[发明专利]一种基于3D打印技术的仿生结构整体型催化剂的制备方法

说明书

一种基于3D打印技术的仿生结构整体型催化剂的制备方法，涉及催化剂的制备。包括如下步骤：1)在动物骨骼端部截取一块松质骨，在三氯乙烯中浸泡去脂，并经过超声处理，制备得到多孔的松质骨样本；2)对步骤1)所得的松质骨样本进行Micro‑CT扫描，得到一系列松质骨样本的Micro‑CT图像，对Micro‑CT图像进行重建得到松质骨样本的三维数字模型；3)使用3D打印技术对步骤2)所得到的三维数字模型进行3D打印，制备得到仿生结构整体型催化剂。具有优异力学性能，能有效降低气体通过催化剂时的压降，降低能耗，可广泛应用于催化反应等领域。

技术领域

本发明涉及催化剂的制备，尤其是涉及一种基于3D打印技术的仿生结构整体型催化剂的制备方法。

背景技术

在工业上，催化剂通常以颗粒填料的形式填充在固定床反应器中。固定床反应器催化剂具有许多缺点，如压降大，传热差。对于强烈的放热反应，不良的传热会导致固定床反应器中形成热点，从而导致催化剂失活。另外，由于催化剂颗粒的填充方式是随机的，反应物在反应器中的停留时间也不同，从而降低了反应的选择性。为了解决这些问题，开发了整体型催化剂。

整体型催化剂首次应于汽车尾气的处理器，其通道为蜂窝状的直通道。蜂窝状整体型催化剂是通过挤压成型法制备的，由于其制备方法简单而得到广泛的应用。与固定床反应器催化剂相比，蜂窝状整体型催化剂可以有效降低通道中流体的阻力。但是，由于缺乏径向传质和传热，这种结构的催化剂应用于催化反应时，反应物不能充分的与催化剂的活性位点接触，造成反应物未能充分反应就离开催化剂，反应物的转化率较低。

中国专利申请CN201910718129.9公开一种3D打印整体催化剂的制备方法。通过光固化打印机打印出三维立体模型，然后在高温下进行碳化，形成的三维碳化物再负载磷钨酸，制备出一种用于深度氧化脱硫的3D打印整体催化剂。中国专利申请CN201810319113.6公开一种3D打印成型制备的蜂窝式脱硝催化剂及其制备方法，催化剂内部呈蜂窝状，由材料线条一层一层沿坐标Z轴方向叠积而成；每层中的材料线条为平行等距排列，相邻两层中的圆柱线条呈垂直叠压。制备时将脱硝钛钨粉50～60份、偏钒酸铵0.5～1份、流变助剂0.5～2.5份、增稠剂1～1.5份、去离子水38～45份，搅拌均匀后经挤压过滤得到打印泥膏，在3D打印机打印出催化剂坯体，然后分别放入恒湿恒温养护箱、鼓风式干燥箱中干燥后，在马弗炉中610℃下焙烧，得到高孔密度蜂窝式脱硝催化剂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供具有优异力学性能，能有效降低气体通过催化剂时的压降，降低能耗的一种基于3D打印技术的仿生结构整体型催化剂的制备方法。

本发明包括如下步骤：

1)在动物骨骼端部截取一块松质骨，在三氯乙烯中浸泡去脂，并经过超声处理，制备得到多孔的松质骨样本；

2)对步骤1)所得的松质骨样本进行Micro-CT扫描，得到一系列松质骨样本的Micro-CT图像，对Micro-CT图像进行重建得到松质骨样本的三维数字模型；

3)使用3D打印技术对步骤2)所得到的三维数字模型进行3D打印，制备得到仿生结构整体型催化剂。

在步骤1)中，所述动物骨骼可选自动物的股骨、胫骨和腰椎骨等松质骨含量较高的骨骼；所述松质骨的孔隙率大于40％，以使得其具有较好的连通性，保证气体顺利通过；所述浸泡的时间可为48～72h；所述超声处理的时间可为5～30min。

在步骤2)中，所述Micro-CT扫描的分辨率应优于100μm。