Procedimiento de infiltración de una estructura (10) de material poroso,

mediante depósito químico en fase vapor, que comprende dos caras opuestas, estando la primera cara (11) expuesta a un flujo gaseoso (12), estando la segunda cara (12), al menos en parte, libre de cualquier contacto, que se caracteriza porque se dispone un soporte (15) perforado con canales paralelos y dotado de un cono (16) de activación de proceso a la salida de estructura de material poroso con relación al flujo gaseoso, estando esta estructura apoyada sobre, o suspendida por encima de, este soporte

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo de infiltración de una estructura de material poroso mediante depósito químico en fase vapor (CVD), para obtener en particular multicapas o heteroestructuras para sistemas catalíticos (“Washcoat” + metal).

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Los sistemas catalíticos de tipo “wash coat” + metal se presentan en forma de películas delgadas continuas y homogéneas y/o de partículas de tamaño nanométrico (de 1 a 100 nm de diámetro), bien dispersadas en la superficie de una estructura densa o porosa. Sus campos de aplicación afectan, por ejemplo, a la catálisis del aire (tratamiento de contaminantes: compuestos orgánicos volátiles (COV), óxidos de nitrógeno (NOx)), a la generación de hidrógeno mediante reformado de hidrocarburos, o de biocarburantes, o al almacenaje de hidrógeno por adsorción.

La técnica de realización convencional de tales catalizadores es la impregnación por vía líquida, por ejemplo mediante depósito de partículas de plata como se describe en el documento referenciado con [1] al final de la descripción, o mediante depósito de partículas de platino como se describe en el documento referenciado con [2]. Los inconvenientes principales de esta técnica son los siguientes:

- necesita una cantidad importante de materia depositada: de 5 a 10 veces más que el mediante depósito CVD;

- induce una falta de homogeneidad en el depósito debido al flujo de líquido en el seno de las estructuras porosas;

- debe ir seguida de una etapa de tratamiento térmico (secado y calcinación).

El depósito CVD se utiliza en general para recubrir superficies lisas. Para estructuras de material poroso, se prefiere un depósito en fase líquida de modo que penetre mejor estas estructuras. Pero un depósito de ese tipo en fase líquida, es difícilmente controlable y el espesor de depósito es grande. No es por tanto cuestión de utilizarlo para infiltrar materiales con poros muy pequeños.

La presente invención tiene por objeto un procedimiento y un dispositivo de infiltración de una estructura de material poroso mediante depósito químico en fase vapor, que permita resolver los problemas técnicos existentes en las soluciones de la técnica anterior, como se ha definido en lo que antecede.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un procedimiento de infiltración de una estructura de material poroso, mediante depósito químico en fase vapor, que comprende dos caras opuestas, estando la primera cara expuesta a un flujo gaseoso, y estando la segunda cara, al menos en parte, libre de cualquier contacto, que se caracteriza porque se interpone un soporte perforado con canales paralelos y dotado de un cono de activación entre el flujo gaseoso y la estructura de material poroso, estando esta estructura apoyada sobre, o suspendida por encima de, este soporte.

Ventajosamente, el soporte es un soporte cilíndrico de Inconel.

Ventajosamente, se puede igualmente hacer que la estructura de material poroso bascule un ángulo  con relación a la normal del soporte, estando  comprendido entre 1º y 15º.

El procedimiento de la invención comprende las etapas siguientes:

- una primera etapa de síntesis de partículas o de película de óxidos,

- una segunda etapa de dispersión de al menos un metal noble o no noble mediante CVD,

- eventualmente, otra etapa de dispersión de otro metal noble o no noble mediante CVD, y

- una tercera etapa de estabilización de los depósitos catalíticos mediante tratamiento térmico.

En un ejemplo de realización, la primera etapa es una etapa de aplicación de un impregnador o “washcoat”, que puede estar compuesto por varios óxidos mixtos de naturaleza diferente, tomados entre: Al2O3, CeO2-ZrO2, BaO2, zeolita, TiO2/V2O5. En la segunda etapa, el metal puede ser elegido entre: Pt, Pd, Rh, Au, Ag, Cu, Ru. La estructura de material poroso puede ser una estructura cerámica de tipo nido de abeja o una espuma cerámica.

La invención se refiere igualmente a un dispositivo de infiltración de una estructura de material poroso mediante depósito químico en fase vapor que comprende dos caras opuestas, estando la primera cara expuesta a un flujo gaseoso, y medios de mantenimiento de la segunda cara, al menos en parte, libre de cualquier contacto, que se caracteriza porque esos medios de mantenimiento comprenden un soporte perforado con canales paralelos, y dotado de un cono de activación del proceso.

Ventajosamente, el soporte es un soporte cilíndrico de Inconel.

En una variante de realización, el dispositivo de la invención comprende al menos dos sub-soportes superpuestos con reparticiones de aberturas diferentes.

El procedimiento de la invención permite adaptar la técnica CVD forzando el flujo gaseoso a penetrar la estructura de material poroso en todo su espesor. Se dirige así, de forma privilegiada, el flujo gaseoso hacia la primera cara de la estructura de material poroso y se libera al menos en parte la segunda cara de esta estructura con el fin de “aspirar” el flujo gaseoso. La segunda cara “abierta” puede estar adaptada: número de orificios en la estructura, altura D de suspensión de la estructura con relación al soporte, inclinación  de la estructura, etc., en función del tamaño de los canales y del espesor que se desee depositar.

