TWI738300B

TWI738300B - 具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法

Info

Publication number: TWI738300B
Application number: TW109113124A
Authority: TW
Inventors: 陳泰源
Original assignee: 蕭建興
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2021-09-01
Also published as: TW202140141A

Abstract

一種具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其製程方法主要包括有：製備一立體狀之觸媒載體；製備至少一種以上之水相奈米金屬粒子溶液；將觸媒載體浸泡於含有矽烷基化合物之甲醇溶液中，取出再進行烘乾並冷藏，以完成表面修飾步驟；將觸媒載體浸泡於水相奈米金屬粒子溶液中，取出進行吹乾，令觸媒載體之表面接合形成有第一層奈米金屬粒子；將具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體，浸泡於含有十二烷基氨基醇之甲醇溶液中以進行修飾，取出烘乾後，再浸泡於水相奈米金屬粒子溶液中，取出進行吹乾，令具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面，再接合形成有第二層奈米金屬粒子。

Description

具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法

本發明係有關一種具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，特別專指一種所述觸媒反應物應用於一觸媒催化氣相反應系統，以作為提升觸媒催化氣相反應系統內部所設燃料燃燒反應的催化活性；主要係利用先製備一立體狀之觸媒載體及至少一種以上之水相奈米金屬粒子溶液；將觸媒載體浸泡於含有矽烷基化合物之甲醇溶液中，以完成表面修飾步驟；將觸媒載體浸泡於水相奈米金屬粒子溶液中，令觸媒載體之表面接合形成有第一層奈米金屬粒子；再將具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體，浸泡於含有十二烷基氨基醇之甲醇溶液中以進行修飾，再浸泡於水相奈米金屬粒子溶液中，令具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面，再接合形成有第二層奈米金屬粒子，如此可重複最後的步驟，俾讓具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面，可形成有多層奈米金屬粒子，達到具多層奈米金屬粒子之觸媒反應物，可以利用粒子之間的界面金屬(即擔體作用力效應)，來提升燃料燃燒反應的催化活性，俾讓觸媒反應物能具有更低的起燃溫度以及高氧化效率。

在目前工商發達時代，人類賴以維生之空氣，正因工業燃燒廢氣、交通工具所排放的氣體，慢性地傷害人們的健康，主因乃是空氣中的有害懸浮微粒，除會引發各種呼吸系統與過敏疾病，更會影響居家品質與工作效率，近年來空氣品質議題逐漸受到世人所重視。

就傳統的大型供暖設備乃需燃燒大量煤來製造熱能，而燃燒過程所產生的大量碳化粒子，必然會造成空氣汙染，使得大氣中的細懸浮微粒(PM2.5，直徑≦2.5微米)不斷增加，所危害人類健康，已是不分國界與疆域，近數十年世界各國對於空氣汙染議題，更是不遺餘力，尋求改善之途。

有鑑於此，嗣有業者研發出一種觸媒催化氣相反應之供熱系統，其主要利用於供熱系統所設置之反應爐內設有複數觸媒反應物，藉由反應爐內已加熱之複數觸媒反應物能與燃料形成持續性的熱反應，再由所形成熱反應之複數反應物產生的熱能，用以對反應爐內所儲設之液體，進行持續性的加熱，此所構成之供熱系統，以能作為動力或提供熱源...等各種用途，達到不需以明火燃燒方式進行加熱，完全避免燃燒時所產生之碳化粒子或有毒氣體，藉以有效改善空氣品質。

然而，習知觸媒催化氣相反應之供熱系統，所使用的觸媒反應物，乃由單一種材質暨單層奈米金屬粒子所組合之觸媒反應物，使得習知觸媒反應物，必須加熱至較高溫度，才能與燃料進行熱反應，同時其氧化效率也較低，因此熱反應效率無法有效或更佳地大幅提升。

是以，如何研發一種具多種複合成份奈米金屬粒子之觸媒反應物，讓觸媒反應物能具有更低的起燃溫度以及高氧化效率，即為本發明所欲解決之主要課題。

本發明的目的在於提供一種具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，本發明所述之觸媒反應物，尤指應用於一觸媒催化氣相反應系統，以作為提升觸媒催化氣相反應系統其內部所設燃料燃燒反應的催化活性，觸媒反應物其製程方法包括有：

