多孔穩定化床、其製造方法和包括多孔穩定化床的製品的製作方法

2023-05-27 10:51:56

多孔穩定化床、其製造方法和包括多孔穩定化床的製品的製作方法【專利摘要】本文公開了一種方法，包括在反應器中設置第一顆粒；所述第一顆粒是磁性顆粒或者可受磁場、電場、或電場與磁場的組合影響的顆粒；在所述反應器中流化所述第一顆粒；對所述反應器施加均勻磁場、均勻電場、或均勻磁場與均勻電場的組合；提升所述反應器的溫度；以及熔合所述第一顆粒以形成整體固體。【專利說明】多孔穩定化床、其製造方法和包括多孔穩定化床的製品[0001]相關申請的引用[0002]本申請要求2011年7月8日提交的美國申請號US61/505890的權益，其全部內容包括在此以供參考。【
背景技術：
】[0003]包括磁性顆粒的流化床通常用於促進高溫化學反應。為了產生含磁性顆粒的流化床，將磁性顆粒置於基板上然後一起燒結。然而，在燒結過程中，形成基板的顆粒熔合到一起從而產生金屬氧化物團塊，其具有非常低的表面積並且不再能被流化。圖1示出了燒結工藝。在圖1中，可以看到具有磁性顆粒置於其上的粉末顆粒被燒結並熔合到一起形成金屬氧化物團塊，該金屬氧化物團塊具有非常低的表面積。金屬氧化物的低表面積團塊不適於支持化學反應且不能流化。[0004]因此需要開發製造整體床(monolithicbed)的方法，其具有高孔隙率和表面積，且其可以以類似於流化床的方式發揮作用。整體固體床(monolithicsolidbed)區段用於進行化學反應是期望的。[0005]關於聯邦資助的研究或支持的聲明[0006]根據來自美國能源部/國家能源技術實驗室(NETL)的授予資金編號DE-FE0001321的授予，美國政府對本發明享有權利。【
發明內容】[0007]本發明公開了一種方法，包括在反應器中設置第一顆粒；第一顆粒是磁性顆粒或者可受磁場、電場、或磁場與電場的組合影響的顆粒；在反應器中流化第一顆粒；對反應器施加均勻磁場、均勻電場、或均勻磁場與均勻電場的組合；提升反應器溫度；以及熔合第一顆粒從而形成整體固體(整塊固體，monolithicsolid)。[0008]本發明還公開了一種方法，包括在反應器中設置第一顆粒；所述第一顆粒是磁性顆粒或者可受磁場、電場、或電場與磁場的組合影響的顆粒；在反應器中流化第一顆粒；對反應器施加均勻磁場、均勻電場、或均勻磁場與均勻電場的組合；將多種反應物置於反應器中；提升反應器溫度從而使反應物在反應器中反應；以及熔合第一顆粒從而形成整體固體。[0009]本發明還公開了包括整體固體的製品，該整體固體包括以對齊鏈(alignedchain)的形式熔合在一起的多個金屬顆粒；所述整體固體是多孔的。【專利附圖】【附圖說明】[0010]圖1是常規流化床反應器中發生顆粒熔合的示圖；[0011]圖2是產生整體固體的示例性裝置的示圖；[0012]圖3A是開始反應之前若干鐵粉顆粒的掃描電子顯微鏡圖像；[0013]圖3B是開始反應之前二氧化矽顆粒的掃描電子顯微鏡圖像；[0014]圖4是用於實施例1中裝置的示圖；[0015]圖5以不同放大倍數示出使用表1中列出的鐵和二氧化矽顆粒磁穩定的多孔結構的小樣品的掃描電子顯微鏡顯微鏡圖像；[0016]圖6示出了在7個連續氧化/還原周期中，對於100克鐵(與105克二氧化矽混合)氫氣生產速率數據的曲線圖；[0017]圖7示出了在800°C,8個連續氧化/還原周期中氫氣的