에 WO3의 위치는 촉매의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 양을 조절하기 위해 사용될 수 있다는 것을 설명한다. 이 관찰에 기인하여, (24 인치 긴 관형로를 사용하여) 1250℃ 및 1400℃에서의 제2 노 온도에서 복분해 촉매의 합성은 제2 노의 가열된 섹션의 중간점(24 인치-긴 노의 유입구로부터 약 12 인치)에 배치된 WO3의 연소 보트로 수행되었다.
제2 노의 온도는 촉매 지지체 입자의 표면 상으로 그 다음 침착되는 클러스터 또는 입자로 WO3의 자기-축합을 위한 촉매 지지체 입자의 표면 상으로 직접적으로 WO3의 축합 및 WO3의 축합의 비에 영향을 미칠 수 있다. 도 7을 참고하면, 1250℃ 및 1400℃의 제2 노 온도에서 합성된 복분해 촉매에 대한 X-선 회절(XRD) 패턴은 고체 텅스텐 산화물 참조 물질인 텅스텐 산화물 참조 702에 대한 XRD 패턴에 비교하여 도시되어 있다. 1250℃의 제2 노 온도에서 합성된 복분해 촉매에 대한 XRD 패턴은 도 4에서 참조 번호 704에 의해 확인된다. 1250℃에서 합성된 복분해 촉매에 대한 XRD 패턴(704)는 이차 피크 없이 약 2θ = 22도에서 큰 단일 시그너쳐 피크를 나타낸다. 이전에 논의된 바와 같이, 약 2θ = 22도에서 단일 시그너쳐 피크는 비정질 물질을 나타낸다. 이차 피크의 결여는 촉매 지지체 물질 또는 증기 및 가스에 접근가능한 촉매 지지체 물질의 표면 상에 침착된 텅스텐 산화물에서 결정도의 결여를 나타낸다. XRD 패턴(704)에서 이차 피크의 결여는 제2 노에서 1250℃의 온도가 축합 동안 및 축합 후 WO3의 매우 적은 이동으로 촉매 지지체 입자의 표면 상으로 직접적으로 WO3 증기의 축합에 대한 선호를 초래할 수 있다는 것을 나타낼 수 있다. 그에 반해서, 1400℃에서 합성된 복분해 촉매에 대한 XRD 패턴(706)은 약 2θ = 30° 내지 약 2θ = 60°의 몇 개의 이차 피크를 포함한다. 이들 이차 피크는 WO3의 어느 정도의 결정도를 나타낼 수 있으며, 이는 촉매 지지체 입자의 표면 상으로 직접적으로 응축된 WO3의 이동 또는 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착하기 전에 입자 또는 클러스터로 WO3의 자기-축합을 초래할 수 있다. 이것은 촉매 지지체 입자 상으로 촉매적으로 활성인 화합물을 침착하기 위한 기전이 제2 가열 구역(130)의 온도를 증가 또는 감소(예를 들어, 제2 노의 온도를 조절)함에 의해 제어될 수 있다는 것을 입증한다. XRD 패턴(706)에 이차 피크의 존재는 또한 1400℃의 더 높은 온도에서 제2 노 내 WO3의 증가된 기화를 초래하는 WO3의 더 높은 장입을 나타낼 수 있다. 1400℃에 대한 더 높은 WO3 장입(10% 초과)에서, WO3의 보다 결정성 종이 있다. 따라서, 제2 노(제2 가열 구역)의 온도는 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 결정성 WO3의 양을 조절하기 위해 제2 노에서 증발된 WO3의 양을 조절하기 위해 사용될 수 있다.
비교예 2
실리카 지지체 상에 WO3의 습식 함침에 의해 제조된 복분해 촉매.
실리카 지지체 상으로 WO3를 함침하는 습식에 의해 제조된 종래의 복분해 촉매가 실시예 1의 복분해 촉매에 비교하기 위해 제공되었다. 실리카 지지체는 Fuji Silysia Chemical로부터 수득된 CARiACT Q-10 실리카 촉매 지지체였다. 실리카 촉매 지지체는 촉매의 총 중량을 기준으로 10 wt.% WO3를 갖는 비교예 2의 촉매를 생성하기 위해 암모늄 메타텅스테이트 수화물의 용액으로 습식 함침되었다. 촉매 지지체 전구체 혼합물은 800 그램의 탈이온수에 37.7 그램 훈증 실리카를 부가함에 의해 제조되어 4.5 wt.% 훈증 실리카를 갖는 촉매 지지체 전구체 혼합물을 생성하였다. 촉매 지지체 전구체 혼합물은 초음파 변환기를 사용하여 에어로졸화되고 실시예 1에 기재된 에어로졸 처리 시스템으로 도입되었다. WO3의 연소 보트는 제2 노에 존재하지 않았다. 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물은 5 L/min에서의 공기 흐름으로 1400℃로 가열된 노로 이전되었다. 공기 흐름은 120분 동안 계속되었다. 가열된 노를 벗어나면, 형성된 복분해 및 이성질체화 촉매는 필터에 수집되었다. 수득된 촉매 지지체 입자에는 WO3가 실질적으로 없었다.
촉매 지지체 입자는 그런 다음 2 드램 바이알 내 0.023 그램의 암모늄 메타텅스테이트 및 2 mL의 물에 필터에 수집된 0.220 그램의 촉매 지지체 입자를 부가함에 의해 WO3로 습식 함침되었다. 바이알은 2시간 동안 15분당 회전수(rpm)에서 압연되었다. 후속으로, 용액을 대기압에서 85℃의 온도에서 16시간(h) 동안 가열하여 건조하였다. 습식 함침된 암모늄 메타텅스테이트를 갖는 수득한 촉매 지지체 입자는 그 다음 550℃에서의 노에서 480분 동안 하소되어 WO3로 습식 함침된 복분해 촉매를 생성하였다.