1、觸媒載體製備：將至少一種氧化物製程一觸媒粉體，再將觸媒粉體進行造粒程序而形成具立體狀之觸媒載體；

2、製備至少一種以上之水相奈米金屬粒子溶液；

3、觸媒載體表面修飾：將觸媒載體浸泡於含有1~15%矽烷基化合物之甲醇溶液中，以靜置1~3小時後，取出觸媒載體並以清洗溶液進行清洗，再將觸媒載體進行烘乾程序並送至冷藏程序；

4、觸媒載體表面接合第一層奈米金屬粒子：將表面完成修飾之觸媒載體浸泡於已製備之水相奈米金屬粒子溶液中，以靜置1~3小時後，取出觸媒載體並以清洗溶液進行清洗，再將觸媒載體進行吹乾，即完成觸媒載體之表面接合形成有第一層奈米金屬粒子；

5、觸媒載體表面再接合多層奈米金屬粒子：將表面完成接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體，浸泡於含有3~25%十二烷基氨基醇之甲醇溶液中以進行修飾，取出已修飾之接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體進行烘乾程序，再浸泡於已製備之水相奈米金屬粒子溶液中，以靜置1~3小時後，取出已接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體並以清洗溶液進行清洗，再將已接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體進行吹乾，即完成已接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體，其表面再接合形成有第二層奈米金屬粒子。

本發明之技術特徵在於，利用含有十二烷基氨基醇之甲醇溶液，再對已具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體進行修飾；之後，再浸泡於相同或不相同金屬材質之水相奈米金屬粒子溶液中，令已具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面再接合形成有第二層奈米金屬粒子，如此可重複此步驟，俾讓具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面，可形成有多層單一成份(或多種複合成份)奈米金屬粒子，達到具多層奈米金屬粒子之觸媒反應物，可以利用粒子之間的界面金屬(即擔體作用力效應)來提升燃料燃燒反應的催化活性，俾讓觸媒反應物能具有更低的起燃溫度以及高氧化效率，大幅提升其熱反應效率。

1:觸媒反應物

2:觸媒催化氣相反應系統

21:反應爐

22:加熱器

23:燃料桶

231:燃料管

232:霧化器

3:放置盤

31:承置槽

32:透孔

第一圖：係本發明具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法一流程圖。

第二圖：係本發明試舉一觸媒催化氣相反應系統之剖面示意圖。

第三圖：係本發明之第二圖示中A圈式處放大示意圖。

為使貴審查員方便簡捷瞭解本發明之其他特徵內容與優點及其所達成之功效能夠更為顯現，茲將本發明配合附圖，詳細敘述本發明之特徵以及優點，以下之各實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請先參閱第一、二及三圖所示，本發明係揭露一種具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，所述觸媒反應物1尤指是應用於一觸媒催化氣相反應系統2，以作為提升觸媒催化氣相反應系統2其內部所設燃料燃燒反應的催化活性，所述觸媒反應物1其製程方法包括有：

步驟1：觸媒載體製備：將至少一種氧化物製程一觸媒粉體，再將觸媒粉體進行造粒程序而形成具立體狀(如：球體、柱體、正方體或長方體等其它立體形狀)之觸媒載體。所述之氧化物可以是二氧化矽、三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化鋯、碳化矽、氮化鋁等其它一種或一種以上組合(複合)之氧化物。

步驟2：製備至少一種以上之水相奈米金屬粒子溶液，所述水相奈米金屬粒子溶液之奈米金屬粒子材質可以是金、銀、鈀、銠、釕或銥等其它金屬材質；另外，所述步驟2可製備二種或二種以上不同奈米金屬材質之水相奈米金屬粒子溶液。

步驟3：觸媒載體表面修飾：將步驟1之觸媒載體浸泡於含有1~15%矽烷基化合物之甲醇溶液中，以靜置1~3小時後，取出觸媒載體並以清洗溶液進行清洗，再將觸媒載體進行烘乾程序並送至冷藏程序。所述矽烷基化合物可以是「3-氨基丙基三乙氧基矽烷(3-Aminopropyl)trimethoxysilane，簡稱APTMS)」、「(3-硫基丙基)三甲氧基硅烷(3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane，簡稱MPTMS)」或「(3-硫基甲基)二甲氧基一乙基硅烷(mercaptomethyl-dimethylethoxy silane，簡稱MMDMES)」。所述清洗溶液可以是離子水或酒精。所述烘乾程序係為將已清洗完成後之觸媒載體放入80℃~90℃烘箱中並進行20分~40分鐘後，取出放置室溫冷卻。所述冷藏程序係將已完成烘乾程序之觸媒載體，置入具氮氣填充之試管中並置於一冰箱進行冷藏。

