Módulo de reactor micro tubular que comprende un material de carbono de panal de abeja micro tubular y procedimiento para la producción del módulo de reactor micro tubular.

Un procedimiento para producir un módulo de reactor micro tubular (1) para usar en sistemas dereactores micro catalíticos,

comprendiendo el procedimiento:

preparar una solución de catalizador metálico (8) que tiene un catalizador metálico de tamaño nanométricodispersado en la misma;

recubrir con la solución de catalizador metálico (8) la superficie de un material de carbono de panal de abeja microtubular (11), estando la superficie en contacto con flujo de fluido;

secar el material de carbono de panal de abeja micro tubular recubierto (11) y reducir entonces la superficierecubierta con catalizador metálico de tamaño nanométrico del material de carbono en una atmósfera reductora; ymontar y sellar una estructura de reactor (15) en torno al material de carbono de panal de abeja micro tubularreducido (11) usando un adhesivo (14)

en el cual el material de carbono de panal de abeja micro tubular (11) se produce mediante las etapas siguientes:mojar y lavar lo suficiente una micro fibra de celulosa con agua destilada y secar la micro fibra de celulosa lavada atemperatura ambiente;

colocar la micro fibra de celulosa secada en un sistema de reactor para tratamiento térmico a alta temperatura yeliminar el oxígeno que permanece en el sistema de reactor por medio de una bomba de vacío; ytratar térmicamente la micro fibra de celulosa en el sistema de reactor en una atmósfera de hidrógeno mientras secontrola la temperatura del sistema de reactor en un intervalo de 500 - 1500 °C.

Módulo de reactor micro tubular que comprende un material de carbono de panal de abeja micro tubular y procedimiento para la producción del módulo de reactor micro tubular.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo de la invención [0001] La presente invención se refiere a un módulo de reactor micro tubular que comprende el material de carbono de panal de abeja micro tubular y a un procedimiento para la producción del módulo de reactor micro tubular y, más concretamente, a tratar térmicamente fibras de celulosa, que son recursos forestales, para formar un carburo que tiene una nueva estructura, y usar el carburo como un soporte de catalizador para construir un sistema de reactor micro catalítico que tiene una estructura micro tubular.

Descripción de la técnica anterior

Recientemente se han realizado activamente estudios sobre el uso de recursos forestales y, concretamente, se ha intentado usar recursos forestales para desarrollar nuevos materiales avanzados en combinación con la nanotecnología (NT) , biotecnología (BT) y tecnología medioambiental (ET) .

Entre los ejemplos de uso de recursos forestales, el desarrollo tecnológico y campo de aplicación más destacable es la tecnología de materiales compuestos que usa fibras de celulosa, y el desarrollo de materiales compuestos de alto rendimiento y respetuosos con el medioambiente se ha perseguido activamente en diversos países.

Recientemente, se han llevado a cabo en países avanzados estudios centrados en la producción de fibras de celulosa de tamaño nanométrico y en el uso de las mismas para sintetizar materiales compuestos que tienen propiedades mecánicas mejoradas. La tecnología que emplea recursos forestales también es aplicable a materiales para energía híbrida, adsorbentes, electrodos y materiales de baterías, además de los materiales compuestos anteriormente descritos.

Sin embargo, los estudios sobre el uso de recursos forestales todavía están en una etapa temprana incluso en países avanzados, y en Corea ha habido poco o ningún desarrollo de tecnología relacionada con este campo.

N. H. Phan y col. describen en su artículo "Production of fibrous activated carbons from natural cellulose (jute, coconut) fibers for water treatment applications", CARBON, Elsevier, Oxford, GB, vol. 44, no. 12, 1. Octubre 2006, páginas 2569 – 2577, el uso de fibras de carbono activado (ACF) , en el cual se realiza una carbonización a 950 °C con flujo de nitrógeno y una activación con CO2 a 950 °C de fibras de celulosa natural (yute, coco) . Las fibras de carbono activado muestran volumen de mesoporos y micro túbulos.

El documento de Junhui He y col.: "Fabrication of metal-nanoparticle / carbon-fiber composites having a microtube-array morphology", Journal of Nanoparticle Research, Kluwer Academic Publishers, Do, vol. 9, no. 5, 8. Noviembre, 2006, páginas 931 – 937, describe la incorporación de iones de Pt en fibra de sisal (SF) y, tras una carbonización a 400 °C, una morfología de matriz de micro tubos de la SF.

Los documentos GB1016351A y FR1269274A desvelan la carbonización de fibras naturales, en concreto un procedimiento de carbonización lenta en una atmósfera reductora o inerte a una temperatura de hasta 1200 °C.