相對產量(fractionalyield)；[0018]圖8示出了在800°C，8個連續氧化/還原周期中二氧化碳的相對產量(實線為FYaj2，虛線為注入的CO流速)；[0019]圖9為使用不同反應材料的重複氧化還原周期的峰值氫氣生產速度比較的示圖；[0020]圖10為在溫度以5°C/min升高到1000°C過程中活性碳氧化的熱重分析(TGA)結果的示圖；以及[0021]圖11示出了碳活化完成後整體固體的顯微照片(兩個不同放大倍數)。【具體實施方式】[0022]可以理解，當指定元件「在另一個元件上」時，其可以直接在另一個元件上，或其間可出現中間元件。相比，當指定一個元件「直接在另一個元件上」時，則沒有中間元件出現。如本文所用，術語「和/或」包括一個或更多相關列出項的任何和所有組合。[0023]可以理解，雖然本文術語第一、第二、第三等可以用來描述不同元件、組件、區域、層和/或部件，但這些元件、組件、區域、層和/或部件不應受這些術語限制。這些術語僅用於將一個元件、組件、區域、層或部件與另一個元件、組件、區域、層或部件區分開來。因此，下文討論的第一元件、組件、區域、層或部件可稱為第二元件、組件、區域、層或部件，而不偏離本發明的教導。[0024]本文使用的術語僅用於描述特定實施方式，而不是為了限制。如本文所用，單數形式「一種」、「一」和「該」包括複數形式，除非上下文另外明確指出。應該進一步理解，術語「包括」和/或「包含」或者「含有」在用於本說明書時，規定所述特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、和/或組件的存在，但不排除一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件和/或其中的成員組的存在或附加。[0025]而且，相對術語，如「下」或「底部」和「上」或「頂部」在本文可以用來描述如圖所示的一個元件相對另一個元件的關係。應該理解，相對術語包括除了圖中示出的取向之外的設備不同取向。例如，如果在一個附圖中設備被翻轉，則被示為在其它元件「下」側的元件將取向為在其它元件的「上」側。因此根據附圖中具體取向，示例性術語「下」可以包括「下」和「上」兩個取向。類似地，如果在一個附圖中設備被翻轉，被描述為「在另一個元件下方或下面的」元件可取向為「在另一個元件的上面」。因此，示例性術語「在…下方」或「在…下面」可以包括在上面和在下方兩種取向。[0026]除非另外定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)都具有與本領域技術人員通常理解的相同意義。進一步應該理解，術語，如常用字典中定義的術語，應解釋為具有與其在相關【
技術領域：
】和本公開中的意義一致的意義，而不能解釋為理想化的或過度正式的意義，除非在這裡如此明確定義。[0027]本文示例性實施方式是參考示意性示出理想化實施方式的截面圖描述的。類似地，由於與製造技術和/或公差，預期存在所示形狀的變化。因此，本文所述的實施方式不能解讀為限於本文所示的具體區域形狀，而是包括由於製造導致的形狀偏差。例如，示出或描述為平坦的區域通常可以具有粗糙和/或非線性特徵。而且，所示銳角可以被倒角。因此，附圖所示的區域在本質上是示意的，且其形狀不是為了示出區域的精確形狀，且不是為了限制本申請權利要求的範圍。