실시예 3
프로펜을 생성하기 위해 부텐을 복분해하는 실시예 1 및 비교예 2의 복분해 촉매의 성능 평가
실시예 1 및 비교예 2의 복분해 촉매가 프로펜으로 2-부텐을 복분해하는 그것의 성능에 대해 평가되었다. 각각의 실시예 복분해 촉매의 성능은 프로펜으로 2-부텐의 스트림의 전환을 위한 고정층 반응기에서 시험되었다. 고정층흐름 반응기 시스템은 석영 울의 층 사이에 배치된 복분해 및 이성질체화 촉매 층을 갖는 석영관을 가졌다. 시험되는 각각의 복분해 촉매는 석영 울의 층 사이에 배치된 복분해 및 이성질체화 촉매 층으로서 석영관에 연속으로 실장되었다. 각각의 복분해 촉매는 순차적으로 시험되어 각각의 복분해 촉매에 대한 성능 데이터를 제공했다. 각각의 복분해 촉매는 먼저 580℃에서 0.005 리터/분(L/min)에서의 질소 흐름 하에서 1시간 동안 활성화되었다. 원하는 반응 온도(580℃)에서, 트랜스-2-부텐을 포함하는 공급물 스트림이 반응기 안으로 도입되어 반응을 개시하였다. 반응은 550℃에서, 희석제로 질소를 사용하여 시간당(h-1) 900의 시간으로 가스 공간 속도에서 수행되었다. 공급물 스트림은 공급물 스트림의 총 질량 유량에 기초하여 10 wt.% 트랜스-2-부텐을 가졌다. 고정층 흐름 반응기를 벗어난 유동 흐름은 생성물 스트림의 분석을 위해 기체 크로마토그래프로 통과되었다. 실시예 1 및 비교예 2에서 각각의 복분해 촉매에 대한 프로펜 선택성의 백분율은 표 2에 후속으로 제공되어 있다. 표 2는 또한 각각의 복분해 촉매에서 WO3의 양을 제공한다.
표 2에서 나타낸 바와 같이, 850℃ 초과의 제2 노 온도에서 합성된 실시예 1의 복분해 촉매는 예상외로 고성능을 제공했다. 본 개시내용에서 이전에 논의된 바와 같이, 이성질체화 및 복분해 촉매에 대해, 촉매 지지체 입자의 실리카-알루미나는 이성질체화에 주로 기여할 수 있는 반면 복분해 기능성은 금속 산화물, 예컨대 WO3에 의해 주로 제공된다. 따라서, WO3를 증가시키면 촉매의 복분해 기능성을 증가시키고 부텐의 복분해로부터 프로펜의 수율을 개선할 것이다는 것이 기대된다. 그러나, 단지 2.54 wt.% WO3 만을 갖는 실시예 1의 실험 10의 촉매가 37.20%의 프로펜 수율로 최상으로 수행했다는 것이 예상외로 밝혀졌다. 실시예 1의 실험 10의 촉매는 1250℃로 설정된 제2 노의 온도로 실시예 1에 기재된 에어로졸 처리 시스템을 사용하여 합성되었다. 실시예 1의 실험 10의 촉매를 사용하여 수득된 37.20%의 이 프로펜 수율은 10 wt.% WO3를 가지고 습식 함침을 사용하여 제조된 비교예 2의 촉매를 사용하여 수득된 33.63%의 프로펜 수율에 비하여 11% 개선하였다. 이 결과는 실시예 1의 실험 10의 촉매가 단지 2.54 wt.% WO3를 가졌고, 이것은10 wt.% WO3를 갖는 비교예 2의 촉매의 WO3 함량의 단지 25%였기 때문에 예기치 못한 것이었다. 따라서, 본 개시내용에 기재된 에어로졸 처리 시스템 및 방법은 습식 함침에 의해 제조되고 10 wt.% 또는 그 초과의 촉매적으로 활성인 화합물을 갖는 종래의 복분해 촉매에 비교하여 우월한 프로펜 수율 성능 및 더 적은 양의 촉매적으로 활성인 화합물을 갖는 복분해 촉매를 생성하기 위해 사용될 수 있는 것으로 나타났다.
10.5 wt.%의 WO3 함량을 갖는, 1400℃의 제2 노 온도에서 실시예 1의 실험 11로부터 생성된 촉매는 2.54 wt.%의 WO3 함량을 갖는, 1250℃의 제2 노 온도에서 실시예 1의 실험 10로부터 생성된 촉매 만큼 잘 수행하지 않았다는 것이 또한 관측되었다. 실시예 1의 실험 11의 촉매는 34.17%의 프로펜 수율을 수득하였으며, 이것은 실시예 1의 실험 10의 촉매를 사용하여 수득된 37.20%의 프로펜 수율의 8% 미만이었다. 이 관찰은 실시예 1의 실험 11의 촉매의 표면 상에 WO3의 더 높은 결정화의 정도에 기인할 수 있다. 결정성 WO3은 복분해 반응에 대해 더 적은 활성인 것으로 알려져 있다. 도 7을 참고하면, 실시예 1에서 이전에 논의된 바와 같이, 1400℃의 제2 노 온도에서 생산된 실험 11의 촉매에 대한 XRD 패턴(706)은, 이차 피크가 적거나 또는 없는 것으로 나타난 1250℃의 제2 노 온도에서 생산된 실험 10의 촉매에 대한 XRD 패턴(704)에 비교하여 이차 피크의 수 및 규모에 의해 나타난 바와 같이 더 큰 정도의 결정도를 나타냈다. WO3 참조 표준의 XRD 패턴(702)와 실험 11의 촉매의 XRD 패턴(706)을 비교하면, XRD 패턴(702) 및 XRD 패턴(706) 둘 모두는 WO3에서 결정도를 나타내는, 약 2θ = 30°와 2θ = 60° 사이에 다중 이차 피크가 나타났다는 것이 관측되었다. WO3에서 결정도가 증가하면 WO3의 촉매적 활성이 감소하고, 따라서, 프로펜 수율이 감소한다. 실시예 3은 제2 노(제2 가열 구역(130))에서 온도를 증가시키는 것은 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 WO3의 양, 촉매 지지체 입자의 표면 상에 WO3를 침착하는 기전, 또는 둘 모두의 조절을 가능하게 하여 촉매의 촉매적 활성을 조절할 수 있다는 것을 실증하였다.
