[发明专利]多孔稳定化床、其制造方法和包括多孔稳定化床的制品

说明书

相关申请的引用

本申请要求2011年7月8日提交的美国申请号US61/505890的权益，其全部内容包括在此以供参考。

背景技术

包括磁性颗粒的流化床通常用于促进高温化学反应。为了产生含磁性颗粒的流化床，将磁性颗粒置于基板上然后一起烧结。然而，在烧结过程中，形成基板的颗粒熔合到一起从而产生金属氧化物团块，其具有非常低的表面积并且不再能被流化。图1示出了烧结工艺。在图1中，可以看到具有磁性颗粒置于其上的粉末颗粒被烧结并熔合到一起形成金属氧化物团块，该金属氧化物团块具有非常低的表面积。金属氧化物的低表面积团块不适于支持化学反应且不能流化。

因此需要开发制造整体床（monolithic bed）的方法，其具有高孔隙率和表面积，且其可以以类似于流化床的方式发挥作用。整体固体床（monolithic solid bed）区段用于进行化学反应是期望的。

关于联邦资助的研究或支持的声明

根据来自美国能源部/国家能源技术实验室（NETL）的授予资金编号DE-FE0001321的授予，美国政府对本发明享有权利。

发明内容

本发明公开了一种方法，包括在反应器中设置第一颗粒；第一颗粒是磁性颗粒或者可受磁场、电场、或磁场与电场的组合影响的颗粒；在反应器中流化第一颗粒；对反应器施加均匀磁场、均匀电场、或均匀磁场与均匀电场的组合；提升反应器温度；以及熔合第一颗粒从而形成整体固体（整块固体，monolithic solid）。

本发明还公开了一种方法，包括在反应器中设置第一颗粒；所述第一颗粒是磁性颗粒或者可受磁场、电场、或电场与磁场的组合影响的颗粒；在反应器中流化第一颗粒；对反应器施加均匀磁场、均匀电场、或均匀磁场与均匀电场的组合；将多种反应物置于反应器中；提升反应器温度从而使反应物在反应器中反应；以及熔合第一颗粒从而形成整体固体。

本发明还公开了包括整体固体的制品，该整体固体包括以对齐链（aligned chain）的形式熔合在一起的多个金属颗粒；所述整体固体是多孔的。

附图说明

图1是常规流化床反应器中发生颗粒熔合的示图；

图2是产生整体固体的示例性装置的示图；

图3A是开始反应之前若干铁粉颗粒的扫描电子显微镜图像；

图3B是开始反应之前二氧化硅颗粒的扫描电子显微镜图像；

图4是用于实施例1中装置的示图；

图5以不同放大倍数示出使用表1中列出的铁和二氧化硅颗粒磁稳定的多孔结构的小样品的扫描电子显微镜显微镜图像；

图6示出了在7个连续氧化/还原周期中，对于100克铁（与105克二氧化硅混合）氢气生产速率数据的曲线图；

图7示出了在800℃，8个连续氧化/还原周期中氢气的相对产量（fractional yield）；

图8示出了在800℃，8个连续氧化/还原周期中二氧化碳的相对产量（实线为FY_CO2，虚线为注入的CO流速）；

图9为使用不同反应材料的重复氧化还原周期的峰值氢气生产速度比较的示图；

图10为在温度以5℃/min升高到1000℃过程中活性碳氧化的热重分析（TGA）结果的示图；以及

图11示出了碳活化完成后整体固体的显微照片（两个不同放大倍数）。

具体实施方式

可以理解，当指定元件“在另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上，或其间可出现中间元件。相比，当指定一个元件“直接在另一个元件上”时，则没有中间元件出现。如本文所用，术语“和/或”包括一个或更多相关列出项的任何和所有组合。

可以理解，虽然本文术语第一、第二、第三等可以用来描述不同元件、组件、区域、层和/或部件，但这些元件、组件、区域、层和/或部件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部件与另一个元件、组件、区域、层或部件区分开来。因此，下文讨论的第一元件、组件、区域、层或部件可称为第二元件、组件、区域、层或部件，而不偏离本发明的教导。