[0028]連接術語(transitionterm)「包含」涵蓋連接術語「由…組成」和「基本由…組成」。[0029]術語和/或在本文用來指「和」以及「或」。例如，「A和/或B」應解讀為意味著A、B、或者A和B。[0030]本文公開了不同數值範圍。這些範圍包括端點和這些端點之間的數值。這些範圍內的數字和端點上數字可互換。[0031]本文公開了整體固體，其包括是磁性或可受磁場、電場或磁場與電場的組合影響的第一顆粒的鏈。本文公開的磁場是地球磁場之外的磁場。本文公開的電場獨立於由自然光(如，太陽光)產生的電場，並且是由自然光或其它照射源(如，燈泡、氖燈、螢光燈等)的光產生的電場之外的電場。還應該指出，電場和磁場的組合是自然光或其它照射源(如，燈泡、氖燈、螢光燈等)的光產生的電磁場之外的電場和磁場。[0032]本文還公開了整體固體，其包括是磁性或者可受磁場、電場、或磁場與電場的組合影響第一顆粒以及是非磁性並且不受磁場和/或電場影響的第二顆粒的鏈。整體固體是多孔的，其具有高表面積並且可以用於取代流化床或作為流化床之外的裝置進行反應。本文還公開了製造整體固體的方法，所述整體固體包括是磁性或可受磁場、電場或磁場與電場組合影響的第一顆粒鏈。[0033]該方法還包括在磁場、電場或磁場與電場組合存在且在該磁場、電場或磁場與電場組合影響下在流化床反應器中流化第一顆粒和/或第二顆粒，該磁場大於地球磁場。在一個實施方式中，第一顆粒是通過同時使流體流動通過流化床反應器而流化的。在另一個實施方式中，第一顆粒是在靜態流場(即流體基本不流動的場)中流化的，但具有可有效懸浮第一顆粒的密度(強度)。在流體和磁場影響下，第一顆粒與磁場線和/或電場線對齊，並產生包括第一顆粒鏈的連貫結構。因為對齊的顆粒鏈也彼此排斥，這是由於誘導的磁化或由於誘導的點極性導致的，其在鏈間產生具有自然間隔的結構從而產生多孔的粉末化結構。如果流體流和磁/電場在該點中斷，則顆粒散落為顆粒堆。然而，在該階段，在保持流體流和磁場的影響下，流化床反應器的溫度提升，從而將第一顆粒燒結到一起從而形成整體固體。[0034]這樣形成的整體固體具有高表面積並且可以用於在提升的溫度下進行化學反應。在示例性實施方式中，整體固體可以用於氫氣生產循環過程。源自該整體結構的氫氣生產速度顯著提高，特別當與標準流化床比較時，其中顆粒是自由流動的。[0035]整體結構可以進一步在有反應氣體(如含碳氣體)存在時經受提升的溫度從而在整體固體的縫隙處生長碳納米管。可替換地，其它納米棒、納米線或納米顆粒也可以在整體固體的縫隙中生長，從而增加表面積。納米棒、納米線、納米顆粒或碳納米管的存在進一步增加整體固體的表面積，因而當反應在整體固體上進行時增加生產率。[0036]在另一個實施方式中，利用第一顆粒尺寸或第一顆粒成分的分布，可以生產具有成分梯度的整體固體，其中最重的第一顆粒位於整體結構的一端，最輕的顆粒位於整體結構的相對端。整體固體可以製造成包括顆粒尺寸、成分和/或密度的梯度。[0037]在可替換實施方式中，利用電場而非磁場，通過在電場存在下取向顆粒可以在流體流動場存在時對齊，然後熔合到一起從而形成整體固體。這類電性顆粒的實例可以在下面關於電流變流體的段落中發現。[0038]在一個實施方式中，該方法包括流化多個磁性或可被磁化的第一顆粒和多個非磁性且不能被磁化的第二顆粒。該方法包括在磁場存在且在磁場影響下在流化床反應器中流化多個第一和第二顆粒，該磁場大於地球磁場。