실시예 4
촉매적으로 활성인 화합물이 촉매의 표면 상에 분산되는 정도의 평가
실시예 1의 실험 10의 복분해 촉매 및 비교예 2의 습식 함침 복분해 촉매를 X-선 회절을 사용하여 분석하여 촉매적으로 활성인 화합물이 촉매의 외부 표면 상에 분산되는 정도를 평가하였다. 도 8을 참조하면, XRD 패턴(804)은 실시예 1에 기재된 에어로졸 처리 방법에 의해 촉매 지지체 입자(114) 상으로 침착된 촉매적으로 활성인 화합물로서 텅스텐 산화물을 갖는 실시예 1의 실험 10의 복분해 촉매에 대해 도시되어 있다. 실시예 1의 실험 10의 촉매에 대한 XRD 패턴(804)은 촉매(101)에서 비정질 물질을 나타내는 약 2θ = 22도에서 단일 시그니쳐 피크(820)를 나타냈다. 실시예 1의 실험 10의 복분해 촉매에 대한 XRD 패턴(804)은 2θ = 30 이상의 이차 피크를 나타내지 않았고, 따라서 텅스텐 산화물 또는 촉매 지지체 입자의 측정 가능한 정도의 결정도를 나타내지 않는다. 도 8은 또한 습식 함침에 의해 제조된 비교예 2의 복분해 촉매에 대한 XRD 패턴을 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 종래의 습식 함침 촉매에 대한 XRD 패턴(802)는 약 2θ = 22도에서 주요 피크(806) 및 약 2θ = 30° 내지 약 2θ = 60°에서 몇 개의 이차 피크(808, 810, 812 및 814)를 갖는 배경 피크를 나타낸다. 이전에 기재된 바와 같이, XRD 패턴(802)에서 피크(806, 808, 810, 812, 및 814)는 종래의 습식 함침 방법에 의해 제조된 비교예 2의 복분해 촉매의 표면 상에 텅스텐 산화물의 측정가능한 정도의 결정도를 나타낸다. 추가의 결정도는 텅스텐 산화물이 촉매 지지체 입자(114)의 표면 상에 습식 함침 형성된 클러스터 및 결정을 사용하여 적용되었고, 따라서 텅스텐 산화물이 실시예 1의 실험 10의 복분해 촉매에 비교해 비교예 2의 복분해 촉매의 표면에 분산되는 정도가 감소하였다는 것을 나타낸다. 실시예 1의 실험 10의 복분해 촉매에 대한 XRD 패턴(804)은 이차 피크를 나타내지 않아, 이것은 실시예 1의 실험 10의 복분해 촉매가 비교예 2의 복분해 촉매에 비교하여 텅스텐 산화물의 측정가능한 정도의 결정도를 갖지 않음을 나타낸다.
실시예 1의 실험 10의 촉매 및 비교예 2의 촉매는 그 다음 본 개시내용에서 이전에 기재된 SAXS 방법에 따라 평균 입자 크기에 대해 평가되었다. SAXS 방법으로부터 생성된 SAXS 스펙트럼 및 스펙트럼 데이터에 대한 로그 정규 모델 적합화는 도 9에 제공되어 있다. 참조 번호 902는 비교예 2의 촉매에 대한 SAXS 스펙트럼 데이터를 나타내고 참조 번호 904는 비교예 2의 촉매에 대한 스펙트럼 데이터에 대한 로그 정규 적합화를 나타낸다. 참조 번호 906은 실시예 1의 실험 10의 촉매에 대한 SAXS 스펙트럼 데이터를 나타내고 참조 번호 904는 실시예 1의 실험 10의 촉매에 대한 스펙트럼 데이터에 대한 로그 정규 적합화를 나타낸다.
습식 함침에 의해 생산된 비교예 2의 촉매는 44.8 옹스트롬(4.48 nm) 내지 46.4 옹스트롬(4.64 nm)의 평균 입자 반경을 갖는 텅스텐 산화물 클러스터를 나타냈다. 비교하자면, 실시예 1에 기재된 에어로졸 처리 방법을 사용하여 생산된 실시예 1의 실험 10의 촉매는 3.8 옹스트롬(0.38 nm) 내지 4.4 옹스트롬(0.44 nm)의 평균 입자 반경 텅스텐 산화물을 나타냈다. 이들 측정에 의해 나타난 바와 같이, 실시예 1의 실험 10의 촉매의 표면 상에 침착된 텅스텐 산화물의 평균 입자 크기는 실시예 2의 촉매의 표면 상에 침착된 텅스텐 산화물의 평균 입자 크기보다 실질적으로 작았다. 실시예 1의 실험 10의 촉매 상에 침착된 텅스텐 산화물의 더 작은 입자 크기는 텅스텐 산화물이 비교예 2의 촉매 상에 침착된 텅스텐 산화물에 비교하여 촉매 입자의 외부 표면 위로 더 분산되어 있음을 보여준다. 따라서, 본 개시내용의 에어로졸 처리 방법은 촉매적으로 활성인 화합물이 종래의 습식 함침 방법에 비교하여 촉매 지지체의 표면 위에 보다 분산되게 할 수 있다.
