[发明专利]催化剂负载骨架、单元及其制备方法、催化燃烧反应系统

说明书

本发明公开一种催化剂负载骨架，包括层叠排布的若干长方体板和支撑骨架，任意一长方体板的板面和支撑骨架的表面均负载催化剂，从而增大了催化剂的负载表面积；同时，长方体板的多层层叠排布结构，能够将反应管道内的有限空间切分成数个不同区域，进一步增大气体与催化剂的反应面积。本发明还提出了包含上述催化剂负载骨架的催化剂单元及该催化剂单元的制备方法，极薄的催化剂膜厚度能够使催化燃烧反应发生时产生的热量积聚在骨架上表面，从而在局部范围内产生极大的温度差，实现室温温度下的乏风瓦斯等废气的催化氧化。本发明还提出一种催化燃烧反应系统，可有效提高废气的处理量。

技术领域

本发明涉及催化燃烧技术领域，特别是涉及催化剂载体、催化剂单元、催化剂单元制备方法以及催化燃烧反应系统。

背景技术

催化燃烧是一种能够高效回收利用乏风瓦斯等废气的处理方法，它可以在较低温度下实现乏风瓦斯等废气的氧化，同时减少处理过程中的NO_x和CO等污染物气体的排放。将微纳加工技术与催化燃烧技术结合发展出来一种全新的能源技术，能够克服常规催化燃烧技术所存在的加工难、材料浪费、热损耗等技术难题。该方法采用微纳加工技术，在纳米尺度下通过纳米催化剂薄膜将化学能转化为热能，从而在局部范围内产生极大的温度差，实现室温温度下乏风瓦斯等废气的催化氧化。

然而，目前的纳米催化燃烧反应系统中，纳米催化剂薄膜的负载骨架为小尺寸单晶n-Si(100)薄片，反应室尺寸为8 cm×3.5 cm×0.5 cm，混合气体流量为3 mL/min~15mL/min，普遍存在可负载催化剂面积小，催化剂易受燃烧反应影响导致失活，可处理废气流量有限，不能用于工业化大规模处理等弊端。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种催化剂负载骨架，以主要解决现有纳米催化剂薄膜负载骨架所存在的可负载催化剂面积小的问题。为实现上述目的，本发明提供一种催化剂负载骨架，包括：

若干长方体板，所述若干长方体板层叠排布形成层叠体，且任意相邻两所述长方体板之间均间隔布置，任意一所述长方体板的板面均用于负载催化剂，且任意两块所述长方体板的长度均相同；

支撑骨架，所述支撑骨架的表面用于负载催化剂；所述层叠体的两端均设置有所述支撑骨架，且任意一所述长方体板均与所述支撑骨架连接。

可选的，任意相邻两所述长方体板之间的间隔均相同。

可选的，所有所述长方体板层叠排布形成圆柱状层叠体，其中，任意一所述长方体板的厚度均为1mm，任意相邻两所述长方体板之间的布置间隔均为1mm，所述长方体板的宽度满足以下三种情况之一，其中：

情况一、距离所述圆柱状层叠体的轴线的距离为D=Y/2-2n+1 mm的所述长方体板的板宽为mm，其中，n为所述长方体板所在的层数，其由所述圆柱状层叠体的外侧向所述圆柱状层叠体的轴线依次计数，n为为大于等于1且小于等于Y/4的整数，Y为所述圆柱状层叠体的外圆轮廓面的直径，且Y与Y/2均为偶数；

情况二、距离所述圆柱状层叠体的轴线的距离为D=Y/2-2n mm的所述长方体板的板宽为mm，其中，n为所述长方体板所在的层数，其由所述圆柱状层叠体的外侧向所述圆柱状层叠体的轴线依次计数，n为大于等于1且小于等于Y/4的整数，Y为所述圆柱状层叠体的外圆轮廓面的直径，且Y为偶数，Y/2为奇数；

情况三、距离所述圆柱状层叠体的轴线的距离为D=Y/2-2n+1/2 mm的所述长方体板的板宽为 mm，其中，n为所述长方体板所在的层数，其由所述圆柱状层叠体的外侧向所述圆柱状层叠体的轴线依次计数，n为大于等于1且小于等于Y/4的整数，Y为所述圆柱状层叠体的外圆轮廓面的直径，且Y为奇数。

可选的，所述支撑骨架为椭圆状板，所述椭圆状板的长轴长度为2Y mm，短轴长度为 mm，其中，Y为所述圆柱状层叠体的外圆轮廓面的直径；所述椭圆状板与所述圆柱状层叠体同轴布置；所述支撑骨架的顶部设置有用于与反应管道连接的连接部。