KR20220053518A - 스캐폴드의 촉매 코팅 공정 - Google Patents

스캐폴드의 촉매 코팅 공정 Download PDF

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종리 자이
크리스티안 하랄드 호르넝
춘 치안 엔쥐
징동 왕
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커먼웰쓰 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치 오가니제이션
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Abstract

본 개시는 일반적으로 스캐폴드를 코팅하는 공정, 및 특히 촉매적 액체 현탁액을 사용하여 정적 혼합기의 스캐폴드를 코팅하는 공정에 관한 것이다. 본 개시는 또한 일반적으로 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하여 코팅된 스캐폴드의 표면 상에 촉매 반응성 부위를 함유하는 코팅을 제공하는 단계를 포함하는 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정에 관한 것이다.

Description

스캐폴드의 촉매 코팅 공정
본 개시는 일반적으로 스캐폴드를 코팅하는 공정, 및 특히 촉매적 액체 현탁액을 사용하여 정적 혼합기의 스캐폴드를 코팅하는 공정에 관한 것이다.
연속 유동 화학 반응기는 일반적으로 관형, 덕트형, 플레이트형 채널 또는 칩형 채널 반응 챔버를 포함하며, 반응물 유체가 반응 챔버 내로 연속적으로 공급되어 화학 반응을 거쳐 반응 챔버로부터 유출되는 생성물을 연속적으로 형성한다. 반응 챔버는 전형적으로 전기적으로 또는 재순환 가열/냉각재 유체에 의해, 예를 들어 원통다관형(shell-and-tube) 열 교환기 구성에서 가열되어 반응으로의/반응으로부터 열 전달을 용이하게 한다.
촉매 반응에 사용되는 연속 유동 반응기는 전형적으로 충전층(packed bed) 반응 챔버를 이용하며, 이때 반응 챔버는 화학 반응이 일어날 수 있는 촉매 표면을 제공하는 고체 촉매 입자로 충전된다. 정적 혼합기는 충전층 반응 챔버 및 이들 챔버의 다운스트림과 접촉하기 이전에 유체 스트림의 사전-혼합에 사용하여 반응기 튜브의 중앙 및 외부 영역 사이에 열을 전달한다.　정적 혼합기는 충전층 반응 챔버에서 반응 이전에 반응물의 혼합을 촉진하고 이들 챔버의 다운스트림에서 열 전달의 바람직한 패턴을 촉진하기 위해 유체 유동을 방해하는 고체 구조를 포함한다.
화학적 반응물 및/또는 전기화학적 반응물의 보다 효율적인 혼합, 열 전달 및 촉매 반응을 제공할 수 있는 촉매 정적 혼합기 기술의 다양한 바람직한 특성, 예컨대 유연성 및 유용성을 제공할 수 있는, 스캐폴드, 및 특히 정적 혼합기의 스캐폴드를 촉매 코팅하기 위한 대안적인 또는 개선된 공정이 필요하다.
요약
본 발명자들은 대안적인 촉매 증착 방법에 대한 상당한 연구 및 개발을 수행하였으며, 생성된 정적 혼합기가 연속 유동 화학 반응기로 사용될 수 있도록 정적 혼합기 스캐폴드의 표면이 촉매 표면으로 제공될 수 있음을 확인하였다.
일 측면에서, 하기 단계를 포함하는, 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정이 제공된다: (i) 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하여 코팅된 스캐폴드의 표면 상에 촉매 반응성 부위를 함유하는 코팅을 제공하는 단계로서, 상기 촉매적 액체 현탁액은 복수의　현장외(ex-situ)　촉매 입자를　함유하는 액체 담체를 포함하고, 상기 코팅된 스캐폴드는 유동 및 이의 반응 동안 하나 이상의 유체 반응물을 분산 및 혼합하도록 구성된 복수의 통로를 포함하는 비가시선 구성을 갖는 것인, 단계, 및 (ii) 코팅된 스캐폴드를 건조하여 액체 담체를 제거하여　현장외 촉매 입자를 포함하는 코팅된 스캐폴드를 제공하는　단계. 하나의 구현예에서, 상기 스캐폴드는 정적 혼합기일 수 있다. 하나의 구현예에서, 상기 정적 혼합기의 표면은 단계 (i) 전에 지지체 물질 및 선택적으로 결합제로 사전-코팅될 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매적 액체 현탁액은 결합제를 추가로 포함한다. 하나의 구현예에서, 상기 단계 (i)에서 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하는 단계는 워시-코팅 또는 딥-코팅에 의한 것일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 공정은 단계 (i)에서 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하기 이전에 전-처리 단계를 포함하며, 상기 전-처리 단계는 화학 처리, 양극 산화(anodic oxidation), 용융 도금(hot dipping), 진공 증착, 페인팅, 용사(thermal spraying), 및 산 에칭으로부터 선택되는 스캐폴드의 표면에 대한 적어도 하나의 표면 처리 단계일 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 촉매 입자는 촉매 물질 또는 지지체 물질 상에 촉매 물질을 포함하는 촉매 지지된 물질로부터 형성된다. 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 알루미늄, 철, 세륨, 칼슘, 코발트, 구리, 마그네슘, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택될 수 있다.
상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
상기 지지체 물질은 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 산화알루미늄, 이산화규소, 세라믹, 염화마그네슘, 탄산칼슘 또는 산화이칼륨 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 촉매 물질이 지지체 물질로 사용될 때, 촉매 물질 및 지지체 물질은 상이할 것이다.
하나의 구현예에서, 상기 촉매적 액체 현탁액 중 촉매 입자의 농도는 촉매적 액체 현탁액의 총 중량을 기준으로 10 중량% 미만일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 촉매적 액체 현탁액용 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 축합 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리(아크릴산)나트륨염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트린, 규산나트륨, 콜로이드성 실리카, 폴리디메틸 실록산, 베마이트, 콜로이드성 산화알루미늄, 또는 폴리이소부틸렌을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 결합제는 촉매적 액체 현탁액의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량% 내지 약 5 중량%의 농도로 첨가될 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 액체 담체는 물, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸 아세테이트, 아세톤 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 촉매적 액체 현탁액은 약 3 중량% 내지 약 28 중량%의 고체 함량을 가질 수 있다. 상기 코팅의 두께는 약 1 μm 내지 약 50 μm일 수 있다. 상기 촉매의 표면적은 약 1 m2/g 내지 약 1000 m2/g일 수 있다. 상기 코팅의 접착은 초음파처리(sonication) 시험에 의해 측정될 때 약 0.5 중량% 미만의 코팅의 총 질량 손실을 제공할 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 스캐폴드는 금속, 금속 합금, 서멧, 탄소 섬유, 탄화규소 또는 중합체일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 스캐폴드는 금속 스캐폴드일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 스캐폴드의 금속 또는 금속 합금은 티타늄, 알루미늄 또는 스테인리스강이다.
하나의 구현예에서, 상기 스캐폴드의 종횡비(L/d)는 적어도 75일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 현장외 촉매 입자는 약 5 μm 미만일 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 공정은 건조 단계 및/또는 활성화 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 건조 단계는 하기 단계를 포함할 수 있다: (a) 약 4 내지 24시간의 제1 기간 동안 스캐폴드의 코팅된 표면에 약 15℃ 내지 약 30℃ 범위의 제1 온도를 적용하여 촉매적 액체 현탁액으로부터 휘발성 물질의 적어도 일부를 휘발시키는 단계; 및 (b) 약 4 내지 24시간의 제2 기간 동안 제어된 분위기 하에서 약 100℃ 내지 약 180℃ 범위의 제2 온도를 적용하여 건조된 코팅이 스캐폴드의 표면 상에 형성되도록 하는 단계.
다른 측면에서, 본원에 정의된 바와 같은 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정에 의해 제조된 촉매 코팅된 스캐폴드가 제공된다.
다른 측면에서, 스캐폴드 상에 코팅을 포함하는 촉매 코팅된 스캐폴드가 제공되며, 상기 코팅은 복수의 촉매 입자를 포함하고, 상기 코팅된 스캐폴드는 유동 및 이의 반응 동안 하나 이상의 유체 반응물을 분산 및 혼합하도록 구성된 복수의 통로를 포함하는 비가시선 구성을 갖는다. 하나의 구현예에서, 상기 코팅은 지지체 물질 및 선택적으로 결합제를 포함한다.
하나의 구현예에서, 상기 촉매 입자는 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 입자는 알루미늄, 철, 세륨, 칼슘, 코발트, 구리, 마그네슘, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택되는 금속일 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 지지체 물질은 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 산화알루미늄, 이산화규소, 세라믹, 염화마그네슘, 탄산칼슘 또는 산화이칼륨 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 축합 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리(아크릴산)나트륨염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트린, 규산나트륨, 콜로이드성 실리카, 폴리디메틸 실록산, 베마이트, 콜로이드성 산화알루미늄, 또는 폴리이소부틸렌을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 촉매 입자는 5 μm 미만일 수 있다. 상기 코팅의 두께는 약 1 μm 내지 약 50 μm일 수 있다.
하나의 구현예에서, 상기 코팅된 스캐폴드는 코팅된 정적 혼합기 스캐폴드일 수 있다.
다른 측면에서, 하나 이상의 유체 반응물의 반응에 사용하기 위한 연속 유동 화학 반응기가 제공되며, 상기 반응기는 본원에 정의된 바와 같은 공정에 의해 제조된 하나 이상의 촉매 코팅된 스캐폴드 또는 본원에 정의된 바와 같은 촉매 코팅된 스캐폴드를 포함한다. 상기 하나 이상의 유체 반응물은 연속 유체 스트림으로 제공될 수 있다. 상기 연속 유체 스트림은 적어도 하나의 액상에 의해 제공될 수 있다.
다른 측면에서, 본원에 제공된 바와 같은 하나 이상의 화학 반응기를 포함하는 불균일성 반응을 위한 연속 유동 공정이 제공된다.
본 개시의 바람직한 구현예는 이제 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서, 추가로 기술되고 예시될 것이다:
도 1은 옵션 (a) 내지 (d)를 통해 정적 혼합기 스캐폴드를 코팅하는 경로를 보여준다.
본 개시는 화학적 반응물 및/또는 전기화학적 반응물의 보다 효율적인 혼합, 열 전달 및 촉매 반응을 제공할 수 있는 촉매 정적 혼합기 기술의 다양한 바람직한 특성, 예컨대 유연성 및 유용성을 제공할 수 있는 정적 혼합기의 스캐폴드를 코팅하기 위한 대안적인 또는 개선된 공정을 확인하기 위해 수행된 조사와 관련된 하기의 다양한 비제한적 구현예를 기술한다. 적층 제조된 정적 혼합기의 표면에 촉매 물질을 증착시키는 것이 연속 유동 화학 반응기에서 반응물의 효율적인 혼합, 열 전달 및 촉매 반응을 제공할 수 있다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 본 발명에 의해 기술된 촉매 증착 기술은 적용 및 이용된 촉매의 유형에 의존할 수 있음이 인식될 것이다. 본 발명자들은 놀랍게도 본원에 기술된 바와 같은 촉매 물질이 복잡한 3차원 구조, 예컨대 정적 혼합기 스캐폴드를 코팅하기 위한 개선된 촉매 증착 기술을 제공한다는 것을 확인하였다.
현재의 불균일성 촉매 시스템, 예컨대 충전층과 비교하여 본 발명의 정적 혼합기는 다양한 이점을 제공하는 것으로 나타났다.　적층 제조 기술 (즉, 3D 프린팅)은 정적 혼합기의 재설계 및 구성에서 유연성을 발휘하지만, 연속 유동 화학 반응기의 특정 작동 성능 매개변수 하에서 작동하도록, 예컨대 연속 유동 반응기 내부에 바람직한 혼합 및 유동 조건, 및 충전층 시스템과 비교하여 향상된 열 및 질량 전달 특징과 감소된 배압을 제공하도록 촉매 코팅될 수 있는, 견고한 상업적으로 실행 가능한 스캐폴드를 제공함에 있어서 다른 어려움 및 도전과제를 제시한다.
워시-코팅 및 딥-코팅 기술은 놀랍게도 정적 혼합기 스캐폴드를 촉매 코팅하는 데 적합하고, 다양한 촉매 물질과 함께 적용하는 데 적합한 것으로 밝혀졌다.
정적 혼합기는 인라인 연속 유동 반응기 시스템과 함께 사용하기 위한 삽입물을 제공하기 위해 스캐폴드로서 구성할 수 있다.　정적 혼합기는 또한 화학 제조에 상당히 중요한 불균일성 촉매작용을 제공할 수 있으며, 이는 정밀 및 특수 화학물질, 의약품, 식품 및 농약, 소비재, 및 석유화학제품의 생산을 포함하여 광범위하다.
일반 용어
본 명세서 전반에 걸쳐, 달리 구체적으로 명시되지 않거나 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 단일 단계, 물질의 조성, 단계의 그룹 또는 물질의 조성의 그룹은 하나 및 복수 (즉, 하나 이상)의 이들 단계, 물질의 조성, 단계의 그룹 또는 물질의 조성의 그룹을 포괄하는 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 본원에 사용된 단수 형태 "한(a)", "하나(an)" 및 "상기(the)"는 문맥이 명백히 달리 나타내지 않는 한 복수의 측면을 포함한다. 예를 들어, "한"에 대한 언급은 단일 뿐만 아니라 둘 이상을 포함하고; "하나"에 대한 언급은 단일 뿐만 아니라 둘 이상을 포함하며; "상기"에 대한 언급은 단일 뿐만 아니라 둘 이상 등을 포함한다.
당업자는 본원에서의 개시가 구체적으로 기술된 것 이외의 변형 및 수정이 허용될 수 있음을 인식할 것이다. 본 개시는 이러한 모든 변형 및 수정을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시는 또한 개별적으로 또는 집합적으로 본 명세서에서 언급되거나 지시된 모든 단계, 특징, 조성물 및 화합물, 및 임의의 및 모든 조합 또는 임의의 둘 이상의 상기 단계 또는 특징을 포함한다.