본 개시내용의 제1 양태는 촉매를 생산하는 방법에 대한 것일 수 있고, 상기 방법은: 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계; 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 가열하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생산하는 단계; 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계; 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생산하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 제2 양태는 촉매 지지체 입자가 실리카, 알루미나, 또는 실리카-알루미나 중 적어도 하나를 포함하는 제1 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제3 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체가 텅스텐, 백금, 금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 크로뮴, 레늄, 몰리브데늄, 망간, 티타늄, 세륨, 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나를 포함하는 제1 또는 제2 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제4 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체가 텅스텐 금속, 텅스텐 (IV) 산화물, 텅스텐 (VI) 산화물, 암모늄 메타텅스테이트 수화물, 텅스텐산, 또는 나트륨 텅스테이트 중 적어도 하나를 포함하는 제1 내지 제3 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제5 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체가 150℃ 내지 1500℃의 온도에서 증기화하거나 또는 증기로 분해하는 텅스텐-함유 화합물을 포함하는 제1 내지 제3 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제6 양태는 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름이 600℃ 내지 1450℃의 온도에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉되는 제1 내지 제5 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제7 양태는 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 주위 압력에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계 및 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 120℃ 미만의 온도로 냉각시키는 단계를 포함하는 제1 내지 제6 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제8 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기가 촉매 지지체 입자의 표면 상으로 직접적으로 응축하는 제1 내지 제7 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제9 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기가 핵생성하고 응축하여 클러스터, 입자, 또는 둘 모두를 형성하고 상기 클러스터, 입자, 또는 둘 모두는 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착하는 제1 내지 제7 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제10 양태는 촉매가 0.02 wt.% 내지 20 wt.% 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 제1 내지 제9 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제11 양태는 촉매 지지체 입자의 내측에는 촉매적으로 활성인 화합물이 실질적으로 없는 제1 내지 제10 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제12 양태는 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계는: 촉매 지지체 전구체 및 희석제를 포함하는 촉매 지지체 전구체 혼합물을 에어로졸화하는 단계; 및 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 건조하여 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생산하는 단계를 포함하는 제1 내지 제11 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제13 양태는 촉매 지지체 전구체가 실리카, 훈증 실리카, 알루미나, 훈증 알루미나, 또는 알루미나-실리카 중 적어도 하나를 포함하고 희석제는 물, 유기 용매, 또는 이들의 조합을 포함하는 제12 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제14 양태는 촉매 지지체 전구체 혼합물이 촉매 지지체 전구체 혼합물의 총 중량을 기준으로 1 중량 퍼센트(wt.%) 내지 20 wt.% 촉매 지지체 전구체를 포함하는 제12 또는 제13 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제15 양태는 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물이 200℃ 내지 1450℃의 온도에서 건조되는 제12 내지 제14 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제16 양태는 촉매를 생산하는 방법을 포함할 수 있고, 상기 방법은 촉매 지지체 전구체 및 희석제를 포함하는 촉매 지지체 전구체 혼합물을 에어로졸화하여 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 생산하는 단계; 상기 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 제1 가열 구역을 통과시키는 단계; 상기 제1 가열 구역에서 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 건조시켜 복수의 에어로졸화된 촉매 지지체 입자를 형성하는 단계; 복수의 에어로졸화된 촉매 지지체 입자를 제1 가열 구역의 다운스트림인 제2 가열 구역을 통과시키는 단계; 복수의 에어로졸화된 촉매 지지체 입자를 제2 가열 구역에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계; 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생산하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 제17 양태는 촉매 지지체 전구체가 실리카, 훈증 실리카, 알루미나, 훈증 알루미나, 또는 알루미나-실리카 중 적어도 하나를 포함하고 희석제는 물, 유기 용매, 또는 이들의 조합을 포함하는 제16 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제18 양태는 촉매가 0.02 wt.% 내지 20 wt.% 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 제16 또는 제17 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제19 양태는 촉매 지지체 입자의 내측에는 촉매적으로 활성인 화합물이 실질적으로 없는 제16 내지 제18 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제20 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기가 텅스텐 금속, 텅스텐 (IV) 산화물, 텅스텐 (VI) 산화물, 암모늄 메타텅스테이트 수화물, 텅스텐산, 또는 나트륨 텅스테이트 중 적어도 하나를 포함하는 제16 내지 제19 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제21 양태는 제1 가열 구역이 200℃ 내지 1450℃의 온도로 유지되는 제16 내지 제20 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제22 양태는 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름이 600℃ 내지 1450℃의 온도에서 제2 가열 구역에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉되는 제16 내지 제21 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제23 양태는 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 제2 가열 구역의 다운스트림에 20℃ 내지 120℃의 온도로 제어된 속도로 냉각하는 단계를 포함하는 제16 내지 제22 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제24 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 증기화하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 형성하는 단계를 더 포함하는 제16 내지 제23 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제25 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 제2 가열 구역 내 도가니에서 가열하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기로 증기화하는 단계를 포함하는 제24 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제26 양태는 제2 가열 구역에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 온도는 50℃ 내지 2000℃인 제24 또는 제25 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제27 양태는 제3 가열 구역에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 가열하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생산하는 단계 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 제2 가열 구역으로 통과시키는 단계를 포함하는 제24 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제28 양태는 제2 가열 구역이 제2 노를 통해 신장하는 반응 튜브를 포함하고, 본 방법은 추가로 촉매적으로 활성인 화합물 전구체로 제2 노를 통해 신장하는 반응 튜브를 시즈닝하는 단계를 포함하는 제16 내지 제27 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제29 양태는 반응 튜브를 시즈닝하는 단계는: 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 가열하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 형성하는 단계; 및 반응 튜브의 내면 상으로 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 응축시켜 반응 튜브의 내면 상에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 층을 형성하는 단계를 포함하는 제28 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제30 양태는 반응 튜브의 내면으로부터 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 재증기화하기 위해 반응 튜브를 가열하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생산하는 단계; 복수의 촉매 지지체 입자가 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉하는 반응 튜브를 통해 복수의 촉매 지지체 입자를 통과시키는 단계; 및 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 응축시키는 단계를 더 포함하는 제29 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제31 양태는 제16 내지 제 30 양태 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 촉매를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제32 양태는: 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계; 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 가열하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생산하는 단계; 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계; 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생산하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 촉매에 대한 것일 수 있다.