El documento de J. M. Bae y col.: "Microchannel development for autothermal reforming of hydrocarbon fuels", Journal of Power Sources, Elevier SA, CH, vol. 139, no. 1 – 2, 4. Enero 2005, páginas 91 – 95, describe el desarrollo de estructuras de catalizador con micro canales que son capaces de disminuir la resistencia a la difusión en el procesado de combustible para sistemas de celdas de combustible.

El documento JP2004188258 A desvela un micro reactor con una estructura de paso precisa como un lugar para la reacción catalítica de pequeñas cantidades que comprende un tubo poroso que porta el catalizador que es una membrana de fibra hueca de material cerámico porosa.

Las solicitudes de patentes relativas al campo de uso de recursos forestales no han mostrado un claro aumento en cuanto al número de las mismas. Sin embargo, según la tendencia de estudios recientes en EEUU y países europeos, el número de estudios ha aumentado ligeramente desde el año 2005, y se considera que el desarrollo de tecnología relativa al uso de recursos forestales aumentará rápidamente a partir del año 2010, cuando se espera que la demanda de nano/bio-tecnologías y tecnologías energéticas/medioambientales crezca rápidamente.

Recientemente, se han realizado regularmente estudios en el campo de sistemas de reactores micro catalíticos. Por ejemplo, hay una realización en la cual se forman micro canales en una lámina metálica fina y se recubren con un catalizador, y la lámina fina resultante se aplica en sistemas de reactores para celdas de combustible o en intercambiadores de calor.

Tales sistemas de reactores micro catalíticos se han usado en diversos campos, incluyendo tecnología de celdas de combustible, sistemas de convertidores de hidrógeno y tecnología de micro intercambiadores de calor, de forma que estos sistemas de reactores se pueden aplicar en los campos de piezas electrónicas y sistemas de energía de pequeño tamaño, y los campos de aplicación y mercados de los mismos son ilimitados.

Sin embargo, en la tecnología anterior hay problemas porque los procesos necesarios para su terminación, incluyendo un proceso de formación de canales, un proceso de recubrimiento con catalizador, un proceso de calcinación y un proceso de unión de una lámina metálica fina, que tiene los micro canales formados en la misma, a un sistema de reactor, son muy complicados, y porque hay limitaciones en cuanto al tamaño de los canales y a la cantidad de recubrimiento con catalizador, debido a que cada uno de los canales está constituido por un canal corto y, por tanto, no es sencillo lograr la miniaturización y mejora en la eficacia del sistema de reactor.

Además, todavía no hay ningún informe sobre un soporte de catalizador producido usando recursos forestales tales como fibra celulosa, como se desvela en la presente invención, un sistema de reactor micro catalítico que comprende el soporte de catalizador y tecnologías de aplicaciones relacionadas.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se ha realizado para resolver los problemas anteriormente descritos y es un objeto de la presente invención proporcionar un módulo de reactor micro tubular que comprende un material de carbono de panal de abeja micro tubular, que tiene la estructura única de fibra de celulosa carbonizada a alta temperatura.

Otro objeto adicional de la presente invención es proporcionar un procedimiento para producir un módulo de reactor micro tubular que comprende un material de carbono de panal de abeja micro tubular, que tiene la estructura única de fibra de celulosa carbonizada a alta temperatura.

Para lograr los objetos anteriores, según un aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para producir un módulo de reactor micro tubular para uso en sistemas de reactores micro catalíticos, incluyendo el procedimiento: preparar una solución de catalizador metálico que tiene un catalizador metálico de tamaño nanométrico dispersado en la misma; recubrir con la solución de catalizador metálico la superficie interna del material de carbono de panal de abeja micro tubular producido según dicho procedimiento, estando la superficie interna en contacto con flujo de fluido; secar el material de carbono de panal de abeja micro tubular recubierto y reducir la superficie recubierta de catalizador metálico de tamaño nanométrico del material de carbono en una atmósfera reductora; y montar y sellar la estructura de reactor en torno al material de carbono de panal de abeja micro tubular reducido usando un adhesivo.

La presente invención se refiere al campo de aplicación de materiales de celulosa que recientemente se han estudiado y usado en diversos campos. La presente invención tiene ventajas porque se puede formar una estructura de canales micro tubulares que tienen una superficie mesoporosa de una forma muy sencilla a partir de fibra de celulosa, que es un biomaterial a partir del cual se pueden obtener carburos con diversas estructuras, y porque la estructura de canales micro tubulares se puede usar como un soporte de catalizador para construir no solo un sistema de combustión catalítica de gran tamaño, sino también un sistema de micro reactor, que es aplicable en el campo de sistema de energía de pequeño tamaño.