步驟4：觸媒載體表面接合第一層奈米金屬粒子：將表面完成修飾之觸媒載體浸泡於步驟2已製備之水相奈米金屬粒子溶液中，以靜置1~3小時後，取出觸媒載體並以清洗溶液進行清洗，再將觸媒載體進行吹乾，即完成觸媒載體之表面接合形成有第一層奈米金屬粒子。所述清洗溶液可以是離子水或酒精。所述已清洗完成之觸媒載體可由氮氣進行吹乾。

步驟5：觸媒載體表面再接合多層奈米金屬粒子：將表面完成接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體，浸泡於含有3~25%十二烷基氨基醇(1,12-dodecaneamino，簡稱1,12 DDCA)之甲醇溶液中以進行修飾，取出已修飾之接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體進行烘乾程序，再浸泡於步驟2已製備之水相奈米金屬粒子溶液中，以靜置1~3小時後，取出已接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體並以清洗溶液進行清洗，再將已接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體進行吹乾，即完成已接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面再接合形成有第二層奈米金屬粒子。所述步驟5之烘乾程序係為將接合有第一層奈米金屬粒子之觸媒載體放置於試管中並置入80℃~90℃烘箱烘乾即可。所述清洗溶液可以是離子水或酒精。所述已清洗完成之觸媒載體可由氮氣進行吹乾。

又，本發明可以重複進行步驟5，讓已具第二層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面可形成有多層(如第三層、第四層，以此類推)奈米金屬粒子；此外，步驟3、步驟5之中所述的水相奈米金屬粒子溶液可以是相同金屬粒子材質或不相同金屬粒子材質，使得所述觸媒載體其每一層奈米金屬粒子之材質可以是相同的、部分相同的或全部不相同的，達到讓具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面，可形成有多層單一成份(或多種複合成份)奈米金屬粒子。例如：所述觸媒載體之第一、二層(或多層)奈米金屬粒子的材質皆可以是奈米金粒子；所述觸媒載體之第一層奈米金屬粒子的材質，皆可以是奈米金粒子、而其中第二層(或其它層)奈米金屬粒子的材質，皆可以是奈米白金粒子；所述觸媒載體之第一層奈米金屬粒子的材質皆，可以是奈米金粒子、而其中第二層奈米金屬粒子的材質，可以是奈米白金粒子、且其它層奈米金屬粒子的材質，可以是奈米銀粒子(或其它材質之奈米金屬粒子)。

所述完成步驟5之觸媒反應物1，可設置於一放置盤3，所述之放置盤3設有複數個等距間隔排列之承置槽31，每一承置槽31其周圍設有至少一透孔32，透孔32與承置槽31形成相通；如此，可將複數觸媒反應物1分別設置於放置盤3之承置槽31，令複數觸媒反應物1形成等距間隔排列之形式。

所述放置盤3可設置於觸媒催化氣相反應系統2所設之反應爐21內，由反應爐21內所設之加熱器22，先對觸媒反應物1進行加熱，當觸媒反應物1達到一預設溫度時，即可將加熱器22關閉；此時，燃料桶23內部燃料(可以是甲醇、乙醇、異丙醇或甲烷…等其它燃料)，經由燃料管231、霧化器232，並以霧化器232將燃料霧化噴佈於反應爐21內，使霧化器232所噴出之燃料可穿過每一個承置槽31所設之透孔32，俾讓燃料可均勻分佈於每一個觸媒反應物1，令複數觸媒反應物1能與燃料，形成具較佳及持續性的熱反應。

是以，本發明之技術特徵在於，利用含有十二烷基氨基醇(1,12-dodecaneamino，簡稱1,12 DDCA)之甲醇溶液再對已具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體進行修飾，之後再浸泡於相同或不相同金屬材質之水相奈米金屬粒子溶液中，令已具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面再接合形成有第二層奈米金屬粒子；如此，可重複此步驟，俾讓具第一層奈米金屬粒子之觸媒載體其表面可形成有多層單一成份(或多層及多種複合成份)奈米金屬粒子；達到具多層奈米金屬粒子之觸媒反應物可以利用粒子之間的界面金屬(即擔體作用力效應)，來提升燃料燃燒反應的催化活性，讓觸媒反應物能具有更低的起燃溫度以及高氧化效率；同時，利用具多種奈米金屬粒子之觸媒反應物1，能有較佳的熱反應觸媒性能，達到具多種奈米金屬粒子之觸媒反應物1，比單一奈米金屬粒子之反應物具有更好的熱穩定性及熱反應效率。

步驟1~步驟5

Claims

一種具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，所述該觸媒反應物尤指應用於一觸媒催化氣相反應系統，作為提升該觸媒催化氣相反應系統其內部所設燃料燃燒反應的催化活性，該觸媒反應物其製程方法包括有：

1、觸媒載體製備：將至少一種氧化物製程一觸媒粉體，再將該觸媒粉體進行造粒程序而形成具立體狀之觸媒載體；

2、製備至少一種以上之水相奈米金屬粒子溶液；

3、觸媒載體表面修飾：將該觸媒載體浸泡於含有1~15%矽烷基化合物之甲醇溶液中，以靜置1~3小時後，取出該觸媒載體並以清洗溶液進行清洗，再將該觸媒載體進行烘乾程序並送至冷藏程序；

4、觸媒載體表面接合第一層奈米金屬粒子：將表面完成修飾之該觸媒載體浸泡於已製備之該水相奈米金屬粒子溶液中，以靜置1~3小時後，取出該觸媒載體並以該清洗溶液進行清洗，再將該觸媒載體進行吹乾，即完成該觸媒載體之表面接合形成有第一層奈米金屬粒子；

5、觸媒載體表面再接合多層奈米金屬粒子：將表面完成接合有第一層奈米金屬粒子之該觸媒載體，浸泡於含有3~25%十二烷基氨基醇之甲醇溶液中以進行修飾，取出已修飾之接合有第一層奈米金屬粒子之該觸媒載體進行烘乾程序，再浸泡於已製備之該水相奈米金屬粒子溶液中，以靜置1~3小時後，取出已接合有第一層奈米金屬粒子之該觸媒載體並以該清洗溶液進行清洗，再將已接合有第一層奈米金屬粒子之該觸媒載體進行吹乾，即完成已接合有第一層奈米金屬粒子之該觸媒載體其表面再接合形成有第二層奈米金屬粒子。
如請求項1所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該步驟5可以重複進行，讓已具第二層奈米金屬粒子之該觸媒載體其表面可形成有多層奈米金屬粒子。
如請求項1或2所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該步驟3及步驟5之該水相奈米金屬粒子溶液，可以是相同金屬粒子材質，令該觸媒載體其每一層奈米金屬粒子之材質皆相同。
如請求項1或2所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該步驟3及步驟5之該水相奈米金屬粒子溶液，可以是不相同金屬粒子材質，令該觸媒載體其每一層奈米金屬粒子之材質皆不相同。
如請求項2所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該步驟3及步驟5之該水相奈米金屬粒子溶液，可以是部分相同金屬粒子材質，令該觸媒載體其每一層奈米金屬粒子之材質可以部分相同及部分不相同。
如請求項1或2所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該步驟5完成之該觸媒反應物，用以設置於一放置盤，該放置盤設有複數個等距間隔排列之承置槽，該每一個承置槽其周圍設有至少一透孔，該透孔與該承置槽形成相通，令該每一個觸媒反應物於該放置盤上形成等距間隔排列形式。
如請求項1或2所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該步驟1之該氧化物，可以是二氧化矽、三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化鋯、碳化矽、氮化鋁之其中一種或一種以上的組合。
如請求項1或2所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該步驟3之該矽烷基化合物，可以是3-氨基丙基三乙氧基矽烷(3-Aminopropyl)trimethoxysilane，簡稱APTMS)、(3-硫基丙基)三甲氧基硅烷(3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane，簡稱MPTMS)或(3-硫基甲基)二甲氧基一乙基硅烷(mercaptomethyl-dimethylethoxy silane，簡稱MMDMES)之其中一種。
如請求項1或2所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該清洗溶液，可以是離子水或酒精之其中一種。
如請求項1或2所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該步驟3之烘乾程序，係為將已清洗完成後之該觸媒載體放入80℃~90℃烘箱中並進行20分~40分鐘後，取出放置室溫冷卻，且該冷藏程序係為將已完成烘乾程序之該觸媒載體，置入具氮氣填充之試管中並置於一冰箱進行冷藏。
如請求項1或2所述之具熱反應高效催化之觸媒反應物之製程方法，其中該步驟5之烘乾程序，係為將接合有第一層奈米金屬粒子之該觸媒載體放置於試管中並置入80℃~90℃烘箱烘乾。