본원에 기술된 본 개시의 각각의 예는 구체적으로 달리 명시되지 않는 한, 각각 및 모든 다른 예에 준용하여 적용되어야 한다. 본 개시는 단지 예시의 목적으로 의도되는, 본원에 기술된 특정 예에 의해 범위가 제한되어서는 아니된다. 기능적으로-동등한 생성물, 조성물 및 방법은 명백히 본원에 기술된 바와 같이 본 개시의 범위 내에 있다.
용어 "및/또는", 예를 들어, "X 및/또는 Y"는 "X 및 Y" 또는 "X 또는 Y"를 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 두 의미 모두 또는 어느 하나의 의미에 대한 분명한 지원을 제공하는 것으로 간주되어야 한다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 단어 "포함하다", 또는 "포함한다" 또는 "포함하는"과 같은 변형은 명시된 스캐폴드, 정수 또는 단계, 또는 스캐폴드들, 정수들 또는 단계들의 그룹의 포함을 의미하지만, 임의의 다른 스캐폴드, 정수 또는 단계, 또는 스캐폴드들, 정수들 또는 단계들의 그룹의 제외가 아닌 것으로 이해될 것이다.
다수의 선행기술 간행물이 본원에 언급되어 있지만, 이러한 언급이 임의의 이들 문서가 호주 또는 기타 국가에서 해당 기술분야의 일반적인 일반 지식의 일부를 형성한다는 인정을 구성하지 않는다는 것을 분명히 이해할 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기술된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 물질이 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 물질이 후술된다. 충돌이 있을 경우, 정의를 포함한 본 명세서가 제어할 것이다. 또한, 물질, 방법 및 예는 단지 예시적인 것이며 제한하려는 것이 아니다.
코팅 공정
일 구현예 또는 실시예에서, (i) 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하여 스캐폴드의 표면 상에 촉매 반응성 부위를 함유하는 코팅을 제공하는 단계를 포함하는, 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정이 제공되며, 상기 촉매적 액체 현탁액은 약 5 μm 미만의 복수의　촉매 입자를　함유하는 액체 담체를 포함한다. 하나의 구현예에서, 상기 스캐폴드는 정적 혼합기일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 정적 혼합기의 표면은 단계 (i) 전에 지지체 물질 및 선택적으로 결합제로 사전-코팅될 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매적 액체 현탁액은 결합제를 추가로 포함한다. 하나의 구현예에서, 상기 단계 (i)에서 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하는 단계는 워시-코팅 또는 딥-코팅에 의한 것일 수 있다.
다른 구현예 또는 실시예에서, 정적 혼합기의 스캐폴드를 코팅하는 공정은 (i) 촉매 반응성 부위를 갖는 스캐폴드의 표면을 제공하기 위해 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 촉매적 액체 현탁액은 약 5 μm 미만의 입자 크기를　갖는 촉매 입자 및 액체 담체를 포함하고, 상기 정적 혼합기의 표면은 (a) 정적 혼합기 스캐폴드, (b) 지지체 물질을 포함하는 정적 혼합기 스캐폴드, 또는 (c) 지지체 물질 및 결합제를 포함하는 정적 혼합기 스캐폴드이다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 결합제를 추가로 포함할 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 단계 (i)에서 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하는 단계는 워시-코팅 또는 딥-코팅에 의한 것일 수 있다. 본 발명자들은 놀랍게도 워시-코팅 또는 딥-코팅 증착 기술이 예를 들어, 촉매적 액체 현탁액에서 정적 혼합기를 워시-코팅/딥-코팅함에 의해 정적 혼합기 스캐폴드 상에 촉매 물질의 증착을 위한 효과적이고 확장 가능한 방법과 같은 촉매 정적 혼합기에 대한 이점을 제공함을 보여주었다. 이 기술은 결합 물질의 혼합을 포함하여 더 나은 접착을 용이하게 하거나, 테프론(Teflon)의 추가를 통해 소수성을 증가시켜 활성 상(active phase)으로의 더 작은 확산 거리의 이점을 갖는, 특정 기능을 개선할 수 있다. 표준 촉매 코팅 기술은 전형적으로 먼저 다공성 금속 산화물 층을 형성한 다음 두 번째로 사전-형성된 다공성 층으로 촉매를 함침시키는 2-단계 공정이 수반된다는 것이 인식될 것이다.　기타 코팅 기술, 예컨대 전착 및 냉각 스프레이 기술은 코팅될 금속의 유형 및 코팅될 금속의 크기에 따라 제한된다.　다른 제한사항은 코팅 기술에 제약을 가하는 가시선 구성을 포함한다.　예를 들어, 가시선 코팅 기술은 일반적으로 스캐폴드 표면의 노출된 영역, 즉 휘어진 플레이트 구성의 적용범위(coverage)를 허용한다. 다양한 스캐폴드 상에 코팅을 증착하는 여러 방법이 보고되었다.　냉각 스프레이 기술이 자주 사용되지만 스캐폴드의 노출된 표면만 코팅될 수 있고, 따라서 비피복된 채로 일부 영역이 남아있어, 코팅의 적용범위가 불완전하고 불균일하다.
본원에 기술된 바와 같이, 워시-코팅 또는 딥-코팅 증착 기술이 훨씬 복잡한 스캐폴드 구성의 보다 완전한 적용범위를 제공한다는 것을 본 발명자들이 보여주었음을 인식할 것이다.　다시 말해서, 워시-코팅 또는 딥-코팅 증착 기술은 스캐폴드 표면의 보다 완전한 적용범위를 제공할 수 있는 비가시선 코팅 기술이다.　예를 들어, 음영처리된 영역이 있는 복잡한 기하학적 구조를 포함하는 스캐폴드는 비가시선 구성 또는 비가시선 스캐폴드로 지칭될 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 공정은 단계 (i)에서 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하기 이전에 전-처리 단계를 포함할 수 있으며, 상기 전-처리 단계는 화학 처리, 양극 산화, 용융 도금, 진공 증착, 페인팅, 용사, 및 산 에칭으로부터 선택되는 적어도 하나의 표면 처리 단계일 수 있다.
하나의 실시예에서, 화학 처리는 화학 반응을 통해 황화물 및 산화물의 박막을 생성하는 공정이 수반될 수 있다.　전형적인 용도는 페인팅되는 표면의 금속 착색, 부식 방지, 및 프라이밍을 위한 것이다. 흑색 산화물은 강철 부품에 대한 매우 일반적인 표면 처리이며, "부동화(passivation)"는 스테인리스강 부품의 표면으로부터 유리 철(free iron)을 제거하는 데 사용된다.
다른 실시예에서, 양극 산화는 전형적으로 경금속, 예컨대 알루미늄 및 티타늄에 대해 사용될 수 있다.　이러한 산화막은 전기분해에 의해 형성되며, 이들이 다공성이므로 개선된 미관을 위해 염색제 및 착색제가 자주 지정된다.　양극 산화는 알루미늄 부품 상의 부식을 방지하는 매우 일반적인 표면 처리이다.　내마모성이 또한 바람직한 경우, 엔지니어는 부품 표면 상에 비교적 두껍고 매우 단단한 세라믹 코팅을 형성하는 이 방법의 버전을 지정할 수 있다.
다른 실시예에서, 용융 도금은 용해된 주석, 납, 아연, 알루미늄, 또는 땜납에 스캐폴드를 딥핑하여 표면 금속 필름이 형성되도록 할 수 있다. 용융 아연도금은 용융된 아연을 함유하는 용기에 강철을 딥핑하는 공정으로, 전형적으로 극심한 환경에서 내식성을 위해 사용되며, 도로 상의 가드레일은 이러한 표면 처리로 일반적으로 처리된다.
다른 실시예에서, 진공 증착이 사용될 수 있다.　진공 증기 증착, 박막증착(sputtering), 이온 도금, 이온 질화, 및 이온 주입은 도금 공정의 일부로 고진공을 사용하는 전형적인 금속 표면 마감 공정이다.　이온화된 금속, 산화물, 및 질화물은 제어된 환경에서 생성된다.　부품이 진공 챔버로 옮겨지고 금속이 기질(substrate) 상에 매우 정확하게 증착된다.　질화 티타늄은 고강 및 금속 탄화물 절삭 공구의 수명을 연장하는 표면 처리이다.
다른 실시예에서, 페인팅은 일반적으로 스캐폴드의 외관 및 내식성을 향상시키기 위해 엔지니어에 의해 지정된다.　스프레이 페인팅, 정전 페인팅, 딥핑, 브러싱, 및 분말 코트 페인팅 방법은 구성요소 표면에 페인트를 적용하는 데 사용되는 가장 일반적인 기술 중 일부이다. 광범위한 물리적 환경에서 금속 부품을 보호하기 위한 많은 유형의 페인트 제형이 있다.　자동차 산업은 수천 개의 로봇 팔을 활용하여 자동차 및 트럭을 페인팅하는 공정을 자동화하였으며, 매우 일관된 결과를 생성하였다.
다른 실시예에서, 용사는 가속된 다음 충돌하여 대상 표면에 기계적으로 결합되는, 용융된 또는 가열된 물질을 수반하는 표면 처리의 유형이다. 와이어 또는 분말 공급원료, 통상적으로 금속 또는 세라믹을 화염, 전기 아크, 또는 플라즈마 스트림에 주입하여 용융시킨다.　엔지니어는 마찰이 추가되는 것이 바람직한 특징인 경우 때때로 이 공정을 지정한다.　이 기술은 또한 고온에 대한 보호, 예컨대 배기열 관리를 위한 열 차단 코팅을 위해 더 큰 구조적 물체에도 일반적으로 사용된다.
다른 실시예에서, 산 에칭은 부식성 화학물질, 통상적으로 산에 의해 단단한 표면, 예컨대 금속 또는 유리의 절단을 수반한다.　표면을 거칠게 하고 레진 전색제(resin sealant)의 유지력을 증가시키며, 기계적 유지력을 향상시키기 위해 산을 이용하여 치아 법랑질을 산 에칭하는 것이 전형적인 용도이다.
금속 부품의 특징을 개선하거나 개질하도록 엔지니어링된, 가장 일반적인 공정의 다른 많은 독점적 표면 처리 및 변형이 있음을 인식할 것이다.
일 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 입자는 촉매 물질 또는 지지체 물질 상에 촉매 물질을 포함하는 촉매 지지된 물질로부터 형성된다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 입자는 0.1 nm 내지 10 mm, 1 nm 내지 5 mm, 100 nm 내지 1 mm, 1 μm 내지 200 μm, 0.25 μm 내지 50 μm, 또는 0.5 μm 내지 5 μm의 범위일 수 있다. 상기 촉매 입자는 5 mm, 1 mm, 100 μm , 10 μm, 5 μm, 1 μm, 500 nm, 250 nm, 100 nm, 또는 50 nm 미만일 수 있다. 상기 촉매 입자는 적어도 0.1 nm, 1 nm, 10 nm, 100 nm, 250 nm, 1 μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, 25 μm, 또는 50 μm일 수 있다. 상기 촉매 입자는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다. 상기 촉매 입자의 크기는 필요한 경우 건식 또는 습식 밀링에 의해 제어된다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 상기 촉매 입자는 5 μm 미만이다. 또한, 상기 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질로부터 형성된 촉매 입자는 필요한 경우 건식 또는 습식 밀링에 의해 제어된다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 상기 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질은 5 μm 미만이다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 입자는 구형, 펠릿형, 원통형, 삼엽형, 벌집형, 플레이트형, 및 사엽형의 형태일 수 있다.
다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 입자는 현장외 촉매 입자일 수 있다. 예를 들어, 현장외 촉매는 촉매 입자가 스캐폴드의 표면에 증착되기 이전에 이들의 최종 형태가 되도록 제조된 촉매를 포함할 수 있다. 촉매 액체 중의 촉매 입자는 임의의 활성화 반응, 예컨대 하소(calcination)와 관계없이 이들이 적어도 일부 촉매 활성을 갖는 경우　현장외로 간주될 수 있다.　현장외 촉매는 정위치(in-situ) 촉매와 상이할 수 있음이 인식될 것이다. 정위치　촉매는 예를 들어, 활성화, 예컨대 하소를 통해 이의 최종 형태에서 활성 촉매를 생성하도록 추가의 처리 단계를 필요로 하는, 스캐폴드의 표면에 적용되는 촉매 전구체일 수 있다.
다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물 또는 제올라이트일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 금속은 알루미늄, 철, 칼슘, 마그네슘, 세륨, 코발트, 구리, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택된다.
다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 지지체 물질은 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 산화알루미늄, 이산화규소, 세라믹, 염화마그네슘, 탄산칼슘 또는 산화이칼륨 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 지지체 물질은 산화알루미늄, 활성탄, 실리카, 제올라이트, 또는 탄산칼슘일 수 있다.
다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 제올라이트, 활성탄, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 산화알루미늄 상의 루테늄일 수 있다.
