[发明专利]一种基于3D打印的金属基自催化反应器及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种基于3D打印的金属基自催化反应器及其制备方法和用途，所述制备方法包括以下步骤：1)采用三维软件生成自催化反应器的结构，结构的骨架采用重复结构单元填充；2)采用金属粉体作为打印原料，设定打印参数，在保护气氛下进行3D打印；3)退火，将打印件和基板进行分离；4)焙烧，还原处理。其通过3D打印技术一体成型的金属基自催化反应器具备反应器和催化剂的双功能，并且其一体化成型速度较快、结构精度高、机械强度高、催化剂不易脱落，可有效解决传统催化剂机械强度不足、长期使用易粉化破碎导致反应通道堵塞、以及表面活性组分脱落降低反应活性等问题。

技术领域

本发明涉及反应器领域，特别是涉及一种基于3D打印的金属基自催化反应器及其制备方法和用途。

背景技术

催化剂和反应器是催化系统的两个重要组成部分。催化剂可以改变反应途径，提高反应效率，或者选择性地产生目标化学物质，其研究主要集中在制备方法、反应机理、结构表征、催化剂性能等方面。反应器具有为各种催化反应提供适宜环境的重要功能，反应器的研究主要集中在反应器类型和功能化、强化传热传质、降低压降等方面。到目前为止，催化剂和反应器的研究仍然是两个不同的方向。将催化剂与反应器功能集成以有效控制化学反应的研究还很少。因此，发展其功能集成是未来催化体系实现卓越化学合成的迫切需要。

3D打印(增材制造)技术在航空航天、国防军工、医疗器械、汽车制造、注塑模具等领域得到了广泛的研究。目前催化剂和反应器的制造过程是相互独立的，成型速度相对较慢，并且催化剂机械强度较低，长期使用出现的粉化、破碎及脱落等问题可能会导致催化剂或反应器孔道堵塞和催化活性降低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于3D打印的金属基自催化反应器及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明提供一种基于3D打印的金属基自催化反应器的制备方法，包括以下步骤：

1)采用三维软件生成自催化反应器的结构，结构的骨架采用重复结构单元填充；

2)采用金属粉体作为打印原料，设定打印参数，在保护气氛下进行3D打印；

3)退火，将打印件和基板进行分离；

4)焙烧，还原处理。

优选地，所述三维软件选自AutoCAD、3DMAX、SolidWorks和Materialise Magics中的一种。更优选地，所述三维软件为Materialise Magics。

优选地，所述自催化反应器为圆柱体，且设有若干个从一端贯穿至另一端的孔道。

优选地，重复结构单元对结构的骨架进行填充时，各重复结构单元为同一结构且同一朝向填充。

优选地，所述重复结构单元具有镂空立体结构。

优选地，所述镂空立体结构为由若干个柱状部形成的。

优选地，所述重复结构单元中，若干个所述柱状部的一端均连接于同一核心，且每两个柱状部位于同一直线上。优选地，所述柱状部长度均相同。更优选地，任意两个柱状部之间的夹角相同。更优选地，所述柱状部至少为6～12个。

优选地，所述重复结构单元中，其中若干个柱状部形成四边形结构或三角形结构。

更优选地，每个所述四边形结构的内部填充有柱状部或者四边形结构的各端点延伸有柱状部。

更优选地，每个所述三角形的内部填充有柱状部或者各端点延伸有柱状部。

更优选地，所述重复结构单元具有高比表面积的特性，比表面积至少为300m²/g。