可替換地，該方法包括在電場存在且在電場影響下在流化床反應器中流化多個第一和第二顆粒，該電場大於地球表面上任何天然產生的電場。可以使用電場和磁場的組合。[0039]在流體流和磁/電場影響下多個第一和第二顆粒與磁/電場線對齊並產生連貫結構，其包括對齊的第一顆粒鏈。因為對齊鏈由於誘導磁化和/或誘導電極性而彼此排斥，其產生在鏈間具有自然間隔的結構。在連貫結構形成之後，反應器溫度提升從而將第一和/或第二顆粒燒結到一起從而形成整體固體。[0040]在一個實施方式中，第一顆粒彼此熔合併支持整體固體形式的第二顆粒。在可替換實施方式中，連貫結構可以用於進行化學反應，該情形中，第一顆粒熔合到一起從而形成整體結構。這樣形成的單體結構也可以用於在提升的溫度下進行化學反應。在該實施方式中，碳納米管、納米棒、納米線、或納米顆粒也可以在整體固體的縫隙中生長。該實施方式的整體固體也可以包括第一和第二顆粒成分、尺寸、和/或密度的梯度。[0041]雖然本公開描述了第一和第二顆粒，但可以有多種不同的第一顆粒(S卩，第一顆粒具有不同的化學組成)或多種不同的第二顆粒。例如，易受磁場影響的第一顆粒可以包括一組鐵顆粒、另一組鎳顆粒，等等。類似地，例如，作為非磁性顆粒的第二顆粒可以包括一組二氧化娃顆粒、第二組聚合物顆粒，等等。[0042]如上所述，第一顆粒是磁性顆粒或可受磁場影響的顆粒。磁性顆粒是在原子或亞原子水平對施加的磁場響應的顆粒。例如，一種形式的磁性顆粒可以是鐵磁顆粒，其產生自身的永久磁場。磁性顆粒是磁場對其有吸引力的顆粒(經順磁性)；其它磁性顆粒是被磁場排斥的顆粒(經逆磁性)；還有一些磁性顆粒與施加的磁場具有複雜得多的關係。非磁性顆粒是受磁場影響可忽略的顆粒。材料的磁性狀態(或相)取決於溫度(和其它變量，如壓力和施加的磁場)，以便材料可以根據其溫度表現出多於一種磁性形式。[0043]磁性顆粒包括鐵、鎳、鈷、鐵氧體、稀土磁體或它們的合金。合金磁體的實例是磁鋼(磁性合金，Alnico)(包括鋁、鐵、鈷和鎳的磁體合金)、釤鈷(SmCo)和釹鐵硼(NdFeB)、FeOFe2O3、NiOFe2O3、CuOFe2O3、MgOFe2O3、MnB1、MnSb、MnOFe2O等，或包括至少一種前述磁性顆粒的組合。也可以使用包括磁性顆粒和非磁性顆粒組合的合金。出現在合金中的非磁性部分可以是金屬、陶瓷、或聚合物。示例性磁性顆粒是鐵顆粒。[0044]第一顆粒可以以棒、管、須(晶須)、纖維、小板、球、立方體等或者其它幾何形式存在。也可以包括第一顆粒的聚集體(aggregate)和團塊(agglomerate)。其可以具有在納米範圍或微米範圍內的平均尺寸。納米範圍通常包括小於或等於約100納米的顆粒尺寸，而微米範圍通常包括100納米或更大的顆粒尺寸。[0045]第一顆粒通常的平均顆粒尺寸為約40到約100微米，優選約75到約90微米。平均顆粒尺寸是根據迴轉(gyration)直徑測量的。[0046]第一顆粒的存在量為引入到流化床反應器中的第一顆粒和第二顆粒總量的約5wt%到約100wt%4_別為約10wt%到約90wt%，更特別為約20wt%到約50wt%。[0047]非磁性且不能磁化的第二顆粒可以包括無機氧化物、碳化物、碳氧化物、氮化物、氧氮化物、硼化物、可活化碳(activatablecarbon)(有可活化且使之可消失的類似於可活化碳的顆粒嗎？)等，或包括至少一種前述物質的組合。