상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질을 포함할 수 있다. 상기 촉매 입자는 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질로부터 형성될 수 있다. 상기 촉매 지지된 물질은 지지체 물질과 함께 존재하는 촉매 물질을 제공한다. 예를 들어, 촉매 지지된 물질은 지지체 물질 입자와 함께 또는 지지체 물질 입자 상에 존재하는 촉매 물질 입자를 함유하는 촉매 입자를 포함할 수 있다. 촉매 물질이 지지체 물질로 사용될 때, 촉매 물질 및 지지체 물질이 상이할 수 있음이 인식될 것이다. 일 실시예에서, 상기 지지체 물질은 예컨대 지지체 물질 입자가 지지체 물질 입자의 표면 상에 존재하는 촉매 물질 입자보다 크기가 실질적으로 더 큰 경우, 촉매 입자의 주요 성분으로 제공될 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매적 액체 현탁액 중 촉매 물질의 농도는 20 중량%, 15 중량%, 10 중량%, 8 중량%, 6 중량%, 5 중량%, 4 중량%, 3 중량% 또는 2 중량% 미만일 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액 중 촉매 물질의 농도는 적어도 1 중량%, 2 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 8 중량%, 10 중량%, 또는 15 중량%일 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액 중 촉매 물질의 농도는 1 내지 20 중량%, 2 내지 15 중량%, 3 내지 10 중량%, 4 내지 8 중량% 또는 5 내지 6 중량%의 범위일 수 있다. 상기 촉매 물질의 농도는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
코팅 또는 촉매 물질의 중량%는 촉매 정적 혼합기의 총 중량을 기준으로, 1 내지 40%, 2 내지 35%, 5 내지 30%, 10 내지 25%, 또는 15 내지 20%의 범위일 수 있다. 촉매 물질을 포함하는 코팅의 중량%는 촉매 정적 혼합기의 총 중량을 기준으로, 적어도 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 35%, 30%, 35%, 또는 40%일 수 있다. 촉매 물질을 포함하는 코팅의 중량%는 촉매 정적 혼합기의 총 중량을 기준으로, 50%, 40%, 30%, 20%, 15%, 10%, 5%, 또는 3% 미만일 수 있다. 촉매 물질을 포함하는 코팅의 중량%는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 축합 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리(아크릴산)나트륨염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트린, 규산나트륨, 콜로이드성 실리카, 폴리디메틸 실록산, 베마이트, 콜로이드성 산화알루미늄 또는 폴리이소부틸렌을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 수크로스, 덱스트린, 또는 전분일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌 글리콜, 규산나트륨 또는 콜로이드성 실리카일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트 또는 콜로이드성 실리카일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리디메틸 실록산일 수 있다. 상기 결합제는 베마이트 또는 콜로이드성 산화알루미늄일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 결합제는 약 0.3 중량% 내지 약 5 중량%의 농도로 첨가될 수 있다.　촉매적 액체 현탁액 중 결합제의 농도는 0.1 중량% 내지 10 중량%, 0.2 중량% 내지 8 중량%, 0.3 중량% 내지 6 중량%, 0.4 중량% 내지 5 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%의 범위일 수 있다. 촉매적 액체 현탁액 중 결합제의 농도는 약 10 중량%, 8 중량%, 6 중량%, 4 중량%, 3 중량%, 2 중량%, 1 중량%, 0.9 중량%, 0.8 중량%, 0.6 중량%, 0.4 중량%, 0.2 중량% 또는 0.1 중량% 미만일 수 있다. 촉매적 액체 현탁액 중 결합제의 농도는 적어도 약 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.5 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 3 중량%, 3.5 중량%, 4 중량%, 4.5 중량% 또는 5 중량%일 수 있다. 촉매적 액체 현탁액 중 결합제의 농도는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 액체 담체는 물, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸 아세테이트, 아세톤 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 용매는 물 또는 에탄올로부터 선택될 수 있다. 용매는 물일 수 있다. 용매는 에탄올일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 액체 현탁액은 약 3 중량% 내지 약 28 중량%의 고체 함량을 가질 수 있다. 상기 고체 함량은 28 중량%, 27 중량%, 25 중량%, 23 중량%, 21 중량%, 19 중량%, 17 중량%, 15 중량%, 13 중량%, 11 중량% 9 중량%, 7 중량%, 5 중량%, 또는 3 중량% 미만일 수 있다. 상기 고체 함량은 적어도 4 중량%, 6 중량%, 8 중량%, 10 중량%, 12 중량%, 14 중량%, 16 중량%, 18 중량%, 20 중량%, 22 중량%, 24 중량%, 또는 26 중량%일 수 있다. 상기 고체 함량은 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 코팅의 두께는 약 1 μm 내지 약 50 μm이다. 상기 코팅의 두께는 1 내지 40%, 2 내지 35%, 5 내지 30%, 10 내지 25 %, 또는 15 내지 20%의 범위일 수 있다. 상기 코팅의 두께는 적어도 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 35%, 30%, 35%, 또는 40%일 수 있다. 상기 코팅의 두께는 50%, 40%, 30%, 20%, 15%, 10%, 5%, 또는 3% 미만일 수 있다. 상기 코팅의 두께는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매의 표면적은 약 1 m2/g 내지 약 1000 m2/g이다. 상기 촉매의 표면적은 적어도 1, 5, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 m2/g일 수 있다. 상기 촉매의 표면적은 약 5 내지 200 m2/g, 100 내지 250 m2/g, 150 내지 1000 m2/g, 또는 200 내지 800 m2/g의 범위일 수 있다. 상기 촉매의 표면적은 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
코팅의 총 질량 손실은 코팅의 접착 완전성과 관련될 수 있음을 인식할 것이다.　코팅의 접착성은 초음파처리 시험으로부터의 질량 손실을 통해 결정될 수 있음을 인식할 것이다.　본 발명자들은 놀랍게도 본원에 기술된 바와 같은 정적 혼합기의 스캐폴드를 코팅하는 공정이 유리하게 코팅 접착성을 향상시키거나 개선된 촉매 정적 혼합기 스캐폴드를 제공함을 발견하였다.　하나의 구현예 또는 실시예에서, 코팅의 총 질량 손실은 약 5 중량% 미만일 수 있다.　상기 코팅의 총 질량 손실은 약 5 중량%, 4 중량%, 3 중량%, 2 중량%, 1 중량%, 0.8 중량%, 0.6 중량%, 0.4 중량%, 0.2 중량% 또는 0.1 중량% 미만일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 코팅의 총 질량 손실은 약 0.5 중량% 미만일 수 있다.　상기 코팅의 총 질량 손실은 약 1 중량%, 0.8 중량%, 0.6 중량%, 0.4 중량%, 0.2 중량% 또는 0.1 중량% 미만일 수 있다. 접착은 코팅이 기질을 보호하거나 장식하는 이의 기능을 이행할 수 있도록 허용하기 때문에, 코팅의 중요한 품질임을 인식할 것이다. 다양한 접착 시험 방법을 적용하여 규정된 조건 하에서, 코팅 및 스캐폴드 사이의 결합을 파열시키는 데 필요한 힘으로 스캐폴드 상에 코팅의 접착 강도를 결정할　수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 두 가지 다른 시험 방법은 ASTM D3359-17 또는 ASTM D6677에 의해 다루어진다.　본 발명자들은 놀랍게도 본원에 기술된 바와 같은 공정에 의해 제조된 향상되거나 개선된 코팅 접착성이 촉매 활성 정적 혼합기 스캐폴드 상에 활성 촉매 금속을 유리하게 제공하고, 이는 활성 촉매 금속의 변성을 무시해도 될 정도로 장기간 동안 연속적으로 사용될 수 있음을 발견하였다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 표준 작동 조건 하에서 활성 촉매 금속의 총 침출률(leaching rate)은 반응기 유출물에서 350 십억분율(parts-per-billion, ppb) 미만의 오염일 수 있다.　총 침출률은 약 (ppb) 400, 350, 300, 250, 200, 150, 100, 70, 40, 10, 5, 1 또는 0.5 미만일 수 있다.
상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 입자 및 결합제를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질, 지지체 물질, 결합제, 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질, 결합제, 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질, 결합제, 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질, 결합제, 지지체 물질 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질, 지지체 물질, 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다.
옵션 (a)
하나의 구현예 또는 실시예에서, (i) 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하여 스캐폴드의 표면 상에 촉매 반응성 부위를 함유하는 코팅을 제공하는 단계를 포함하는, 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정이 제공되며, 상기 촉매적 액체 현탁액은 약 5 μm 미만의 복수의　촉매 입자를　함유하는 액체 담체를 포함한다. 예를 들어, 상기 스캐폴드의 표면은 정적 혼합기이다. 약 5 μm 미만의 복수의 촉매 입자를 함유하는 액체 담체를 포함하는 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질 및 촉매 지지된 물질을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질 및 촉매 지지된 물질을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다.
다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물 또는 제올라이트일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 금속은 알루미늄, 철, 칼슘, 마그네슘, 세륨, 코발트, 구리, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택된다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 제올라이트, 활성탄, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 산화알루미늄 상의 루테늄일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질은 활성탄, 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 메조다공성 탄소, 제올라이트, 또는 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소일 수 있다. 상기 촉매 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 산화알루미늄 상의 은, 산화알루미늄 상의 철일 수 있다. 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄 또는 산화알루미늄 상의 팔라듐일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 액체 담체는 에탄올 또는 물일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄일 수 있고, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 팔라듐일 수 있고, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 은일 수 있고, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 철일 수 있고, 액체 담체는 물일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄일 수 있고, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 팔라듐일 수 있고, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 은일 수 있고, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 철일 수 있고, 액체 담체는 에탄올일 수 있다.
옵션 (b)
하나의 구현예 또는 실시예에서, (i) 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하여 스캐폴드의 표면 상에 촉매 반응성 부위를 함유하는 코팅을 제공하는 단계를 포함하는, 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정이 제공되며, 상기 촉매적 액체 현탁액은 약 5 μm 미만의 복수의　촉매 입자를　함유하는 액체 담체를 포함한다. 예를 들어, 상기 스캐폴드의 표면은 지지체 물질을 포함하는 정적 혼합기이다.
약 5 μm 미만의 복수의 촉매 입자를 함유하는 액체 담체를 포함하는 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질 및 지지체 물질을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질 및 지지체 물질을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질, 지지체 물질 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질, 지지체 물질, 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다.
다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물 또는 제올라이트일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 금속은 알루미늄, 철, 칼슘, 마그네슘, 세륨, 코발트, 구리, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택된다. 예를 들어, 상기 금속 산화물은 산화철, 산화세륨, 산화망간, 산화바나듐, 또는 산화코발트일 수 있다. 다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 제올라이트, 활성탄, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 산화알루미늄 상의 루테늄일 수 있다.　상기 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 제올라이트, 메조다공성 탄소, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 산화알루미늄 상의 루테늄일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐 또는 제올라이트일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 지지체 물질은 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 산화알루미늄, 이산화규소, 세라믹, 염화마그네슘, 탄산칼슘 또는 산화이칼륨 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 지지체 물질은 산화알루미늄, 활성탄, 실리카, 제올라이트, 또는 탄산칼슘일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 액체 담체는 에탄올 또는 물일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화철, 산화세륨, 산화망간, 산화바나듐, 또는 산화코발트로부터 선택될 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 물 또는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화철일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화철일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화세륨일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화세륨일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화망간일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화망간일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화바나듐일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화바나듐일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화코발트일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화코발트일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다.
옵션 (c)
하나의 구현예 또는 실시예에서, (i) 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하여 스캐폴드의 표면 상에 촉매 반응성 부위를 함유하는 코팅을 제공하는 단계를 포함하는, 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정이 제공되며, 상기 촉매적 액체 현탁액은 약 5 μm 미만의 복수의　촉매 입자를　함유하는 액체 담체를 포함한다. 예를 들어, 상기 스캐폴드의 표면은 지지체 물질 및 결합제를 포함하는 정적 혼합기이다.
약 5 μm 미만의 복수의 촉매 입자를 함유하는 액체 담체를 포함하는 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질, 지지체 물질, 결합제, 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질, 지지체 물질, 결합제, 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다.
다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물 또는 제올라이트일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 금속은 알루미늄, 철, 칼슘, 마그네슘, 세륨, 코발트, 구리, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택된다. 다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 제올라이트, 활성탄, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 산화알루미늄 상의 루테늄일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질은 제올라이트 또는 활성탄일 수 있다. 다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 제올라이트일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 지지체 물질은 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 산화알루미늄, 이산화규소, 세라믹, 염화마그네슘, 탄산칼슘 또는 산화이칼륨 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 지지체 물질은 산화알루미늄, 활성탄, 실리카, 제올라이트, 또는 탄산칼슘일 수 있다. 상기 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 축합 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리(아크릴산)나트륨염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트린, 규산나트륨, 콜로이드성 실리카, 폴리디메틸 실록산, 베마이트, 콜로이드성 산화알루미늄, 또는 폴리이소부틸렌을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 수크로스, 덱스트린, 또는 전분일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌 글리콜, 규산나트륨 또는 콜로이드성 실리카일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트 또는 콜로이드성 실리카일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리디메틸 실록산일 수 있다. 상기 결합제는 베마이트 또는 콜로이드성 산화알루미늄일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스 또는 콜로이드성 실리카일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 액체 담체는 에탄올 또는 물일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있고, 액체 담체는 물일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있고, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있고, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있고, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있고, 액체 담체는 물일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 물질은 활성탄일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있고, 액체 담체는 물일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 물질은 활성탄일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있고, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 물질은 활성탄일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있고, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 물질은 활성탄일 수 있고, 지지체 물질은 산화알루미늄일 수 있으며, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있고, 액체 담체는 물일 수 있다.
옵션 (d)
하나의 구현예 또는 실시예에서, (i) 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하여 스캐폴드의 표면 상에 촉매 반응성 부위를 함유하는 코팅을 제공하는 단계를 포함하는, 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정이 제공되며, 상기 촉매적 액체 현탁액은 약 5 μm 미만의 복수의　촉매 입자를　함유하는 액체 담체를 포함한다. 예를 들어, 상기 스캐폴드의 표면은 촉매적 액체 현탁액이 약 5 μm 미만의 복수의 촉매 입자 및 결합제를 함유하는 액체 담체를 포함하는 정적 혼합기이다.
약 5 μm 미만의 복수의 촉매 입자를 함유하는 액체 담체를 포함하는 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 물질, 결합제, 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 상기 촉매적 액체 현탁액은 촉매 지지된 물질, 결합제, 및 액체 담체를 포함하거나 이로 구성될 수 있다.