본 개시내용의 제33 양태는 촉매적으로 활성인 화합물이 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상으로 직접적으로 응축된 제32 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제34 양태는 촉매적으로 활성인 화합물이 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 클러스터, 입자, 또는 둘 모두를 포함하는 제32 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제35 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체가 텅스텐, 백금, 금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 크로뮴, 레늄, 몰리브데늄, 망간, 티타늄, 세륨, 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나를 포함하는 제32 내지 제34 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제36 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체가 텅스텐 금속, 텅스텐 (IV) 산화물, 텅스텐 (VI) 산화물, 암모늄 메타텅스테이트 수화물, 텅스텐산, 또는 나트륨 텅스테이트 중 적어도 하나인 제32 내지 제35 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제37 양태는 상기 공정이 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 주위 압력에서 접촉시키는 단계 및 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 120℃ 미만의 온도로 냉각시키는 단계를 포함하는 제32 내지 제36 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제38 양태는 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계는 촉매 지지체 전구체 및 희석제를 포함하는 촉매 지지체 전구체 혼합물을 에어로졸화하는 단계; 및 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 건조하여 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계를 포함하는 제32 내지 제37 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제39 양태는 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름이 600℃ 내지 1450℃의 온도에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉되는 제32 내지 제38 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제40 양태는 촉매의 총 중량을 기준으로 0.02 wt.% 내지 20 wt.% 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 제32 내지 제39 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제41 양태는 촉매 지지체 입자의 내측에는 촉매적으로 활성인 화합물이 실질적으로 없는 제32 내지 제40 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제42 양태는: 실리카, 알루미나, 또는 실리카 및 알루미나를 포함하는 복수의 촉매 지지체 입자; 및 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매로, 상기 복수의 촉매 지지체 입자의 표면은 가스 및 증기에 접근가능하고, 여기서 촉매적으로 활성인 화합물은 텅스텐을 포함하는 촉매에 대한 것이다.
본 개시내용의 제43 양태는 촉매적으로 활성인 화합물이 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 직접적으로 응축된 제42 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제44 양태는 촉매적으로 활성인 화합물이 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 단일 원자, 단일 분자, 클러스터, 입자, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 제42 또는 제43 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제45 양태는 촉매의 총 중량을 기준으로0.02 wt.% 내지 20 wt.% 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 제42 내지 제44 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제46 양태는 촉매 지지체 입자의 내측에는 촉매적으로 활성인 화합물이 실질적으로 없는 제42 내지 제45 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제47 양태는 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물이 2.5 나노미터 미만의 평균 결정성 크기를 가지고, 여기서 평균 결정성 크기는 작은 각도 X-선 산란(SAXS)을 사용하여 결정된 촉매적으로 활성인 화합물의 입자의 평균 반경인 제42 내지 제46 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제48 양태는 촉매가 15도 이상의 2 쎄타 내지 60도 이하의 2 쎄타의 범위 내인 단일 시그너쳐 피크로 구성되는 X-선 회절 패턴을 갖는 제42 내지 제47 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제49 양태는 촉매를 생산하기 위한 시스템에 대한 것일 수 있고, 상기 시스템은: 에어로졸화 유닛; 에어로졸화 유닛의 다운스트림인 제1 가열 구역; 제1 가열 구역의 다운스트림인 제2 가열 구역을 포함하고, 상기 제2 가열 구역은 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 제2 혼합 구역으로 도입하기 위해 구성된 유입구를 포함하고; 여기서 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물은 에어로졸화 유닛에 의해 에어로졸화되도록 구성되고 제1 가열 구역 및 그 다음 제2 가열 구역을 통해 흐른다.
본 개시내용의 제50 양태는 에어로졸화 유닛이 초음파 변환기, 분무식 노즐, 또는 초음파 변환기 및 분무식 노즐을 포함하는 제49 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제51 양태는 에어로졸화 유닛이 초음파 변환기인 제49 내지 제50 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제52 양태는 제2 가열 구역 내에 배치된 도가니를 추가로 포함하고 촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 함유하고 제2 가열 구역에 노출되도록 구성된 제49 내지 제51 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제53 양태는 제1 노 및 제2 노를 추가로 포함하고, 여기서 제1 가열 구역은 제1 노 내에 배치되고 제2 가열 구역은 제2 노 내에 배치되는 제49 내지 제52 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제54 양태는 제1 노를 통해 그리고 제2 노를 통해 에어로졸화 유닛으로부터 확장되는 반응 튜브를 추가로 포함하는 제53 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제55 양태는 제1 가열 구역이 제1 노 내에 배치된 반응 튜브의 제1 부분을 포함하고, 제2 가열 구역이 제2 노 내에 배치된 반응 튜브의 제2 부분을 포함하는 제54 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제56 양태는 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기의 원천이 제1 노, 제2 노, 또는 제1 노와 제2 노 둘 모두 내에 배치된 반응 튜브의 부분의 내면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 층을 포함하는 제54 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제57 양태는 제2 가열 구역이 반응 튜브를 포함하고 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기의 원천이 반응 튜브의 부분의 내면 상에 응축된 촉매적으로 활성인 화합물 전구체의 층을 포함하는 제49 내지 제52 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제58 양태는 제2 가열 구역의 다운스트림인 필터를 추가로 포함하는 제49 내지 제57 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제59 양태는 에어로졸화 유닛이 제1 가열 구역을 통해, 그리고 제2 가열 구역을 통해, 그리고 분리기 안으로 아토마이저로부터의 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물을 이송하기 위해 운반 가스를 공급하기 위한 운반 가스 유입구를 포함하는 제49 내지 제58 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
에어로졸 처리를 통해 촉매적 물질을 제조하는 시스템 및 방법의 다양한 양태가 기재되고, 이러한 양태는 다양한 다른 양태와 함께 이용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 개시내용 전반에 걸쳐 복분해 및 이성질체화 촉매, 복분해 촉매 또는 이성질체화 촉매의 다양한 처리 파라미터 및 특성에 대한 범위가 제공된다. 하나 이상의 명백한 범위가 제공될 때 개별 값 및 그 범위 내에 형성된 하위-범위는 또한 모든 가능한 조합의 명백한 목록을 제공하는 것이 금지되는 것으로 제공되는 것으로 의도된다는 것이 인정될 것이다. 예를 들어, 1 내지 10의 제공된 범위는 또한 1, 2, 3, 4.2 및 6.8과 같은 개별 값뿐만 아니라, 1 내지 8, 2 내지 4, 6 내지 9 및 1.3 내지 5.6과 같은 제공된 한도 내에서 형성될 수 있는 모든 범위를 포함한다.