El procedimiento de la invención permite obtener multicapas o heteroestructuras para sistemascatalíticos (capa de impregnador “WashCoat” + metal). Éste permite depositar compuestos del tipo de los óxidos (Al2O3, CeO2, YSZ, V2O5, BaO, TiO2...) en forma de películas continuas o discontinuas (polvos opartículas) sobre un soporte (o substrato) de tipo poroso. Éste permite igualmente depositar compuestos metálicos de los grupos VIII (fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt) y I (Cu, Ag, Au) en forma de nanopartículas.

La geometría particular del soporte dotado de aberturas permite una impregnación eficaz de la estructura de material poroso de tipo soporte filtrante para la catálisis tal como una espuma o nido de abejas con porosidades de 2 a 600 cpsi (canales por pulgada cuadrada y/o 2 a 60 ppi (poros por pulgada cuadrada). La misma conduce a un depósito de capa activa homogénea no solamente desde el punto de vista del espesor, sino también de la estructura. La impregnación de las paredes filtrantes en profundidad de un soporte filtrante de ese tipo favorece el intercambio en volumen y permite optimizar la superficie específica.

El control de las condiciones operativas permite, además, modular la morfología (tamaño) y la concentración (dispersión) de los catalizadores, y acceder de ese modo a la síntesis de partículas de tamaño nanométrico (<20 nm) muy finamente dispersadas (distancia inter-particular < 50 nm).

Gracias al procedimiento de la invención, resulta igualmente posible depositar sistemas catalíticos completos (“washcoat” + metal) en el seno de estructuras de material poroso complejas en superficie (2D) o en volumen (3D). Los catalizadores se presentan bajo la forma de películas delgadas continuas y homogéneas y/o de partículas de tamaño nanométrico (de 1 a 100 nm de diámetro), bien dispersadas en la superficie de un soporte denso o poroso.

El procedimiento de la invención permite, por último:

- realizar la síntesis de los sistemas catalíticos de manera selectiva sobre los soportes gracias a un horno tubular regulable;

- realizar la síntesis de piezas de dimensiones variadas por cambio de la platina de infiltración;

- realizar la estabilización del “washcoat” o de las capas catalíticas activas mediante tratamiento.

Los campos de aplicación del procedimiento y del dispositivo de la invención son, por ejemplo, la catálisis de aire (tratamiento de los COV, de los NOx), la generación de hidrógeno mediante reformado de hidrocarburos, o de biocarburantes, o el almacenaje de hidrógeno por adsorción.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las figuras 1A, 1B y 1C ilustran tres modos de realización del dispositivo de la invención;

las figuras 2A y 2B ilustran un ejemplo de soporte, respectivamente mediante una vista desde arriba y una vista en corte;

la figura 3 ilustra el dispositivo... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de infiltración de una estructura (10) de material poroso, mediante depósito químico en fase vapor, que comprende dos caras opuestas, estando la primera cara (11) expuesta a un flujo gaseoso (12), estando la segunda cara (12), al menos en parte, libre de cualquier contacto, que se caracteriza porque se dispone un soporte (15) perforado con canales paralelos y dotado de un cono (16) de activación de proceso a la salida de estructura de material poroso con relación al flujo gaseoso, estando esta estructura apoyada sobre, o suspendida por encima de, este soporte.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el soporte (15) es un soporte cilíndrico de Inconel.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se bascula un ángulo  la estructura (10) de material poroso con relación a la normal del soporte (15), estando  comprendido entre 1º y 15º.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende las siguientes etapas:

- una primera etapa de síntesis de partículas o de película de óxidos,

- una segunda etapa de dispersión de al menos un metal noble o no noble, mediante CVD.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que el procedimiento va seguido de otra etapa de dispersión de otro metal noble o no noble, mediante CVD.

6. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende una tercera etapa de estabilización de los depósitos mediante tratamiento térmico.

7. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la primera etapa es una etapa de aplicación de una capa de impregnador (“washcoat”).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el impregnador está compuesto por varios óxidos mixtos de naturaleza diferente, elegidos entre: Al2O3, CeO2-ZrO2, BaO2, zeolita, TiO2/V2O5.

9. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que, en la segunda etapa, el metal se elige entre: Pt, Pd, Rh, Au, Ag, Cu, Ru.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la estructura de material poroso es una estructura cerámica de tipo nido de abejas o espuma cerámica.

11. Dispositivo de infiltración de una estructura (10) de material poroso mediante depósito químico en fase vapor, que comprende dos caras opuestas, estando la primera cara expuesta a un flujo gaseoso (12), y medios de mantenimiento de la segunda cara (12), al menos en parte, libre de cualquier contacto, que se caracteriza porque estos medios de mantenimiento comprenden un soporte (15) perforado con canales paralelos, y dotado de un cono (16) de activación de proceso.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que el soporte (15) es un soporte cilíndrico de Inconel.

13. Dispositivo según la reivindicación 11, que comprende al menos dos sub-soportes (30, 31) superpuestos con reparticiones de aberturas diferentes.