다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물 또는 제올라이트일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 금속은 알루미늄, 철, 칼슘, 마그네슘, 세륨, 코발트, 구리, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택될 수 있다. 다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 제올라이트, 활성탄, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 산화알루미늄 상의 루테늄일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 축합 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리(아크릴산)나트륨염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트린, 규산나트륨, 콜로이드성 실리카, 폴리디메틸 실록산, 베마이트, 콜로이드성 산화알루미늄 또는 폴리이소부틸렌을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 수크로스, 덱스트린, 또는 전분일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌 글리콜, 규산나트륨 또는 콜로이드성 실리카일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트 또는 콜로이드성 실리카일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리디메틸 실록산일 수 있다. 상기 결합제는 베마이트 또는 콜로이드성 산화알루미늄일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있다. 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 콜로이드성 실리카, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(아크릴산)나트륨염, 또는 폴리비닐 아세테이트일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 액체 담체는 에탄올 또는 물일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 메조다공성 탄소, 또는 제올라이트일 수 있고, 결합제는 히드록시프로필 실리카 또는 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올 또는 물일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 알루미늄 상의 루테늄일 수 있고, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐일 수 있고, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 규산 티타늄 상의 팔라듐일 수 있고, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 규산 티타늄 상의 팔라듐일 수 있고, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소일 수 있고, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 메조다공성 탄소일 수 있고, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 결합제 물질은 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 결합제는 산화규소일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 결합제 물질은 히드록시프로필 셀룰로오스 및 산화규소일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 알루미늄 상의 루테늄일 수 있고, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐일 수 있고, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 규산 티타늄 상의 팔라듐일 수 있고, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 규산 티타늄 상의 팔라듐일 수 있고, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소일 수 있고, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 메조다공성 탄소일 수 있고, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 결합제 물질은 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 결합제는 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 제올라이트일 수 있고, 결합제 물질은 콜로이드성 실리카일 수 있으며, 액체 담체는 물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화칼슘일 수 있고, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 촉매 물질은 산화마그네슘일 수 있고, 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스일 수 있으며, 액체 담체는 에탄올일 수 있다.
스캐폴드
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 스캐폴드는 임의의 장치 또는 기구에 적용될 수 있다. 다른 구현예 또는 실시예에서, 상기 스캐폴드는 복잡한 3D 구조일 수 있다. 상기 복잡한 3D 구조는 다공성일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 스캐폴드는 연속 유동 공정에 적합할 수 있다. 본원에 기술된 상기 공정은 연속 유동 반응기의 내부 표면을 코팅하는데 적합할 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 스캐폴드는 회전 혼합기, 연속 파이프, 미세혼합기, 정적 혼합기, 일체형 다공성 삽입물, 금속 발포체, 공극 예컨대 벌집형(honeycomb), 금속 메쉬/플레이트, 템플릿 구조(templated structure), 또는 충전층 시스템이 있는 구조화된 금속 또는 세라믹 물질일 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 스캐폴드는 정적 혼합기일 수 있다.
상기 정적 혼합기의 스캐폴드는 금속, 금속 합금, 서멧, 탄화규소, 유리, 세라믹, 광물 (예를 들어, 인산칼슘), 또는 중합체 중 적어도 하나를 포함하거나 적어도 하나로 구성될 수 있다. 상기 스캐폴드는 예를 들어, 금속 또는 금속 합금으로 형성된 금속 스캐폴드일 수 있다. 상기 금속 스캐폴드는 적층 제조 (즉, 3D 프린팅)에 적합한 재료로 제조될 수 있다. 상기 금속 스캐폴드는 촉매 반응성을 제공하거나 향상시키기 위한 추가의 표면 개질에 적합한 물질, 예를 들어 니켈, 티타늄, 팔라듐, 백금, 금, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함하는 금속 및 금속 합금 예컨대 스테인레스강을 포함하는 기타 물질로 제조될 수 있다. 일 구현예에서, 스캐폴드용 금속은 티타늄, 스테인리스강, 코발트 및 크로뮴의 합금을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 다른 구현예에서, 스캐폴드용 금속은 티타늄, 알루미늄 또는 스테인리스강을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 다른 구현예에서, 스캐폴드용 금속은 스테인리스강 및 코발트 크로뮴 합금을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 적층 제조 기술, 즉 3D 금속 프린팅을 사용하여, 금속 스캐폴드는 하기 두 가지 주요 작업을 수행하도록 구체적으로 설계될 수 있다: a) 촉매층 또는 촉매층에 대한 기질로서 작용하고, b) 화학 반응 동안 최적의 혼합 성능을 위한 유동 가이드로서 작용하며, 이후에 반응기 내부의 반응기 튜브의 벽 (단일상 액체 스트림 또는 다중상 스트림)으로 발열성 열의 전달을 보조한다. 대안적으로, 스캐폴드는 탄소 섬유로 만들 수 있다. 대안적으로, 스캐폴드는 유리로 만들 수 있다. 대안적으로, 스캐폴드는 세라믹으로 만들 수 있다. 대안적으로, 스캐폴드는 광물 (예를 들어, 인산칼슘 예컨대 수산화인회석)로 만들 수 있다. 대안적으로, 스캐폴드는 중합체로 만들 수 있다. 상기 중합체는 열경화성 또는 열가소성일 수 있다.　사용될 수 있는 중합체의 예는 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐클로라이드, 또는 공중합체 또는 이들의 임의의 조합을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질은 촉매 그 자체 또는 촉매를 포함하는 물질 또는 조성물을 지칭할 수 있다.　촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질은 스캐폴드에 대한 촉매의 코팅을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 첨가제, 예컨대 결합제와 함께 조성물에 제공될 수 있다.　촉매 또는 이의 코팅은 스캐폴드 상에 부분 코팅 또는 완전한 층으로 제공될 수 있다. 스캐폴드 상의 촉매 코팅 또는 층은 하나 이상의 층으로 제공될 수 있다.　촉매는 워시-코팅 또는 딥-코팅에 의해 스캐폴드 상에 증착될 수 있다.　하나의 구현예 또는 실시예에서, 촉매의 코팅 또는 층은 복수의 촉매 층일 수 있다. 예를 들어, 촉매의 코팅 또는 층은 하나 이상의 층일 수 있다. 촉매의 코팅 또는 층은 2 내지 10개의 층일 수 있다.　촉매의 코팅 또는 층은 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8개의 층일 수 있다. 촉매의 코팅 또는 층은 8, 7, 6, 5, 4, 3, 또는 2개 미만의 층일 수 있다.　상기 촉매의 코팅 또는 층은 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 로딩은 20 중량%, 18 중량%, 16 중량%, 14 중량%, 12 중량%, 10 중량%, 8 중량%, 6 중량%, 4 중량%, 또는 2 중량% 미만일 수 있다. 상기 촉매 로딩은 적어도 1 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 7 중량%, 9 중량%, 11 중량%, 13 중량%, 15 중량%, 17 중량% 또는 19 중량%일 수 있다. 상기 촉매 로딩은 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 스캐폴드는 촉매 물질을 포함하는 코팅을 포함하는 금속 스캐폴드일 수 있다.　촉매 물질을 포함하는 코팅을 포함하는 금속 스캐폴드는 촉매 코팅된 스캐폴드로 지칭될 수 있음이 인식될 것이다.　다른 구현예에서, 상기 금속 스캐폴드는 티타늄, 니켈, 알루미늄, 스테인리스강, 코발트, 크로뮴, 이들의 임의의 합금, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 다른 구현예에서, 상기 금속 스캐폴드는 스테인리스강 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함한다.　다른 구현예에서, 상기 금속 스캐폴드는 티타늄, 또는 티타늄 합금을 포함한다.　상기 금속 스캐폴드가 스테인리스강 또는 코발트 크로뮴 합금을 포함하거나 이로 구성되는 경우 추가의 이점이 제공될 수 있다.
코팅 또는 촉매 물질의 중량%는 촉매 정적 혼합기의 총 중량을 기준으로, 1 내지 40%, 2 내지 35%, 5 내지 30%, 10 내지 25%, 또는 15 내지 20%의 범위일 수 있다. 촉매 물질을 포함하는 코팅의 중량%는 촉매 정적 혼합기의 총 중량을 기준으로, 적어도 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 35%, 30%, 35%, 또는 40%일 수 있다. 촉매 물질을 포함하는 코팅의 중량%는 촉매 정적 혼합기의 총 중량을 기준으로, 50%, 40%, 30%, 20%, 15%, 10%, 5%, 또는 3% 미만일 수 있다. 코팅 또는 촉매 물질의 중량%는 촉매 정적 혼합기의 총 중량을 기준으로, 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 스캐폴드 상에 코팅을 포함하는 촉매 코팅된 스캐폴드는 복수의 촉매 입자를 포함하는 코팅을 포함할 수 있다. 하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 코팅은 지지체 물질 및 선택적으로 결합제를 포함한다. 상기 촉매 입자는 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 입자는 알루미늄, 철, 세륨, 칼슘, 코발트, 구리, 마그네슘, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택되는 금속일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 지지체 물질은 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 산화알루미늄, 이산화규소, 세라믹, 염화마그네슘, 탄산칼슘 또는 산화이칼륨 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 축합 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리(아크릴산)나트륨염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트린, 규산나트륨, 콜로이드성 실리카, 폴리디메틸 실록산, 베마이트, 콜로이드성 산화알루미늄, 또는 폴리이소부틸렌을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
일 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 입자는 촉매 물질 또는 지지체 물질 상의 촉매 물질을 포함하는 촉매 지지된 물질로부터 형성된다.　하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 촉매 입자는 0.1 nm 내지 10 mm, 1 nm 내지 5 mm, 100 nm 내지 1 mm, 1 μm 내지 200 μm, 0.25 μm 내지 50 μm, 또는 0.5 μm 내지 5 μm의 범위일 수 있다. 상기 촉매 입자는 5 mm, 1 mm, 100 μm , 10 μm, 5 μm, 1 μm, 500 nm, 250 nm, 100 nm, 또는 50 nm 미만일 수 있다. 상기 촉매 입자는 적어도 0.1 nm, 1 nm, 10 nm, 100 nm, 250 nm, 1 μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, 25 μm, 또는 50 μm일 수 있다. 상기 촉매 입자는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 코팅의 두께는 약 1 μm 내지 약 50 μm일 수 있다. 상기 코팅의 두께는 1 내지 40%, 2 내지 35%, 5 내지 30%, 10 내지 25 %, 또는 15 내지 20%의 범위일 수 있다. 상기 코팅의 두께는 적어도 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 35%, 30%, 35%, 또는 40%일 수 있다. 상기 코팅의 두께는 50%, 40%, 30%, 20%, 15%, 10%, 5%, 또는 3% 미만일 수 있다. 상기 코팅의 두께는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
하나의 구현예 또는 실시예에서, 상기 공정은 건조 단계를 추가로 포함한다. 상기 건조 단계는 하기 단계를 포함할 수 있다: (a) 약 4 내지 24시간의 제1 기간 동안 스캐폴드의 코팅된 표면에 약 15℃ 내지 약 30℃ 범위의 제1 온도를 적용하여 촉매적 액체 현탁액으로부터 휘발성 물질의 적어도 일부를 휘발시키는 단계; 및 (b) 약 4 내지 24시간의 제2 기간 동안 감압 하에서 약 100℃ 내지 약 180℃ 범위의 제2 온도를 적용하여 건조된 코팅이 스캐폴드의 표면 상에 형성되도록 하는 단계. 제1 온도는 15℃ 내지 30℃ 또는 20℃ 내지 25℃의 범위일 수 있다.　예를 들어, 온도는 주변 온도일 수 있다. 제1 온도는 30℃, 28℃, 26℃, 24℃, 22℃, 20℃, 18℃, 또는 16℃ 미만일 수 있다.　제1 온도는 적어도 15℃, 17℃, 19　℃, 21℃, 23℃, 25℃, 또는 27℃일 수 있다.　제1 온도는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다. 제1 기간은 4 내지 24시간 또는 10 내지 20시간의 범위일 수 있다.　제1 기간은 30, 28, 26, 24, 22, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 또는 8시간 미만일 수 있다. 제1 기간은 적어도 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 또는 25시간일 수 있다. 예를 들어, 제1 기간은 24시간일 수 있다. 제1 기간은 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다. 제2 온도는 100℃ 내지 180℃ 또는 110℃ 내지 140℃의 범위일 수 있다. 제2 온도는 180℃, 170℃, 160℃, 140℃, 120℃, 또는 110℃ 미만일 수 있다.　제2 온도는 적어도 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 또는 130℃일 수 있다. 예를 들어, 온도는 120℃일 수 있다. 제2 온도는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다. 제2 기간은 4 내지 24시간 또는 10 내지 20시간의 범위일 수 있다.　제2 기간은 30, 28, 26, 24, 22, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 또는 8시간 미만일 수 있다. 제2 기간은 적어도 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 또는 25시간일 수 있다.　제2 기간은 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개 값에 의해 제공되는 범위일 수 있다.
정적 혼합기는 연속 유동 화학 반응 시스템 및 공정에 사용하기 위한 것이다. 상기 공정은 인라인(in-line) 연속 유동 공정일 수 있다. 상기 인라인 연속 유동 공정은 재순환 루프 또는 단일 통과 공정일 수 있다. 일 구현예에서, 인라인 연속 유동 공정은 단일 통과 공정이다.