기재된 구현예들에 대한 다양한 수정 및 변형이 청구된 요지의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백하다 할 것이다. 따라서, 다양한 기재된 구현예의 수정 및 변형이 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내로 된다면 본 명세서는 그러한 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
Claims (19)
- 촉매를 생산하는 방법으로서,
촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계;
촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 가열하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생성하는 단계;
촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계; 및
촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생산하는 단계를 포함하는, 촉매를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 촉매 지지체 입자가 실리카, 알루미나, 또는 실리카-알루미나 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매적으로 활성인 화합물 전구체는 텅스텐, 백금, 금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 크로뮴, 레늄, 몰리브데늄, 망간, 티타늄, 세륨, 또는 이들의 조합물 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매적으로 활성인 화합물 전구체는 150℃ 내지 1500℃의 온도에서 증기화하거나 또는 증기로 분해하는 텅스텐-함유 화합물을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름은 600℃ 내지 1450℃의 온도에서 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉되는, 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 주위 압력에서 접촉시키는 단계 및 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 120℃ 미만의 온도로 냉각시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기는 촉매 지지체 입자의 표면 상에 직접적으로 응축하는, 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기는 핵생성하고 응축하여 클러스터, 입자, 또는 둘 모두를 형성하고 상기 클러스터, 입자, 또는 둘 모두는 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착하는, 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계는,
촉매 지지체 전구체 및 희석제를 포함하는 촉매 지지체 전구체 혼합물을 에어로졸화하는 단계; 및
에어로졸화된 상기 촉매 지지체 전구체 혼합물을 건조하여 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 지지체 전구체 혼합물은 촉매 지지체 전구체 혼합물의 총 중량을 기준으로 1 중량 퍼센트(wt.%) 내지 20 wt.% 촉매 지지체 전구체를 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸화된 촉매 지지체 전구체 혼합물은 200℃ 내지 1450℃의 온도에서 건조되는, 방법.
- 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 생성하는 단계;
촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 가열하여 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 생성하는 단계;
촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 접촉시키는 단계; 및
촉매적으로 활성인 화합물 전구체를 응축시켜 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는 촉매를 생산하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 촉매. - 제12항에 있어서, 상기 공정은 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름을 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기와 주위 압력에서 접촉시키는 단계 및 촉매 지지체 입자의 에어로졸화된 흐름 및 촉매적으로 활성인 화합물 전구체 증기를 120℃ 미만의 온도로 냉각시키는 단계를 포함하는, 촉매.
- 실리카, 알루미나, 또는 실리카 및 알루미나를 포함하는 복수의 촉매 지지체 입자; 및
상기 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물로서, 상기 복수의 촉매 지지체 입자의 표면은 가스 및 증기에 접근가능한, 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하고,
상기 촉매적으로 활성인 화합물은 텅스텐을 포함하고 상기 촉매적으로 활성인 화합물은 가스 및 증기에 접근가능한 촉매 지지체 입자의 표면의 1% 내지 50% 상에 침착되는, 촉매. - 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매적으로 활성인 화합물은 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 직접적으로 응축된, 촉매.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매적으로 활성인 화합물은 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물의 단일 원자, 단일 분자, 클러스터, 입자, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 촉매.
- 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매의 총 중량을 기준으로 0.02 wt.% 내지 20 wt.% 촉매적으로 활성인 화합물을 포함하는, 촉매.
- 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 촉매 지지체 입자의 표면 상에 침착된 촉매적으로 활성인 화합물은 2.5 나노미터 미만의 평균 결정성 크기를 가지고, 상기 평균 결정성 크기는 작은 각도 X-선 산란(SAXS)을 사용하여 결정된 촉매적으로 활성인 화합물의 입자의 평균 반경인, 촉매.
