[发明专利]微通道反应器内高稳定性催化层及其制备方法

摘要

本发明公开了一种微通道反应器内高稳定性催化层，附着在微通道的内壁面上，以微通道的内壁面为基底(1)，由下往上依次附着有聚多巴胺基底层(2)、金属颗粒基底层(3)、聚多巴胺载体层(4)、催化剂颗粒层(5)；所述的金属颗粒为钯或者铂或者铜或者银，所述的催化剂颗粒为钯纳米颗粒或者铂纳米颗粒或者镍纳米颗粒。还公开了该催化层的制备方法，包括如下步骤：1)微通道内壁面预处理：2)聚多巴胺基底层制备：3)金属颗粒基底层制备：4)聚多巴胺载体层制备；5)催化剂颗粒层制备。增大微通道内壁面表面积、提高载体层表面积，提供更多的吸附位点，提高催化剂前驱体利用率，减小催化剂粒径，显著提升反应器性能及稳定性。

主权项

1.一种微通道反应器内高稳定性催化层，附着在微通道的内壁面上，其特征在于：以微通道的内壁面为基底(1)，由下往上依次附着有聚多巴胺基底层(2)、金属颗粒基底层(3)、聚多巴胺载体层(4)、催化剂颗粒层(5)；所述的金属颗粒为钯或者铂或者铜或者银，所述的催化剂颗粒为钯纳米颗粒或者铂纳米颗粒或者镍纳米颗粒；所述的微通道反应器内高稳定性催化层是通过如下步骤制备得到的：1)微通道内壁面预处理：将反应器的微通道内部冲洗干净，吹去水分备用；2)聚多巴胺基底层制备：将多巴胺水溶液以1～4mL/h的流量注入经过预处理的反应器微通道内，持续通入2～10小时，然后用蒸馏水冲洗，40～70℃烘干，烘干的同时在微通道内持续通入氮气，冷却，置于氮气中备用；3)金属颗粒基底层制备：在制备了聚多巴胺基底层的微通道内充满配置好的浓度为1～50mM的含有金属阳离子的前躯体溶液，然后置于加热板上并加热至35～65℃，保温的同时持续向微通道内通入该前躯体溶液，流量为0.1～1μL/min，保持4～20小时；然后在微通道内注入蒸馏水冲洗，去除残留蒸馏水，进行金属离子的还原，所述还原方式为氢气氛围升温还原或者还原剂溶液液相还原；所述含有金属阳离子的前躯体溶液为四氯钯酸钾或者氯铂酸或者氯钯酸或者氯化铜或者硝酸银水溶液；所述氢气氛围升温还原的方法为将微通道置于管式电阻炉中，将电阻炉管内抽真空，随后充入氮气至管内压力达到大气压，循环三次后，再次抽真空后通入氢气至大气压，并保持氢气流量为50～100mL/min连续不断地向电阻炉管内通入氢气，电阻炉的温升速率设为1～10℃/min，从室温条件升温至100～250℃，升温完成后保持还原反应2～8小时，反应完成后待炉腔冷却至室温后取出，即完成金属颗粒基底层的制备；所述还原剂溶液液相还原的方法为配置浓度为2～50mM的硼氢化钠或二甲胺基硼烷或葡萄糖或者盐酸羟胺水溶液，将配置好的还原剂溶液以2～10μL/min的流量通入微通道内，持续通入0.5～4小时，通入蒸馏水冲洗，去除残留蒸馏水，置于氮气中备用，即完成金属颗粒基底层的制备；4)聚多巴胺载体层制备：在经过步骤3)处理后的反应器微通道内，以0.5～1mL/h的流量持续通入多巴胺溶液3～6小时，注入蒸馏水冲洗，40～70℃烘干，冷却，置于氮气中备用；5)催化剂颗粒层制备：在经过步骤4)处理后的反应器微通道内，注入含有催化剂阳离子的前躯体溶液，无电化沉积催化剂，然后将催化剂还原，即完成催化剂颗粒层的制备；所述含有催化剂阳离子的前躯体溶液为四氯钯酸钾或者氯钯酸或者氯铂酸水溶液。