전술한 바와 같이, 정적 혼합기 스캐폴드를 포함하는 화학 반응기는 연속 방식으로 불균일성 촉매 반응을 수행할 수 있다. 화학 반응기는 단일상 또는 다중상 공급물 및 생성물 스트림을 사용할 수 있다. 일 구현예에서, (하나 이상의 반응물을 포함하는) 기질 공급물은 연속 유체 스트림, 예를 들어 a) 적절한 용매 내 용질로서의 기질, 또는 b) 공-용매가 있거나 없는 액체 기질을 함유하는 액체 스트림으로 제공될 수 있다. 연속 유체 스트림은 적어도 하나의 액상에 의해 제공될 수 있음이 인식될 것이다.　유체 스트림은 하나 이상의 가스 스트림, 예를 들어 수소 가스 또는 이의 공급원에 의해 제공될 수 있음이 인식될 것이다.　기질 공급물은 예를 들어, 피스톤 펌프에 의해 압력 구동 유동을 사용하여 반응기로 펌핑된다.
상기 혼합기를 수용하기 위한 반응기 챔버에 대한 정적 혼합기의 체적 변위 %는 1 내지 40, 2 내지 35, 3 내지 30, 4 내지 25, 5 내지 20, 또는 10 내지 15의 범위이다. 혼합기를 수용하기 위한 반응기 챔버에 대한 정적 혼합기의 체적 변위 %는 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 또는 5% 미만일 수 있다.
상기 정적 혼합기의 구성은 단면의 미세한 난류(microscopic turbulence)를 향상시키기 위해 제공될 수 있다. 이러한 난류는 3D 프린팅 공정으로 인한 CSM의 기하학적 구조 또는 CSM 표면의 미세한 거칠기를 포함한, 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 더 나은 혼합을 제공하기 위해 난류 길이 스케일을 줄일 수 있다. 상기 난류 길이 스케일은, 예를 들어, 미세한 길이 스케일일 수 있다.
상기 정적 혼합기의 구성은 반응기 내에서 열 전달 특성, 예를 들어 출구 단면에서 감소된 차동 온도(temperature differential)를 향상시키기 위해 제공될 수 있다. CSM의 열 전달은 예를 들어, 약 20℃/mm, 15℃/mm, 10℃/mm, 9℃/mm, 8℃/mm, 7℃/mm, 6℃/mm, 5℃/mm, 4℃/mm, 3℃/mm, 2℃/mm, 또는 1℃/mm 미만의 차동 온도를 갖는 단면 또는 횡단면 온도 프로파일을 제공할 수 있다.
상기 스캐폴드는 사용시, 상기 정적 혼합기에 걸친 압력 강하 (또는 배압) (Pa/m)가 약 0.1 내지 1,000,000 Pa/m (또는 1 MPa/m) 사이의 임의의 값 또는 임의의 범위를 포함하는 범위 내에 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 정적 혼합기에 걸친 압력 강하 (또는 배압) (Pa/m)는 약 500,000, 250,000, 100,000, 50,000, 10,000, 5,000, 1,000, 750, 500, 250, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 또는 5 Pa/m 미만일 수 있다. 상기 정적 혼합기는 특정 유량에 비해 더 낮은 압력 강하를 제공하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 본원에 기술된 바와 같은 정적 혼합기, 반응기, 시스템, 및 공정에는 산업적 적용에 적합한 매개변수가 제공될 수 있다. 상기 압력 강하는 체적 유량이 적어도 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 500, 1000 ml/분인 경우 유지될 수 있다.
촉매 반응은 수소화 촉매의 사용을 수반하는 수소 삽입 반응일 수 있다.　수소 삽입 또는 수소화 촉매는 반응물의 분자내 결합 내로 수소의 삽입, 예를 들어 전술된 산소 함유 유기 물질을 형성하기 위한 탄소-산소 결합, 불포화 결합에서 포화 결합으로의 전환, 보호기의 제거, 예컨대 O-벤질기를 하이드록실기로 전환, 또는 암모니아 또는 히드라진 또는 이들의 혼합물을 형성하기 위한 질소 삼중 결합의 반응을 용이하게 한다. 수소 삽입 또는 수소화 촉매는 코발트, 루테늄, 오스뮴, 니켈, 팔라듐, 백금, 및 이들의 합금, 화합물 및 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.　하나의 구현예에서, 수소 삽입 또는 수소화 촉매는 백금 또는 티타늄을 포함하거나 이로 구성된다.　암모니아 합성에서, 상기 촉매는 후속 반응을 위해 수소종 공급원 및 질소종 공급원의 해리성 흡착을 용이하게 할 수 있다. 추가 구현예에서, 수소 삽입 또는 수소화 촉매는 워시-코팅 또는 딥-코팅을 사용하여 코팅된다.
정적 혼합기
정적 혼합기는 화학 반응기 챔버용 일체형 스캐폴드를 제공할 수 있음을 인식할 것이다. 연속 유동 화학 반응기 챔버용 정적 혼합기 스캐폴드는 혼합기를 통한 이의 유동 및 반응 동안 하나 이상의 유체 반응물을 분산 및 혼합하도록 구성된 복수의 통로를 정의하는 촉매적으로 활성인 스캐폴드를 포함할 수 있다. 스캐폴드 표면의 적어도 실질적인 부분이 촉매 물질을 포함할 수 있음을 인식할 것이다. 상기 촉매 물질은 촉매 반응성 부위를 갖는 정적 혼합기 스캐폴드의 표면을 제공하기 위해, 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
정적 혼합기는 연속 유동 화학 반응기 또는 이의 반응기 챔버 내에 삽입되도록 각각 구성된 하나 이상의 스캐폴드로서 제공될 수 있다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 연속 유동 화학 반응기 또는 이의 챔버 내로의 조립을 위한 모듈식 삽입물로서 구성될 수 있다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 인라인 연속 유동 화학 반응기 또는 이의 챔버용 삽입물로서 구성될 수 있다. 상기 인라인 연속 유동 화학 반응기는 재순환 루프 반응기 또는 단일 통과 반응기일 수 있다. 일 구현예에서, 인라인 연속 유동 화학 반응기는 단일 통과 반응기이다.
상기 정적 혼합기 스캐폴드는 주 유동을 가로지르는 방향으로, 예를 들어 정적 혼합기 스캐폴드의 중심 종축에 대한 반경 방향 및 접선 방향 또는 방위각 방향으로 유체를 재분배하기 위한 혼합 및 열 전달 특징을 향상시키도록 구성될 수 있다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 (i) 가능한 한 많은 촉매 표면적이 최대 수의 반응 부위에 가깝게 활성화되도록 유동에 반드시 제공되게 하고, (ii) 유동 혼합을 개선하도록 (a) 반응물 분자가 정적 혼합기 스캐폴드의 표면에 더 자주 접촉하고 (b) 열이 유체로부터 멀리 또는 유체로 효율적으로 전달되는 것 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 특정 적용분야와의 상관관계를 위해 다양한 기하학적 구성 또는 종횡비로 제공될 수 있다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 유체 반응물이 혼합되도록 할 수 있으며, 활성화를 위한 촉매 물질과 아주 근접하게 할 수 있게 한다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 예를 들어 반응기 챔버 하우징의 내부 표면에서 또는 그 근처에서도 난류 및 혼합을 향상시키는 난류 유량과 함께 사용하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 층류 및 난류 유동 모두에 대한 열 및 물질 전달 특징을 향상시키도록 구성될 수 있음을 인식할 것이다.
상기 구성은 효율, 화학 반응의 정도, 또는 기타 특성 예컨대 압력 강하 (미리 결정된 또는 원하는 유량을 유지함), 체류 시간 분포 또는 열 전달 계수를 향상시키도록 설계될 수도 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 종래의 정적 혼합기는 현재의 정적 혼합기에 의해 제공되는 촉매 반응 환경으로부터 초래될 수 있는, 향상된 열 전달 요구를 구체적으로 다루기 위해 이전에는 개발되지 않았다.
스캐폴드, 또는 정적 혼합기의 구성은 전산 유체 역학 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 소프트웨어를 사용하여 결정할 수 있으며, 이는 스캐폴드의 촉매 반응성 부위에서 반응물, 또는 이의 반응성 중간체의 향상된 접촉 및 활성화를 위한 반응물의 혼합에 대한 구성을 향상시키는 데 사용할 수 있다. CFD 기반 구성 결정은 하기 섹션에서 더 자세히 기술된다.
상기 정적 혼합기 스캐폴드는 적층 제조에 의해 형성될 수 있다. 상기 정적 혼합기는 적층 제조된 정적 혼합기일 수 있다. 상기 정적 혼합기의 적층 제조 및 후속 촉매 코팅은 (연속 유동 화학 반응기에서 반응물의) 효율적인 혼합, 열 전달 및 촉매 반응을 위해 구성된 정적 혼합기를 제공할 수 있으며, 상기 정적 혼합기는 신뢰성 및 성능을 위해 물리적으로 시험되고, 선택적으로 적층 제조 (예를 들어, 3D 프린팅) 기술을 사용하여 추가 재-설계 및 재-구성될 수 있다. 적층 제조는 예비 설계 및 시험에서의 유연성, 및 더 상업적으로 실행 가능하고 내구성 있는 정적 혼합기의 개발을 용이하게 하기 위해 정적 혼합기의 추가 재-설계 및 재-구성을 제공한다.
상기 정적 혼합기 스캐폴드는 하기의 일반적인 비-제한적인 예시 구성 중 하나 이상으로부터 선택되는 구성으로 제공될 수 있다:
·나선이 있는 개방형 구성;
·블레이드가 있는 개방형 구성;
·파형판(corrugated-plate);
·다층 설계;
·채널 또는 구멍이 있는 폐쇄형 구성;
·불균일한 설계, 예컨대 금속 발포체 또는 단일체(monolith).
상기 정적 혼합기의 스캐폴드는 하나 이상의 유체 반응물의 혼합을 용이하게 하도록 구성된 복수의 통로를 정의하는 복수의 일체형 유닛을 갖는 메쉬 구성으로 제공될 수 있다.
상기 정적 혼합기 스캐폴드는 반응기 챔버를 통해 흐르는 유체의 혼합을 촉진하기 위한 복수의 개구(aperture)를 정의하도록 구성된 상호연결된 세그먼트의 격자에 의해 제공되는 스캐폴드를 포함할 수 있다. 상기 스캐폴드는 열 전달 뿐만 아니라 유체 혼합 모두를 촉진하도록 구성될 수도 있다.
다양한 구현예에서, 기하학적 구조 또는 구성은 비표면적, 체적 변위 비율, 높은 유량을 위한 강도 및 안정성, 적층 제조를 사용하는 제작(fabrication)에 대한 적합성으로부터 선택되는 정적 혼합기 스캐폴드의 하나 이상의 특징을 향상시키고; 높은 정도의 카오스 이류(chaotic advection), 난류 혼합, 촉매 상호작용, 및 열 전달 중 하나 이상을 달성하도록 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 스캐폴드는 카오스 이류 또는 난류 혼합, 예를 들어 단면, (유동에 대한) 횡단면, 또는 국부화된 난류 혼합을 향상시키도록 구성될 수 있다. 스캐폴드의 기하학적 구조는 국부화된 유동 방향을 변경하거나, 정적 혼합기 스캐폴드의 종축을 따라 주어진 길이 내에서 유동을 특정 횟수 이상, 예컨대 200 m-1 이상, 선택적으로 400 m-1 이상, 선택적으로 800 m-1 이상, 선택적으로 1500 m-1 이상, 선택적으로 2000 m-1 이상, 선택적으로 2500 m-1 이상, 선택적으로 3000 m-1 이상, 선택적으로 5000 m-1 이상으로 분할하도록 구성될 수 있다. 스캐폴드의 기하학적 구조 또는 구성은 정적 혼합기의 주어진 부피 내에서 특정 수 이상, 예컨대 100 m-3 이상, 선택적으로 1000 m-3 이상, 선택적으로 1x104 m-3 이상, 선택적으로 1x106 m-3 이상, 선택적으로 1x109 m-3 이상, 선택적으로 1x1010 m-3 이상의 유동 분할 구조를 포함할 수 있다.
상기 스캐폴드의 기하학적 구조 또는 구성은 실질적으로 관형 또는 직선형일 수 있다. 상기 스캐폴드는 복수의 세그먼트로부터 형성되거나 이를 포함할 수 있다. 상기 세그먼트의 일부 또는 전부는 직선 세그먼트일 수 있다. 상기 세그먼트의 일부 또는 전부는 예를 들어, 직각 프리즘과 같은 다각형 프리즘을 포함할 수 있다. 상기 스캐폴드는 복수의 평면 표면을 포함할 수 있다. 상기 직선 세그먼트는 서로에 대해 각을 이룰 수 있다. 직선 세그먼트는 예를 들어, 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개의 상이한 각도와 같이 스캐폴드의 종축에 대해 다수의 상이한 각도로 배열될 수 있다. 상기 스캐폴드는 반복되는 구조를 포함할 수 있다. 상기 스캐폴드는 스캐폴드의 종축을 따라 주기적으로 반복되는 복수의 유사한 구조를 포함할 수 있다. 상기 스캐폴드의 기하학적 구조 또는 구성은 스캐폴드의 길이를 따라 일관될 수 있다. 상기 스캐폴드의 기하학적 구조는 스캐폴드의 길이에 따라 다를 수 있다. 상기 직선 세그먼트는 하나 이상의 곡선 세그먼트에 의해 연결될 수 있다. 상기 스캐폴드는 하나 이상의 나선형 세그먼트를 포함할 수 있다. 상기 스캐폴드는 일반적으로 나선체(helicoid)로 정의할 수 있다. 상기 스캐폴드는 나선체의 표면에 복수의 개구를 함유하는 나선체를 포함할 수 있다.
상기 정적 혼합기의 치수는 적용분야에 따라 다를 수 있다. 상기 정적 혼합기, 또는 상기 정적 혼합기를 포함하는 반응기는 관형일 수 있다. 상기 정적 혼합기 또는 반응기 튜브는 예를 들어, 1 내지 5000, 2 내지 2500, 3 내지 1000, 4 내지 500, 5 내지 150, 또는 10 내지 100 범위의 직경 (mm)을 가질 수 있다. 상기 정적 혼합기 또는 반응기 튜브는 예를 들어, 적어도 약 1, 5, 10, 25, 50, 75, 100, 250, 500, 또는 1000의 직경 (mm)을 가질 수 있다. 상기 정적 혼합기 또는 반응기 튜브는 예를 들어, 약 5000, 2500, 1000, 750, 500, 250, 200, 150, 100, 75, 또는 50 미만의 직경 (mm)을 가질 수 있다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드, 또는 상기 정적 혼합기 스캐폴드를 포함하는 반응기 챔버의 종횡비 (L/d)는 특정 반응에 대한 공업적 규모의 유량에 적합한 범위로 제공될 수 있다. 상기 종횡비는 예를 들어, 약 1 내지 1000, 2 내지 750, 3 내지 500, 4 내지 250, 5 내지 100 또는 10 내지 50의 범위일 수 있다. 상기 종횡비는 예를 들어, 약 1000, 750, 500, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 또는 2 미만일 수 있다. 상기 종횡비는 예를 들어, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 또는 100 초과일 수 있다. 상기 종횡비는 단일 유닛 또는 스캐폴드의 직경에 대한 길이의 비율 (L/d)을 의미함을 인식할 것이다.
상기 정적 혼합기 스캐폴드 또는 반응기는 일반적으로 높은 비표면적 (즉, 내부 표면적 및 상기 정적 혼합기 스캐폴드 및 반응기 챔버의 체적 간의 비율)이 제공된다. 상기 비표면적은 충전층 반응기 시스템에 의해 제공되는 것보다 낮을 수 있다. 상기 비표면적 (m2 m-3)은 100 내지 40,000, 200 내지 30,000, 300 내지 20,000, 500 내지 15,000, 또는 12000 내지 10,000의 범위일 수 있다. 상기 비표면적 (m2 m-3)은 적어도 100, 200, 300, 400, 500, 750, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 7500, 10000, 12500, 15000, 17500, 또는 20000일 수 있다. 상기 비표면적은 BET 등온선 기술을 포함하는 다수의 기술에 의해 측정될 수 있음을 인식할 것이다.
상기 정적 혼합기 스캐폴드는 층류 유량 또는 난류 유량에 대한 특성, 예컨대 혼합 및 열 전달을 향상시키도록 구성될 수 있다. 중공 파이프에 흐르는 뉴턴 유체의 경우, 레이놀즈 수 (Re) 값과 층류 및 난류 유동의 상관관계는 전형적으로 Re가 <2300인 경우 층류 유량을, 2300< Re <4000인 경우 일시적인 유량을, 그리고 일반적으로 Re가 >4000인 경우 난류 유량을 제공함을 인식할 것이다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 혼합, 반응 정도, 열 전달, 및 압력 강하 중 하나 이상으로부터 선택되는 향상된 특성을 제공하기 위해 층류 또는 난류 유량에 대해 구성될 수 있다. 특별한 유형의 화학 반응을 추가로 향상시키는 것은 그 자체의 특정 고려 사항을 필요로 함을 인식할 것이다.
상기 정적 혼합기 스캐폴드는 일반적으로 적어도 0.01, 0.1, 1, 5, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500, 10000의 Re에서 작동하도록 구성될 수 있다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 약 0.1 내지 2000, 1 내지 1000, 10 내지 800, 또는 20 내지 500의 일반적으로 층류 유동 Re 범위에서 작동하도록 구성될 수 있다. 상기 정적 혼합기 스캐폴드는 약 1000 내지 15000, 1500 내지 10000, 2000 내지 8000, 또는 2500 내지 6000의 일반적으로 난류 유동 Re 범위에서 작동하도록 구성될 수 있다.
상기 혼합기를 수용하기 위한 반응기 챔버에 대한 정적 혼합기의 체적 변위 %는 1 내지 40, 2 내지 35, 3 내지 30, 4 내지 25, 5 내지 20, 또는 10 내지 15의 범위이다. 혼합기를 수용하기 위한 반응기 챔버에 대한 정적 혼합기의 체적 변위 %는 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 또는 5% 미만일 수 있다.
상기 정적 혼합기의 구성은 단면의 미세한 난류를 향상시키기 위해 제공될 수 있다. 이러한 난류는 3D 프린팅 공정 및/또는 표면 코팅으로 인한 CSM의 기하학적 구조 또는 CSM 표면의 미세한 거칠기를 포함한, 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 더 나은 혼합을 제공하기 위해 난류 길이 스케일을 줄일 수 있다. 상기 난류 길이 스케일은, 예를 들어, 미세한 길이 스케일의 범위에 있을 수 있다.
상기 정적 혼합기의 구성은 반응기 내에서 열 전달 특성, 예를 들어 출구 단면에서 감소된 차동 온도를 향상시키기 위해 제공될 수 있다. CSM의 열 전달은 예를 들어, 약 20℃/mm, 15℃/mm, 10℃/mm, 9℃/mm, 8℃/mm, 7℃/mm, 6℃/mm, 5℃/mm, 4℃/mm, 3℃/mm, 2℃/mm, 또는 1℃/mm 미만의 차동 온도를 갖는 단면 또는 횡단면 온도 프로파일을 제공할 수 있다.
상기 스캐폴드는 사용시, 상기 정적 혼합기에 걸친 압력 강하 (즉, 차압 또는 배압) (Pa/m)가 약 0.1 내지 1,000,000 Pa/m (또는 1 MPa/m) 사이의 임의의 값 또는 임의의 값의 범위를 포함하는 범위 내에 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 정적 혼합기에 걸친 압력 강하 (Pa/m)는 약 500,000, 250,000, 100,000, 50,000, 10,000, 5,000, 1,000, 750, 500, 250, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 또는 5 Pa/m 미만일 수 있다. 상기 정적 혼합기는 특정 유량에 비해 더 낮은 압력 강하를 제공하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 본원에 기술된 바와 같은 정적 혼합기, 반응기, 시스템, 및 공정에는 산업적 적용에 적합한 매개변수가 제공될 수 있다. 상기 압력 강하는 체적 유량이 적어도 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50 ml/분인 경우 유지될 수 있다.
정적 혼합기를 제조하기 위한 공정
상기 정적 혼합기 스캐폴드는 적층 제조, 예컨대 3D 프린팅에 의해 제공될 수 있다. 상기 정적 혼합기의 적층 제조 및 후속 촉매 코팅은 (연속 유동 화학 반응기에서 반응물의) 효율적인 혼합, 열 전달 및 촉매 반응을 위해 구성된 정적 혼합기를 제공할 수 있으며, 상기 정적 혼합기는 신뢰성 및 성능을 위해 물리적으로 시험되고, 선택적으로 적층 제조 (예를 들어, 3D 프린팅) 기술을 사용하여 추가 재-설계 및 재-구성될 수 있다. 적층 제조를 사용한 독창적인 설계 및 개발에 따라, 상기 정적 혼합기는 기타 제조 공정, 예컨대 주조 (예를 들어, 인베스트먼트 주조)를 사용하여 제조될 수 있다. 상기 적층 제조는 예비 설계 및 시험에서의 유연성, 및 더 상업적으로 실행 가능하고 내구성 있는 정적 혼합기의 개발을 용이하게 하기 위해 정적 혼합기의 추가 재-설계 및 재-구성을 제공한다.
상기 정적 혼합기 스캐폴드는 적층 제조 (즉, 3D 프린팅) 기술에 의해 만들어질 수 있다. 예를 들어, 전자빔 3D 프린터 또는 레이저 빔 3D 프린터가 사용될 수 있다. 상기 3D 프린팅을 위한 첨가제 물질은 예를 들어 티타늄 합금 기반 분말 (예를 들어, 45-105 마이크로미터 직경 범위) 또는 코발트-크롬 합금 기반 분말 (예를 들어, FSX-414) 또는 스테인리스강 또는 알루미늄-규소 합금일 수 있다. 레이저 빔 프린터와 관련된 분말 직경은 전형적으로 전자빔 프린터에서 사용되는 것보다 작다.
3D 프린팅은 잘 이해되며, 빔에 의해 공급되는 열에 의해, 또는 압출 및 소결-기반 공정에 의해 촉진되는 융합을 통해 분말층(powder bed) 상에 물질을 순차적으로 증착하는 공정을 지칭한다. 3D 프린트 가능한 모델은 전형적으로 컴퓨터 지원 설계 (computer aided design, CAD) 패키지로 생성된다. STL 파일로부터 3D 모델을 프린트하기 전에, 전형적으로 여러 가지 오류를 조사하고 보정을 적용한다. 일단 완료되면, 상기 STL 파일은 모델을 일련의 박층(thin layer)으로 변환하고, 특정 유형의 3D 프린터에 맞는 지침이 포함된 G-코드 파일을 생성하는, "슬라이서(slicer)"라는 소프트웨어에 의해 처리된다. 상기 3D 프린팅 공정은 전통적인 제조 경로에 의해 부과된 제품 설계에 대한 제한을 제거하기 때문에, 상기 정적 혼합기 스캐폴드를 제조하는 데 사용하기에 유리하다. 결과적으로, 3D 프린팅에서 유래된 설계 자유도는 정적 혼합기의 기하학적 구조가 그렇지 않은 경우보다 성능에 대해 더 최적화될 수 있도록 허용한다.
상기 촉매적으로 활성인 스캐폴드는 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택되는 촉매 물질로부터 제조될 수 있다. 상기 정적 혼합기를 제조하는 공정은 워시-코팅 또는 딥-코팅에 의해 스캐폴드의 적어도 상당한 부분에 촉매 물질을 포함하는 코팅을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅은 스캐폴드 표면의 적어도 50%에 제공될 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 코팅은 스캐폴드 표면의 적어도 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 98, 또는 99%에 제공될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 공정은 먼저 적층 제조 공정, 예컨대 3D 프린팅을 사용하여 스캐폴드를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
실시예
본 개시는 하기 실시예에 의해 추가로 기술된다. 하기 설명은 단지 특정 구현예를 기술하기 위한 것이며 상기 설명과 관련하여 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
본 개시는 촉매적 액체 현탁액에서 정적 혼합기 스캐폴드를 워시-코팅/딥-코팅함으로써 정적 혼합기 스캐폴드 상에 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질의 증착을 위한 효과적이고 확장가능한 공정을 제공한다. 도 1을 참조하면, 이 공정은 정적 혼합기 스캐폴드 상에 코팅되어야 하는 촉매 물질 또는 촉매 지지된 물질의 유형에 따라 여러 상이한 증착 공정, 즉, 옵션 (a), 옵션 (b), 옵션 (c) 및 옵션 (d)를 포함할 수 있다.
상기 정적 혼합기 스캐폴드는 촉매 코팅을 위한 표면을 준비하기 위해 다양한 선택적 표면 전-처리 방법에 노출될 수 있음이 인식될 것이다.
실시예 1 선택적 전-처리 단계:
1) 정적 혼합기 스캐폴드의 표면을 에칭하기 위해, 상기 스캐폴드를 먼저 희석된 HCl 용액 (5-10 중량%)에 1시간 동안 침지시킨다.
2) 이후, 상기 스캐폴드를 초음파처리 베스에 20분 동안 담근다.
3) 상기 스캐폴드를 10분 동안 아세톤 용액에 침지시킨다.
4) 상기 스캐폴드를 140℃의 오븐에서 16시간 동안 건조시킨다.
실시예 2 코팅 옵션 (a)-(d)에 대한 일반적인 워시-코팅 단계:
옵션 (a)
1) 촉매적 액체 현탁액을 형성하기 위해, 일정량의 상업적으로 공급되는 촉매 물질 또는 제어된 입자 크기 (필요한 경우 건식/습식 밀링에 의해, 전형적으로 <5 μm)를 갖는 촉매 지지된 물질을 일정량의 용매에 첨가하고, 자석 교반기 상에서 48시간에 걸쳐 교반하여 균질한 슬러리 대략 3-25 중량% 농도의 고체 함량을 달성한다.
2) 사전-처리된 정적 혼합기 스캐폴드를 현탁액에 20-30초 동안 딥핑한 다음, 가압 공기를 불어 초과 액체를 제거하고 스캐폴드의 채널 막힘을 방지한다. 이후, 딥핑된 스캐폴드를 1일 동안 실온에서 개방형 용기에 수평으로 배치시켜서, 임의의 남아있는 용매를 증발시킨다. 마지막으로, 상기 스캐폴드를 120℃ 진공 하에서 오븐에 배치시켜 잔류 용매를 제거한다. 이 공정을 촉매 정적 혼합기 스캐폴드 상에 더 많은 촉매 증착 층을 얻거나, 소정의 촉매 로딩이 달성될 때까지 2-6회 반복하였다.
옵션 (b)
1) 액체 지지체 현탁액을 형성하기 위해, 일정량의 용매 내 지지체 물질을 자석 교반기 상에서 24시간에 걸쳐 교반하여 균질한 슬러리 대략 10-25 중량% 농도의 고체 함량을 달성한다. 사전-처리된 정적 혼합기 스캐폴드를 액체 지지체 현탁액에 20-30초 동안 딥핑한 다음, 가압 공기를 불어 초과 액체를 제거하고 스캐폴드의 채널 막힘을 방지하였다. 이후, 딥핑된 스캐폴드는 대부분의 용매가 공기 중에서 증발하도록, 1일 동안 실온에서 개방형 용기에 수평으로 배치시켰다. 그런 다음, 상기 스캐폴드를 120℃ 진공 하에서 오븐에 배치시켜 잔류 용매를 제거하였다.
2) 단계 1은 촉매적 액체 현탁액의 코팅 전에 중간의 지지층을 형성한다.