- 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매는 15도 이상의 2 쎄타 내지 60도 이하의 2 쎄타의 범위 내인 단일 시그너쳐 피크로 구성되는 X-선 회절 패턴을 갖는, 촉매.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762546765P | 2017-08-17 | 2017-08-17 | |
| US62/546,765 | 2017-08-17 | ||
| PCT/US2018/046696 WO2019036465A1 (en) | 2017-08-17 | 2018-08-14 | AEROSOL PROCESSING METHOD FOR CONTROLLED COATING OF SURFACE VARIETIES FOR GENERATING CATALYSTS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200039769A true KR20200039769A (ko) | 2020-04-16 |
Family
ID=63638315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020207007593A KR20200039769A (ko) | 2017-08-17 | 2018-08-14 | 촉매를 생성하기 위한 표면 종의 제어된 코팅을 위한 에어로졸 처리 방법 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US10780421B2 (ko) |
| EP (1) | EP3668644A1 (ko) |
| JP (1) | JP2020531255A (ko) |
| KR (1) | KR20200039769A (ko) |
| CN (2) | CN111050910A (ko) |
| SA (1) | SA520411354B1 (ko) |
| SG (1) | SG11202001238YA (ko) |
| WO (1) | WO2019036465A1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10830545B2 (en) | 2016-07-12 | 2020-11-10 | Fractal Heatsink Technologies, LLC | System and method for maintaining efficiency of a heat sink |
| CN112691689B (zh) * | 2020-12-28 | 2022-07-15 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种单原子催化剂的蒸气辐照还原合成方法 |
Family Cites Families (49)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3702886A (en) | 1969-10-10 | 1972-11-14 | Mobil Oil Corp | Crystalline zeolite zsm-5 and method of preparing the same |
| US3865751A (en) | 1970-01-26 | 1975-02-11 | Phillips Petroleum Co | Catalyst for conversion of olefins |
| US3645684A (en) | 1970-07-01 | 1972-02-29 | Cities Service Co | Fractionation of silica aerosols |
| US3928177A (en) | 1972-01-10 | 1975-12-23 | Universal Oil Prod Co | Hydrocarbon conversion with a multimetallic catalytic composite |
| US4507396A (en) | 1983-08-18 | 1985-03-26 | Chevron Research Company | Solid body preparation and formation by agglomeration in an immiscible solvent |
| US4575575A (en) | 1984-04-05 | 1986-03-11 | Phillips Petroleum Company | Catalysts and process for olefin conversion |
| US4684760A (en) | 1986-02-24 | 1987-08-04 | Phillips Petroleum Company | Catalyst compositions useful for olefin isomerization and disproportionation |
| EP0276096A1 (en) | 1987-01-21 | 1988-07-27 | Mobil Oil Corporation | An olefin metathesis process |
| DE3815292A1 (de) | 1988-05-05 | 1989-11-16 | Basf Ag | Verfahren zur herstellung von hydroxybenzaldehyden |
| US5204088A (en) | 1989-04-18 | 1993-04-20 | Globe Technology Corporation | Hydrophobic silica coating |
| US5230789A (en) * | 1991-08-28 | 1993-07-27 | Uop | Hydrocarbon conversion process using an amorphous silica/alumina/phosphate composition |
| JPH05103995A (ja) | 1991-10-17 | 1993-04-27 | Maruzen Petrochem Co Ltd | オレフインの不均化触媒およびその触媒を用いたオレフインの不均化方法 |
| TW256798B (ko) * | 1992-10-05 | 1995-09-11 | Du Pont | |
| US5340560A (en) | 1993-04-30 | 1994-08-23 | General Electric Company | Method for making fumed silica having a reduced aggregate size and product |
| DE19650500A1 (de) * | 1996-12-05 | 1998-06-10 | Degussa | Dotierte, pyrogen hergestellte Oxide |
| US6099719A (en) | 1996-12-17 | 2000-08-08 | Exxon Research And Engineering Company | Hydroconversion process for making lubicating oil basestocks |
| MXPA02006446A (es) | 1999-12-28 | 2002-11-29 | Corning Inc | Composiciones de soporte de catalizador de zeolita/alumina y metodos para elaborarlas. |
| US6586785B2 (en) | 2000-06-29 | 2003-07-01 | California Institute Of Technology | Aerosol silicon nanoparticles for use in semiconductor device fabrication |
| JP3796565B2 (ja) | 2000-08-15 | 2006-07-12 | 信越化学工業株式会社 | 球状シリカ微粒子の製造方法 |
| US7449030B2 (en) | 2001-03-01 | 2008-11-11 | Alcoa World Alumina Llc | Agglomeration of alumina and binder therefor |
| ATE399740T1 (de) * | 2001-03-24 | 2008-07-15 | Evonik Degussa Gmbh | Mit einer hülle umgebene, dotierte oxidpartikeln |
| US20040101454A1 (en) * | 2002-09-05 | 2004-05-27 | Johnson D. Lynn | Supported metallic catalyst and method of making same |
| DE10337198A1 (de) | 2003-08-13 | 2005-03-17 | Degussa Ag | Träger auf Basis von Granulaten, die aus pyrogen hergestelltem Siliciumdioxiden hergestellt sind |
| EP1693107A1 (en) * | 2005-02-11 | 2006-08-23 | Rohm And Haas Company | Method for preparing mixed-metal oxide catalysts and the catalysts produced thereby |
| US20080011876A1 (en) | 2006-07-10 | 2008-01-17 | Ostraat Michele L | Particle generator |
| CN101827804A (zh) * | 2007-10-15 | 2010-09-08 | 巴斯夫欧洲公司 | 异构化烯烃的方法 |
| BRPI0705939A2 (pt) | 2007-10-29 | 2009-06-23 | Petroleo Brasileiro Sa | processo para a produção de catalisadores hìbridos para a sìntese de fischer-tropsch e catalisador hìbrido produzido de acordo com o processo |
| US8246933B2 (en) | 2007-11-30 | 2012-08-21 | Stc.Unm | Aerosol method for nano silver-silica composite anti-microbial agent |
| WO2009081758A1 (ja) | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | 酸化物触媒の製造方法 |
| JP5562240B2 (ja) | 2008-08-06 | 2014-07-30 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | ゼオライト含有触媒及びその製造方法並びにプロピレンの製造方法 |
| US8216961B2 (en) | 2008-08-27 | 2012-07-10 | Korea University Research And Business Foundation | Nanoparticles including metal oxide having catalytic activity |