Concretamente, los sistemas de reactores micro catalíticos se han usado recientemente en diversos campos, incluyendo tecnología de celdas de combustible, sistemas... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir un módulo de reactor micro tubular (1) para usar en sistemas de reactores micro catalíticos, comprendiendo el procedimiento: preparar una solución de catalizador metálico (8) que tiene un catalizador metálico de tamaño nanométrico dispersado en la misma; recubrir con la solución de catalizador metálico (8) la superficie de un material de carbono de panal de abeja micro tubular (11) , estando la superficie en contacto con flujo de fluido; secar el material de carbono de panal de abeja micro tubular recubierto (11) y reducir entonces la superficie recubierta con catalizador metálico de tamaño nanométrico del material de carbono en una atmósfera reductora; y montar y sellar una estructura de reactor (15) en torno al material de carbono de panal de abeja micro tubular reducido (11) usando un adhesivo (14) en el cual el material de carbono de panal de abeja micro tubular (11) se produce mediante las etapas siguientes: mojar y lavar lo suficiente una micro fibra de celulosa con agua destilada y secar la micro fibra de celulosa lavada a temperatura ambiente; colocar la micro fibra de celulosa secada en un sistema de reactor para tratamiento térmico a alta temperatura y eliminar el oxígeno que permanece en el sistema de reactor por medio de una bomba de vacío; y tratar térmicamente la micro fibra de celulosa en el sistema de reactor en una atmósfera de hidrógeno mientras se controla la temperatura del sistema de reactor en un intervalo de 500 – 1500 °C.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual la etapa de preparar la solución de catalizador metálico (8) que tiene el catalizador metálico de tamaño nanométrico dispersado en la misma se lleva a cabo dispersando en agua destilada uno cualquiera o más seleccionados del grupo constituido por níquel, platino, paladio y rodio, en una concentración del 0, 1 – 1 % en moles.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en el cual recubrir con la solución de catalizador metálico

(8) la superficie del material de carbono de panal de abeja micro tubular (11) se lleva a cabo: colocando la dispersión de catalizador en una primera micro pipeta (7) para formar una gota y situando la primera micro pipeta (7) en un lado; colocando el material de carbono de panal de abeja micro tubular anteriormente producido (11) en una segunda micro pipeta (7) , sellando el espacio entre la segunda micro pipeta (7) y el material de carbono de panal de abeja micro tubular (11) con un adhesivo óptico (71) y situando la segunda micro pipeta (7) en otro lado; y formando un gradiente de presión entre ambos extremos del material de carbono de panal de abeja micro tubular

(11) usando la fuerza capilar del material de carbono de panal de abeja micro tubular (11) y una bomba de vacío de forma que succione cuidadosamente la gota de solución de catalizador formada en la primera micro pipeta (7) y que recubra con catalizador la superficie de los micro túbulos fijados en la segunda micro pipeta (7) , y repitiendo este proceso de formación de gradiente de presión para recubrir con catalizador la superficie de los micro túbulos.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la etapa de montar y sellar la estructura de reactor (15) en torno al material de carbono de panal de abeja micro tubular reducido (11) usando el adhesivo (14) se lleva a cabo:

colocando el material de carbono de panal de abeja micro tubular reducido (11) en media estructura de reactor rellena con un adhesivo para cerámicos;

cubriendo el material de carbono de panal de abeja micro tubular resultante (11) con otra media estructura de reactor rellena con un adhesivo para cerámicos, y secando el módulo de reactor micro tubular resultante a 100 – 150 °C durante más de 24 horas; y, a continuación, sellando todos los espacios en el módulo de reactor micro tubular secado mediante soldadura láser, si la estructura de reactor (15) está hecha de un metal de acero inoxidable, o sellando los espacios con un adhesivo para cerámicos de alta temperatura, si la estructura de reactor (15) está hecha de un material cerámico.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el cual el sellado del módulo de reactor (1) se lleva a cabo usando un adhesivo de base epoxi a una temperatura inferior a 300 °C o un adhesivo para cerámicos a una temperatura superior a 300 °C.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual el material de carbono de panal de abeja micro tubular (11) comprende unas cuantas decenas de micro túbulos en el mismo y mesoporos en su superficie.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual la micro fibra de celulosa comprende fibras naturales tales como henequén o Setaria viridis.

8. El módulo de reactor micro tubular (1) para uso en sistemas de reactores micro catalíticos, que se produce según el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

9. El módulo de reactor micro tubular (1) de la reivindicación 8, que comprende

una estructura de reactor (15) en torno a un material de carbono de panal de abeja micro tubular (11) , estando la estructura de reactor (15) para fijar el módulo de reactor micro tubular (1) y conectar el mismo con una tubería de trasporte de gas (4) , y

un adhesivo (14) para rellenar y sellar el espacio entre el material de carbono de panal de abeja micro tubular (11) y la estructura de reactor (15) .