3) 촉매적 액체 현탁액을 형성하기 위해, 일정량의 상업적으로 공급되는 촉매 물질 또는 제어된 입자 크기 (필요한 경우 건식/습식 밀링에 의해, 전형적으로 <5 μm)를 갖는 촉매 지지된 물질을 일정량의 용매에 첨가하고, 자석 교반기 상에서 48시간에 걸쳐 교반하여 균질한 슬러리 대략 3-25 중량% 농도의 고체 함량을 달성한다.
4) 중간의 지지층으로 미리 코팅된 정적 혼합기 스캐폴드를 현탁액에 20-30초 동안 딥핑한 다음, 가압 공기를 불어 초과 액체를 제거하고 스캐폴드의 채널 막힘을 방지하였다. 이후, 딥핑된 스캐폴드를 1일 동안 실온에서 개방형 용기에 수평으로 배치시켜서, 임의의 남아있는 용매를 증발시킨다. 마지막으로, 상기 스캐폴드를 120℃ 진공 하에서 오븐에 배치시켜 잔류 용매를 제거한다. 이 공정을 촉매 정적 혼합기 스캐폴드 상에 더 많은 촉매 증착 층을 얻거나, 소정의 촉매 로딩이 달성될 때까지 2-6회 반복하였다.
옵션 (c)
1) 액체 지지체 현탁액을 형성하기 위해, 일정량의 용매 내 지지체 물질 및 결합제 대략 1 중량%를 자석 교반기 상에서 24시간에 걸쳐 교반하여 균질한 슬러리 대략 10-25 중량% 농도의 고체 함량을 달성한다. 사전-처리된 정적 혼합기 스캐폴드를 액체 지지체 현탁액에 20-30초 동안 딥핑한 다음, 가압 공기를 불어 초과 액체를 제거하고 스캐폴드의 채널 막힘을 방지하였다. 이후, 딥핑된 스캐폴드는 대부분의 용매가 공기 중에서 증발하도록, 1일 동안 실온에서 개방형 용기에 수평으로 배치시켰다. 그런 다음, 상기 스캐폴드를 120℃ 진공 하에서 오븐에 배치시켜 잔류 용매를 제거하였다.
2) 단계 1은 촉매적 액체 현탁액의 코팅 전에 중간의 지지층을 형성한다.
3) 촉매적 액체 현탁액을 형성하기 위해, 일정량의 상업적으로 공급되는 촉매 물질 또는 제어된 입자 크기 (필요한 경우 건식/습식 밀링에 의해, 전형적으로 <5 μm)를 갖는 촉매 지지된 물질을 일정량의 용매에 첨가하고, 자석 교반기 상에서 48시간에 걸쳐 교반하여 균질한 슬러리 대략 3-25 중량% 농도의 고체 함량을 달성한다.
4) 중간의 지지층으로 미리 코팅된 정적 혼합기 스캐폴드를 현탁액에 20-30초 동안 딥핑한 다음, 가압 공기를 불어 초과 액체를 제거하고 스캐폴드의 채널 막힘을 방지하였다.
이후, 딥핑된 스캐폴드를 1일 동안 실온에서 개방형 용기에 수평으로 배치시켜서, 임의의 남아있는 용매를 증발시킨다. 마지막으로, 상기 스캐폴드를 120℃ 진공 하에서 오븐에 배치시켜 잔류 용매를 제거한다. 이 공정을 촉매 정적 혼합기 스캐폴드 상에 더 많은 촉매 증착 층을 얻거나, 소정의 촉매 로딩이 달성될 때까지 2-6회 반복하였다.
옵션 (d)
1) 촉매적 액체 현탁액을 형성하기 위해, 일정량의 상업적으로 공급되는 촉매 물질 또는 제어된 입자 크기 (필요한 경우 건식/습식 밀링에 의해, 전형적으로 <5 μm)를 갖는 촉매 지지된 물질 및 결합제 대략 1 중량%를 일정량의 용매에 첨가하고, 자석 교반기 상에서 48시간에 걸쳐 교반하여 균질한 슬러리 대략 3-25 중량% 농도의 고체 함량을 달성한다.
2) 사전-처리된 정적 혼합기 스캐폴드를 현탁액에 20-30초 동안 딥핑한 다음, 가압 공기를 불어 초과 액체를 제거하고 스캐폴드의 채널 막힘을 방지한다. 이후, 딥핑된 스캐폴드를 1일 동안 실온에서 개방형 용기에 수평으로 배치시켜서, 임의의 남아있는 용매를 증발시킨다. 마지막으로, 상기 스캐폴드를 120℃ 진공 하에서 오븐에 배치시켜 잔류 용매를 제거한다. 이 공정을 촉매 정적 혼합기 스캐폴드 상에 더 많은 촉매 증착 층을 얻거나, 소정의 촉매 로딩이 달성될 때까지 2-6회 반복하였다.
실시예 3 접착 시험
고체 함량은 슬러리를 시계 접시 상에 몇 방울 떨어뜨리고, 120℃ 진공 하에서 이를 오븐에서 건조시켜 확인하였다. 총 고체 함량은 식 (1)로 계산할 수 있으며, 여기서 m1은 빈 시계 접시의 질량을 나타내고, m2는 슬러리가 첨가된 시계 접시의 질량을 나타내고, m3은 용매 증발 후의 질량을 나타낸다. 슬러리의 균질성은 여러 병렬식 고체 함량 시험으로 추론될 수도 있다.
Figure pct00001
(1)
각 코팅 단계 전후에, 혼합기의 질량을 기록하여 식 (2)로 로딩 백분율을 계산하였으며, 여기서 m0은 혼합기의 원래 질량을 의미하고, mn은 n번째 코팅 후의 질량을 의미한다.
Figure pct00002
(2)
촉매층의 접착을 평가하기 위해, 코팅된 CSM을 용매 베스에서, 예를 들어 물 또는 에탄올에서 10분 동안 초음파 처리하였다. 이후, 초음파 처리된 혼합기를 실온에서 개방형 용기에 수평으로 배치시켜, 대부분의 용매가 공기 중에서 증발하도록 하였다. 그런 다음, 상기 혼합기를 120℃ 진공 하에서 오븐에 배치시켜 잔류 용매를 제거하였다. 이후, 질량 손실은 식 (3)을 사용하여 계산하였으며, 여기서 mn은 n번째 코팅 후의 질량을 의미하고, ma는 초음파 처리 후의 질량을 의미한다.
Figure pct00003
(3)
표 1-4는 상이한 코팅 경로 옵션 (a)-(d)를 통해 코팅된 촉매 정적 혼합기 스캐폴드의 예를 제공한다. 각 시험에 대해 병렬식 실험이 수행되었으며, 표에 제시된 데이터는 평균값임을 인식할 것이다.
표 1: 코팅 옵션 (a)를 통해 코팅된 촉매 정적 혼합기 스캐폴드.
Figure pct00004
a. 고체 함량은 혼합 전 계산된 값 대신 병렬식 실험의 결과임; b. 건조 후 코팅이 방지할 수 없을 정도로 떨어졌음.
표 2: 코팅 옵션 (b)를 통해 코팅된 촉매 정적 혼합기 스캐폴드.
Figure pct00005
a. 고체 함량은 혼합 전 계산된 값 대신 병렬식 실험의 결과임.
표 3: 코팅 옵션 (c)를 통해 코팅된 촉매 정적 혼합기 스캐폴드
Figure pct00006
a. 고체 함량은 혼합 전 계산된 값 대신 병렬식 실험의 결과임.
표 4: 코팅 옵션 (d)를 통해 코팅된 CSM 기질
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
a. 고체 함량은 혼합 전 계산된 값 대신 병렬식 실험의 결과임.
실시예 4 유동 반응기 시험
평가에 사용된 연속 유동 반응기 설정(set-up)은 WO 2017106916호를 포함한, 이전 작업에서 기술하였다. 이것은 수소 반응기 모듈, 촉매 삽입물 하우징, 가스 처리 시스템, 액체 전달 시스템 (시약 펌프, Gilson 305 HPLC 펌프로 구동됨), 및 전자 공정 제어 및 데이터 자동 기록(data logging)으로 구성된다.
상기 반응기 모듈은 12개의 반응기 구역을 포함하며, 이들 각각은 15 cm 길이의 스테인리스강 튜브 (Swagelok, 8 mm OD, 6mm ID)로 만들어진다. 이것은 또한 e번째 반응기 경로의 길이를 따라 위치해 있는, 5개의 온도 프로브 (PT-100)를 포함한다.
상기 반응기 모듈은 촉매 삽입물의 교체를 용이하게 하기 위해 쉽게 분해될 수 있다. 시약 펌프는 순수한 또는 용매에 있는 출발 물질 기질의 용액을 함유하는, 기질 공급 스트림을 공급한다. 수소 가스는 수소 실린더 (G-형 실린더)로부터 공급되며, T-피스에서 액체 스트림과 혼합된다. 반응기 내부의 압력은 반응기 출구에 위치해 있는, 다이어프램(diaphragm) 배압 조절기 (BPR, Swagelok KBP1J0A4D5A20000)에 의해 조절된다.
BPR을 통과한 후, 고온 유출물은 적절한 냉각 유체로 작동할 수 있는 코일형 열 교환기에서 선택적으로 냉각될 수 있다. 이후, 생성물 스트림은 추가 후처리 및 분석을 위해 보틀 또는 플라스크에 수집된다.
추가 안전 구성요소와 공정 제어 및 모니터링 장비가 장치에 설치된다: 반응기 입구의 안전 압력 릴리프 밸브 (Swagelok, SS-4R3A); 가스 라인의 안전 차단 밸브 (Burkert, 2/2-방향 솔레노이드 밸브 6027-A03); 가스 라인의 역화 방지기 (Witt 85-10); 가스 라인의 질량 유동 제어기 (Bronkhorst, MFC F-201CV-500); 및 액체 라인, 가스 라인 및 반응기 입구의 압력 센서.
상기 반응은 반응기 구역 내부의 촉매 삽입물의 고체-액체 계면에서 발생한다. 상기 반응기 시스템의 작동은 전용 LabView 소프트웨어에 의해 제어된다. 온도, 압력 및 가스 유량도 LabView 제어 프로그램에 의해 모니터링된다.
수소화 반응에 대한 이 반응기를 평가하기 위해, 용매 에탄올 (EtOH), 메탄올 (MeOH), 이소프로판올 (iPrOH), n-헵탄 또는 에틸 아세테이트 (EtOAc)를 사용하여, 비닐 아세테이트 (VAc), 신남알데히드 (CAL), (-)-이소풀레골 (IPG), 1,4-부틴디올 (BYD) 및 2-메틸-3-부틴-2-올 (MBY)의 수소화를 조사하는 일련의 실험을 수행하였으며, 도식 1을 참조한다.
Figure pct00010
도식 1. 비닐 아세테이트 (VAc), 신남알데히드 (CAL), (-)-이소푸레골 (IPG), 1,4-부틴디올 (BYD) 및 2-메틸-3-부틴-2-올 (MBY)의 환원.
상기 반응기 구성에 대한 전형적인 수소화 반응은 하기와 같이 수행되었다. 먼저 반응기 내부의 4개의 촉매 삽입물은 24 bar, 120℃ 및 190 mLN/분의 가스 유량에서 이들 위에 수소를 유동시킴으로써 활성화되었다. 활성화 상기 반응기는 액체 시약 펌프를 사용하여 용매 EtOH로 플러싱(flushing) 되었다. 기질인 VAc를 EtOH에 2 mol/L의 농도로 용해시켰다.
반응의 시작 전에, 수소 가스를 세척 용매 EtOH와 함께 도입하고, 반응에 대한 매개변수를 조정하였다: 반응기 내부 압력, p R = 20 bar, 액체 유량, V L = 1 ml/분, 가스 유량, V G = 50 mLN/분, 및 반응기 온도, T R = 120℃. 압력 및 온도가 안정화되면, 시약 펌프를 순수한 용매에서 준비된 투명한 스톡 용액으로 교체하여 기질 (VAc)을 반응기 내로 공급하였다. 투명한 생성물을 반응기의 출구에서 여러 분획으로 수집한 다음 1H-NMR 및 GC로 분석하였다. 반응 전환은 1H NMR 스펙트럼으로부터 계산되었으며, 이는 (Cambridge Isotope Laboratories Inc.로부터의) 중수소화 클로로포름에서 Bruker AC-400 분광계 상에 기록되었다. δ = 7.26 ppm에서의 잔류 용매 피크를 내부 참조로 사용하였다. 생성물 조성은 GC-FID 및 GC-MS로 분석하였다.
GC-FID 결과는 또한 NMR 전환을 입증하고 GC-기반 수율을 계산하는 데 사용되었다. GC-질량 스펙트럼은 70 eV의 이온화 에너지를 갖는 양이온 모드에서 전자 충격 이온화를 사용하여 Perkin Elmer Clarus 600 GC 질량분석계로 얻었다. 가스 크로마토그래피는 Perkin Elmer Elite-5MS GC 컬럼 (30 m x 0.25 mm ID, 0.25 μm 필름 두께)을 사용하여 2분 동안 40℃의 온도 프로그램으로 수행한 다음, 10℃/분에서 280℃로 가열하였으며, 이때 온도는 70의 분할 비율, 250℃의 인젝터 온도로 4분 동안 유지되었고, 이송 라인은 250℃로 설정되었다. 초고순도 헬륨은 0.7 ml/분의 유량으로 담체 가스로서 사용되었다.
GC-FID 분석은 분할/비분할 주입구 및 250℃의 검출기 온도를 가진 Agilent 6850 Series II 가스 크로마토그래프 상에서 수행되었다. 분리는 Grace BPX5 모세관 컬럼 (25 m x 0.32 mm ID, 0.50 μm 필름 두께) 상에서 2분 동안 40℃의 온도 프로그램으로 수행한 다음, 10℃/분에서 280℃로 가열하였으며, 이때 온도는 50의 분할 비율 및 200℃의 인젝터 온도로 4분 동안 유지되었다. 고순도 헬륨은 2.4 ml/분의 유량으로 담체 가스로서 사용되었다. 시약 VAc, CAL, BYD 및 MBY는 Sigma Aldrich로부터 얻었으며; 용매 EtOH, MeOH, iPrOH, n-헵탄 및 EtOAc는 Merck KGaA로부터 얻었다. 모든 시약 및 용매는 추가 정제 없이 사용되었다.
표 5는 VAc 및 CAL의 수소화 반응으로부터 그리고 (-)-이소푸레골 (IPG)의 수소화 반응으로부터 (-)-멘톨 (MEN)을 형성하는 실험 데이터를 보여주고; 표 6은 BYD에서 BED로의 반-수소화 반응의 실험 데이터를 보여주며; 표 7은 MBY에서 MBE로의 반-수소화 반응의 실험 데이터를 보여준다. 실험 데이터는 유리하게 높은 전환 (VAc: 최대 100%, CAL: 최대 100%, BYD: 최대 100%, MBY: 최대 100%) 및 높은 선택성 (BYD: 최대 92%, MBY: 최대 100%)이 본원에 기술된 코팅된 촉매 정적 혼합기 스캐폴드 (CSM)를 사용하여 달성될 수 있음을 보여준다. 이러한 반응에 대한 촉매 정적 혼합기 반응기의 공시 수율(space time-yield)은 수 kg/L h 범위이었다 (VAc: 최대 1.68 kg/L h, CAL: 최대 0.70 kg/L h, BYD: 최대 1.85 kg/L h, MBY: 최대 3.22 kg/L h).
표 5. 4개 또는 12개의 CSM을 사용한 비닐 아세테이트 (VAc) 및 신남알데히드 (CAL)를 사용한 수소화 반응으로부터의 실험 데이터
Figure pct00011
VL = 액체 체적 유량; G/L = 반응기 압력에서 가스 대 액체의 체적비; 기질의 농도는 EtOH 중 VAc의 경우 2 mol/L이고, EtOAc 중 CAL의 경우 1 mol/L이며, n-헵탄 중 IPG의 경우 4.5 mol/L임.
표 6. 4개의 CSM을 사용하여 1,4-부텐디올 (BED)을 선택적으로 합성하기 위한 1,4-부텐디올 (BYD)의 수소화 반응으로부터의 실험 데이터
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
p= 반응기 압력; T = 반응기 온도; VL = 액체 체적 유량; H/S = 기질에 대한 수소의 몰비; 기질의 농도는 iPrOH/H20 혼합물의 경우 0.31 mol/L이고, MeOH의 경우 6 mol/L임.
표 7. CSM을 사용하여 2-메틸-3-부텐-2-올 (MBE)을 선택적으로 합성하기 위한 2-메틸-3-부틴-2-올 (MBY)의 수소화 반응으로부터의 실험 데이터
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
p= 반응기 압력; T = 반응기 온도; VL = 액체 체적 유량; H/S = 기질에 대한 수소의 몰비.
실시예 5 침출 분석
연장된 실행의 정상 상태 체제 동안 생성물 용액을 수집하여 촉매 정적 혼합기 스캐폴드 (CSM)의 촉매 침출 분석을 허용하였다.
총 1 L 이상의 생성물 용액이 표준 시험 반응, 즉 에탄올 중 VAc에서 EtOAc로의 환원을 위한 실험 동안 수집되었다. 모든 유기 물질은 조심스럽게 제거되었으며, 남아있는 물질은 Cr, Mn, Fe, Mo, Al, Ni, Pd, Pt 및 Ru의 존재에 대해 유도 결합 플라즈마-광학 방출 분광법 (Inductively coupled plasma - optical emission spectrometry, ICP-EOS)으로 분석되었다. 시험된 CSM은 모두 워시 코팅된 알루미나 유형 촉매였으며, (1) 산화알루미늄 상의 니켈, (2) 산화알루미늄 상의 팔라듐, (3) 산화알루미늄 상의 백금, 및 (4) 산화알루미늄 상의 루테늄, 및 (1) 내지 (4) CSM 각각의 4가지 다른 세트가 시험되었다. 각 CSM은 6 mm의 직경 및 150 mm의 길이를 가졌다. 하기 표 7에 나타낸 바와 같이, 생성물 스트림은 활성 촉매 금속, Ni, Pd, Pt 및 Ru의 십억분율(parts-per-billion, ppb) 수준만을 함유한다. Cr, Mn, Fe, Mo, 및 Al의 ppb 값은 반응기의 316 스테인리스강 본체 뿐만 아니라 기본 정적 혼합기 스캐폴드에서 비롯됨을 인식할 것이다. 또한, 활성 금속인 Ni, Pd, Pt 및 Ru의 ppb 수준은 CSM 상에 증착된 촉매 코팅으로부터의 것임을 인식할 것이다.
결과는 예기치 않게 그리고 유리하게 활성 촉매층이 기본 정적 혼합기 스캐폴드에 대한 우수한 접착을 나타내고, 장기간에 걸쳐 연속적으로 사용하는 동안 CSM의 촉매층의 변성을 무시해도 될 정도임을 보여준다. 하기 표 8에 제시된 모든 예의 경우, 검출된 용해성 금속의 가장 많은 양은 Fe이고, 따라서 금속 오염의 대부분은 316 스테인리스강 (SS) CSM 스캐폴드, SS 튜브 및 반응기의 기타 SS 부품에서 비롯된 것으로 여겨진다.
표 8: 침출 데이터
Figure pct00018
ppb에서 침출 데이터; UD는 검출 가능한 수준 이하를 나타내며; NA는 해당 없음을 나타냄.

Claims (41)

  1. 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정으로서,
    (i) 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하여 코팅된 스캐폴드의 표면 상에 촉매 반응성 부위를 함유하는 코팅을 제공하는 단계로서, 상기 촉매적 액체 현탁액은 복수의　현장외(ex-situ)　촉매 입자를　함유하는 액체 담체를 포함하고, 상기 코팅된 스캐폴드는 유동 및 이의 반응 동안 하나 이상의 유체 반응물을 분산 및 혼합하도록 구성된 복수의 통로를 포함하는 비가시선 구성을 갖는 것인, 단계, 및
    (ii) 코팅된 스캐폴드를 건조하여 액체 담체를 제거하여　현장외 촉매 입자를 포함하는 코팅된 스캐폴드를 제공하는　단계;를 포함하는 공정.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스캐폴드는 정적 혼합기 스캐폴드인, 공정.
  3. 제2항에 있어서, 상기 정적 혼합기의 표면은 단계 (i) 전에 지지체 물질 및 선택적으로 결합제로 사전-코팅되는 것인, 공정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매적 액체 현탁액은 결합제를 추가로 포함하는 것인, 공정.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (i)에서 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하는 단계는 워시-코팅 또는 딥-코팅에 의한 것인, 공정.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정은 단계 (i)에서 촉매적 액체 현탁액을 스캐폴드의 표면에 적용하기 이전에 전-처리 단계를 추가로 포함하며, 상기 전-처리 단계는 화학 처리, 양극 산화(anodic oxidation), 용융 도금(hot dipping), 진공 증착, 페인팅, 용사, 및 산 에칭으로부터 선택되는 스캐폴드의 표면에 대한 적어도 하나의 표면 처리 단계를 포함하는 것인, 공정.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 입자는 촉매 물질 또는 지지체 물질 상에 촉매 물질을 포함하는 촉매 지지된 물질로부터 형성되는 것인, 공정.
  8. 제7항에 있어서, 상기 촉매 물질은 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소(mesoporous carbon), 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 것인, 공정.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄, 철, 세륨, 칼슘, 코발트, 구리, 마그네슘, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택되는 것인, 공정.
  10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체 물질은 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 산화알루미늄, 이산화규소, 세라믹, 염화마그네슘, 탄산칼슘 또는 산화이칼륨 중 적어도 하나로부터 선택되는 것인, 공정.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택되는 것인, 공정.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매적 액체 현탁액 중 촉매 입자의 농도는 촉매적 액체 현탁액의 총 중량을 기준으로 10 중량% 미만인 것인, 공정.
  13. 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매적 액체 현탁액용 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 축합 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리(아크릴산)나트륨염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트린, 규산나트륨, 콜로이드성 실리카, 폴리디메틸 실록산, 베마이트, 콜로이드성 산화알루미늄, 또는 폴리이소부틸렌을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인, 공정.
  14. 제13항에 있어서, 상기 결합제는 촉매적 액체 현탁액의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량% 내지 약 5 중량%의 농도로 첨가되는 것인, 공정.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 담체는 물, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸 아세테이트, 아세톤 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인, 공정.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매적 액체 현탁액은 약 3 중량% 내지 약 28 중량%의 고체 함량을 갖는 것인, 공정.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅의 두께는 약 1 μm 내지 약 50 μm인 것인, 공정.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매의 표면적은 약 1 m2/g 내지 약 1000 m2/g인 것인, 공정.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅의 접착은 초음파처리 시험에 의해 측정될 때 약 0.5 중량% 미만의 코팅의 총 질량 손실을 제공하는 것인, 공정.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스캐폴드는 금속, 금속 합금, 서멧, 탄소 섬유, 탄화규소 또는 중합체인 것인, 공정.
  21. 제20항에 있어서, 상기 스캐폴드는 금속 스캐폴드인 것인, 공정.
  22. 제20항에 있어서, 상기 금속 스캐폴드의 금속 또는 금속 합금은 티타늄, 알루미늄 또는 스테인리스강인 것인, 공정.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스캐폴드의 종횡비(L/d)는 적어도 75인 것인, 공정.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현장외 촉매 입자는 약 5 μm 미만인 것인, 공정.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건조 단계는
    (a) 약 4 내지 24시간의 제1 기간 동안 스캐폴드의 코팅된 표면에 약 15℃ 내지 약 30℃ 범위의 제1 온도를 적용하여 촉매적 액체 현탁액으로부터 휘발성 물질의 적어도 일부를 휘발시키는 단계; 및
    (b) 약 4 내지 24시간의 제2 기간 동안 제어된 분위기 하에서 약 100℃ 내지 약 180℃ 범위의 제2 온도를 적용하여 건조된 코팅이 스캐폴드의 표면 상에 형성되도록 하는 단계;를 포함하는 것인, 공정.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항의 촉매 코팅된 스캐폴드를 제조하는 공정에 의해 제조된 촉매 코팅된 스캐폴드.
  27. 스캐폴드 상에 코팅을 포함하는 촉매 코팅된 스캐폴드로서, 상기 코팅은 복수의 촉매 입자를 포함하고, 상기 코팅된 스캐폴드는 유동 및 이의 반응 동안 하나 이상의 유체 반응물을 분산 및 혼합하도록 구성된 복수의 통로를 포함하는 비가시선 구성을 갖는 것인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  28. 제27항에 있어서, 상기 코팅은 지지체 물질 및 선택적으로 결합제를 포함하는 것인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  29. 제28항에 있어서, 상기 촉매 입자는 금속, 금속 산화물, 규산 알루미늄, 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 것인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  30. 제27항 내지 제29항에 있어서, 상기 촉매 입자는 알루미늄, 철, 세륨, 칼슘, 코발트, 구리, 마그네슘, 아연, 니켈, 팔라듐, 백금, 금, 규소, 은, 루테늄, 이리듐, 로듐, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 및 크로뮴 중 적어도 하나, 또는 이들의 금속 산화물로부터 선택되는 것인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  31. 제28항에 있어서, 상기 지지체 물질은 활성탄, 메조다공성 탄소, 그래핀, 흑연 물질, 금속-유기 구조체, 제올라이트, 산화알루미늄, 이산화규소, 세라믹, 염화마그네슘, 탄산칼슘 또는 산화이칼륨 중 적어도 하나로부터 선택되는 것인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  32. 제28항에 있어서, 상기 촉매 지지된 물질은 산화알루미늄 상의 루테늄, 산화알루미늄 상의 팔라듐, 탄산칼슘 상의 납-중독된 팔라듐, 산화알루미늄 상의 철, 산화알루미늄 상의 은, 실리카 디페닐 포스핀 팔라듐, 규산 티타늄 상의 팔라듐, 탄소 상의 팔라듐, 니켈 개질된 산화알루미늄 산화규소, 또는 제올라이트 중 적어도 하나로부터 선택되는 것인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  33. 제27항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합제는 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 축합 수지, 폴리비닐 아세테이트, 폴리(아크릴산)나트륨염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 덱스트린, 규산나트륨, 콜로이드성 실리카, 폴리디메틸 실록산, 베마이트, 콜로이드성 산화알루미늄, 또는 폴리이소부틸렌을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  34. 제27항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 입자는 5 μm 미만인 것인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  35. 제27항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅의 두께는 약 1 μm 내지 약 50 μm인 것인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  36. 제27항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅된 스캐폴드는 코팅된 정적 혼합기 스캐폴드인, 촉매 코팅된 스캐폴드.
  37. 하나 이상의 유체 반응물의 반응에 사용하기 위한 연속 유동 화학 반응기로서, 상기 반응기는 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항의 공정에 의해 제조된 하나 이상의 촉매 코팅된 스캐폴드 또는 제27항 내지 제36항 중 어느 한 항의 촉매 코팅된 스캐폴드를 포함하는 것인, 연속 유동 화학 반응기.
  38. 제37항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체 반응물은 연속 유체 스트림으로 제공되는 것인, 연속 유동 화학 반응기.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서, 상기 연속 유체 스트림은 적어도 하나의 액상에 의해 제공되는 것인, 연속 유동 화학 반응기.
  40. 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 하나 이상의 화학 반응기를 포함하는 불균일성 반응을 위한 연속 유동 공정.
  41. 제40항에 있어서, 상기 불균일성 반응은 수소화 반응인 것인, 연속 유동 공정.
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