| CN102143929B (zh) | 2008-09-04 | 2014-12-03 | 鲁姆斯科技公司 | 烯烃异构化和复分解催化剂 |
| US8722557B2 (en) * | 2008-12-30 | 2014-05-13 | Lyondell Chemical Technology, L.P. | Catalyst regeneration |
| CN102361840A (zh) | 2009-04-01 | 2012-02-22 | 三井化学株式会社 | 烯烃的制造方法 |
| US20110077444A1 (en) | 2009-09-29 | 2011-03-31 | Fina Technology, Inc. | Metathesis Catalyst for Olefin Production |
| US8324440B2 (en) * | 2010-02-05 | 2012-12-04 | Uop Llc | Support properties of silica supported catalysts and their use in olefin metathesis |
| US8895795B2 (en) | 2010-02-05 | 2014-11-25 | Uop Llc | Acid washed silica supported catalysts and their use in olefin metathesis |
| US8889752B2 (en) | 2010-06-11 | 2014-11-18 | Fina Technology, Inc. | Foamed articles exhibiting improved thermal properties |
| US8613897B2 (en) | 2010-08-10 | 2013-12-24 | Uop Llc | Densified fumed metal oxides and methods for producing the same |
| FR2969511B1 (fr) | 2010-12-22 | 2012-12-28 | IFP Energies Nouvelles | Materiau spherique comprenant des nanoparticules metalliques piegees dans une matrice oxyde mesostructuree et son utilisation comme catalyseur dans les procedes du raffinage |
| MX352582B (es) | 2012-11-06 | 2017-11-07 | Mexicano Inst Petrol | Composito mesoporoso de mallas moleculares para la hidrodesintegracion de crudos pesados y residuos. |
| KR101373823B1 (ko) | 2013-10-22 | 2014-03-11 | 한국에너지기술연구원 | 선택적 합성오일 생성을 위한 피셔-트롭쉬 반응용 금속 구조체 기반 코발트계 촉매 및 그 제조 방법, 이 금속 구조체 기반 코발트계 촉매를 이용한 선택적 합성 오일 제조 방법 |
| CA2964762A1 (en) | 2014-10-14 | 2016-04-21 | Gevo, Inc. | Methods for conversion of ethanol to functionalized lower hydrocarbons and downstream hydrocarbons |
| US9682367B2 (en) | 2014-10-22 | 2017-06-20 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Monolith structure loaded with metal promoted nanozeolites for enhanced propylene selectivity in methanol conversion |
| CN107107041A (zh) | 2014-10-28 | 2017-08-29 | Smh有限公司 | 混合的金属氧化物‑沸石载体上的复分解催化剂及其使用方法 |
| KR102592369B1 (ko) | 2015-07-02 | 2023-10-25 | 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 | 메조포러스 실리카 폼 복분해 촉매를 사용한 프로필렌의 제조 |
| US10010870B2 (en) | 2015-11-12 | 2018-07-03 | Saudi Arabian Oil Company | Synthesis of catalytic materials for metathesis and isomerization reactions and other catalytic applications via well controlled aerosol processing |
| US9969621B2 (en) | 2016-05-04 | 2018-05-15 | Saudi Arabian Oil Company | Methods for processing fumed metallic oxides |
| US10934231B2 (en) | 2017-01-20 | 2021-03-02 | Saudi Arabian Oil Company | Multiple-stage catalyst systems and processes for propene production |
-
2018
- 2018-08-14 CN CN201880051457.1A patent/CN111050910A/zh active Pending
- 2018-08-14 KR KR1020207007593A patent/KR20200039769A/ko not_active Application Discontinuation
- 2018-08-14 CN CN202010824803.4A patent/CN111790456A/zh active Pending
- 2018-08-14 EP EP18772960.3A patent/EP3668644A1/en not_active Withdrawn
- 2018-08-14 SG SG11202001238YA patent/SG11202001238YA/en unknown
- 2018-08-14 JP JP2020508370A patent/JP2020531255A/ja active Pending
- 2018-08-14 WO PCT/US2018/046696 patent/WO2019036465A1/en unknown
- 2018-08-16 US US15/998,699 patent/US10780421B2/en active Active
-
2020
- 2020-02-17 SA SA520411354A patent/SA520411354B1/ar unknown
- 2020-06-23 US US16/909,083 patent/US11596925B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20190054449A1 (en) | 2019-02-21 |
| SG11202001238YA (en) | 2020-03-30 |
| EP3668644A1 (en) | 2020-06-24 |
| US11596925B2 (en) | 2023-03-07 |
| CN111790456A (zh) | 2020-10-20 |
| CN111050910A (zh) | 2020-04-21 |
| WO2019036465A1 (en) | 2019-02-21 |
| US20200316566A1 (en) | 2020-10-08 |
| JP2020531255A (ja) | 2020-11-05 |
| US10780421B2 (en) | 2020-09-22 |
| SA520411354B1 (ar) | 2023-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11369950B2 (en) | Multi-functional composite catalyst materials and methods of synthesizing the catalyst materials | |
| CN108348895B (zh) | 经由良好控制的气溶胶处理来合成用于复分解和异构化反应以及其它催化应用的催化材料 | |
| WO1998014274A1 (en) | Catalyst and method of preparation | |
| US11596925B2 (en) | Aerosol processing method for controlled coating of surface species to generate catalysts | |
| JP5355910B2 (ja) | シリカ成形体 | |
| Aghamohammadi et al. | Fabrication of attrition-resistant nanostructured catalyst by spray dryer for methanol to light olefins reaction in a fluid bed reactor and coke formation | |
| US11344874B2 (en) | Methods for reacting chemical streams with catalysts comprising silica, alumina, and tungsten | |
| US11185850B2 (en) | Dual functional composite catalyst for olefin metathesis and cracking | |
| CN112221490A (zh) | 载体为含有Mg和/或Ti组分的改性六方介孔材料的异丁烷脱氢催化剂及其制法和应用 | |
| Choi et al. | Catalytic properties of highly ordered crystalline nanoporous tungsten oxide in butanol dehydration | |
| CN111278553A (zh) | 制备喷雾干燥的复分解催化剂的方法及其用途 | |
| Ramli et al. | Effect of vanadium and titanium substitution over an antimony-based mixed oxide catalysts for propane ammoxidation to acrylonitrile | |
| CN112221491A (zh) | 载体为改性球形介孔材料的异丁烷脱氢催化剂及其制法和应用 | |
| CN114072228A (zh) | 催化剂、以及二烯化合物的制造方法 | |
| CN110614109A (zh) | 载体为含有硅胶和球状介孔分子筛的复合材料的异丁烷脱氢催化剂及其制备方法和应用 | |
| JP2004000856A (ja) | 吸着材及びそれを有するキャニスタ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |