[发明专利]一种3D打印整体式催化剂的方法

权利要求书

1.一种3D打印整体式催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将设计的整体式催化剂的三维模型针对不同的催化反应进行仿真，根据仿真效果对整体式催化剂的三维模型进行优化设计；

2）将步骤1）优化后的整体式催化剂的三维模型切片后导入螺杆挤出3D打印机中，对整体式催化剂的表面区域层采用催化活性组分浆料3D打印，对整体式催化剂的内部骨架区域采用陶瓷浆料3D打印，得到整体式催化剂初坯；

3）将步骤2）3D打印得到的整体式催化剂初坯进行恒温恒湿干燥；

4）将步骤3）恒温恒湿干燥后的整体式催化剂初坯进行高温烧结工艺，得到3D打印整体式催化剂；

所述的步骤1）中仿真的软件为COMSOL或ANSYS，催化反应为甲烷重整、尾气脱硝或加氢脱硫，设计的三维模型为互联多孔、仿生结构的多孔模型，探索不同的催化剂模型结构对催化反应结果的影响，催化剂模型结构包括孔道结构、孔径大小和壁厚；

所述的步骤2）中在铺覆有平整的疏水薄膜的打印底板上3D打印整体式催化剂，疏水薄膜为聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）疏水材料制成的薄膜；

所述的步骤2）中整体式催化剂的表面区域层为整体式催化剂外表面向内0.5~1mm厚的区域，内部骨架区域为表面区域层向内的所有区域；

所述的步骤3）中的恒温恒湿干燥工艺为：将3D打印的整体式催化剂初坯与底板一起放入恒温恒湿环境中，恒温温度为25℃，相对湿度选择范围为80~92%，干燥6小时，使整体式催化剂初坯与疏水薄膜分离；对整体式催化剂初坯继续进行上述的恒温恒湿干燥工艺，干燥12~15小时；将恒温温度设置为25℃，相对湿度设置为40%，继续恒温恒湿干燥3小时；将恒温恒湿干燥后的整体式催化剂初坯放入烘箱中，温度设置为100℃，干燥10~20分钟。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印整体式催化剂的方法，其特征在于：所述的步骤2）中催化活性组分浆料的组成为活性组分30~60wt%，助挤剂0~2wt%，粘结剂10~20wt%，分散剂30~60wt%；

所述的活性组分为分子筛、金属、金属盐的一种或多种混合，分子筛为钛硅分子筛、ZSM-5或4A，金属为铂、钯或镍，金属盐为硝酸银或硝酸钯；助挤剂为田菁粉；粘结剂为甲基纤维素、瓜尔豆胶、硅溶胶或铝溶胶；分散剂为聚乙二醇或蒸馏水。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印整体式催化剂的方法，其特征在于：所述的步骤2）中的陶瓷浆料的组成为陶瓷粉末20~70wt%，粘结剂0~20wt%，胶溶剂0~6wt%，助挤剂0.1~2wt%，分散剂29.9~60wt%；

所述的陶瓷粉末为拟薄水铝石、氧化铝、氧化硅、氧化镁的一种或多种混合，粘结剂为甲基纤维素、瓜尔豆胶、膨润土、硅溶胶或铝溶胶，胶溶剂为稀硝酸或稀醋酸，助挤剂为田菁粉，分散剂为聚乙二醇或蒸馏水。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印整体式催化剂的方法，其特征在于，所述的步骤2）中3D打印参数设置为：料筒进气压力0.4~1MPa，打印速度10~50mm/s，螺杆转速10r/min~50r/min，打印喷嘴直径0.4~1.4mm，打印表面区域层时，陶瓷浆料停止进料；打印内部骨架区域时，催化活性组分浆料停止进料。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印整体式催化剂的方法，其特征在于，所述的步骤4）中的高温烧结工艺为：将恒温恒湿干燥后的整体式催化剂初坯在高温烧结炉中进行焙烧工艺，以4℃/min的升温速度升至400~800℃，保温3~8小时，随炉冷却至室温。

6.根据权利要求1所述的一种3D打印整体式催化剂的方法，其特征在于：所述的步骤4）中最终所得的3D打印整体式催化剂的压碎强度为120~190N/cm，比表面积为150~245m²/g。