第二顆粒電絕緣是期望的。電絕緣顆粒通常具有大於約IXIO11歐姆-釐米(ohm-cm)的體積電阻率。示例性的第二顆粒是二氧化矽顆粒。[0048]第二顆粒通常的平均顆粒尺寸為約20到約100微米，優選約50到約75微米。平均顆粒尺寸是根據迴轉直徑測量的。[0049]第二顆粒在引入流化床反應器中的第一顆粒和第二顆粒總量中的存在量為約O到約95wt%，特別地約90到約10wt%，且更特別地約80到約50wt%。[0050]第一顆粒也可以受電場影響。這些第一顆粒是電活性的。其可以是由塗覆絕緣體的導電材料製成的鐵電體，或電滲透活性顆粒。在鐵電體或導電材料的情形下，顆粒將具有高介電常數。這類材料的實例是塗覆有聚合物的金屬納米棒(如鋁)或納米管、脲塗覆的草酸氧鈦鋇納米顆粒、碳納米管等，或包括至少一種前述顆粒的組合。[0051]在施加磁場、電場或電場與磁場的組合過程中流化床反應器中流體流速可以為約0.01到約5標準升每分鐘。[0052]磁場是跨流化床反應器均勻施加的，且強度為約20到約300高斯。[0053]燒結溫度取決於第一顆粒的成分。燒結溫度可以為約300到約2000°C，特別地約400到約1500°C，且更特別地約500到約1300。。。[0054]在一個實施方式中，第一顆粒可以存在於磁流變流體或電流變流體中。術語磁流變流體涵蓋磁流變流體、鐵磁流體、膠體磁流體等。磁流變(MR)流體和彈性體已知為「智能」材料，其流變特性可以在施加磁場時快速改變。類似地，電流變流體(ER)也是「智能」材料，其流變特性可以在施加電場時快速改變。[0055]MR流體是在油或其它液體中的微米尺寸和/或納米尺寸的磁性可極化顆粒的懸浮液。當MR流體暴露於磁場時，正常隨機取向的顆粒在磁場線方向上形成顆粒鏈。隨著顆粒在磁場影響下固定到適當位置，顆粒鏈增加流體的表觀粘度(流阻)。該結構的剛度是通過改變剪切模量和壓力/張力模量實現的。MR流體通常在暴露於磁場時在少至幾毫秒時間內形成結構。MR流體不連續暴露於磁場逆轉該過程且流體回到較低粘度狀態。在特定情形下，在磁性顆粒對齊後，反應器的溫度增加到磁性顆粒能夠彼此熔合的點。當使用磁流變流體時，將顆粒與運動流體流化可以是不期望的，因為顆粒已經懸浮在流體中。[0056]合適的磁流變流體包括分散在載體流中的鐵磁或順磁第一顆粒。可以置於磁流變流體中的合適的第一顆粒包括:鐵；鐵合金，如包括鋁、矽、鈷、鎳、釩、鑰、鉻、鎢、錳和/或銅的鐵合金；氧化鐵，包括Fe2O3和Fe3O4;氣化鐵；碳化鐵；擬基鐵；鎮和鎮合金；鑽和鑽合金；二氧化鉻；不鏽鋼；矽鋼；等等，或包括至少一種上述顆粒的組合。合適的鐵顆粒的實例包括純鐵粉、還原鐵粉、氧化鐵粉末/純鐵粉末混合物和氧化鐵粉/還原鐵粉混合物。優選的磁響應顆粒是羰基鐵，優選地，還原羰基鐵。[0057]MR流體組合物的合適載體流包括有機液體,尤其是非極性有機液體。實例包括,但不限於，矽油；礦物油；石蠟油；矽酮共聚物；白油；液壓油；變壓器油；滷化有機液體，例如氯代烴、齒化石蠟、全氟聚醚和氟化烴；二酯；聚氧化烯；氟化矽酮；氰基烷基矽氧烷；乙二醇；合成烴油，包括不飽和及飽和合成烴油；以及包括至少一種前述流體的組合。[0058]MR流體組合物的載體流的粘度在室溫下可以小於或等於約100，000釐泊，具體地小於或等於約10，000釐泊，更具體地小於或等於約1，000釐泊。在室溫下，載體流的粘度大於或等於約I釐泊，具體地大於或等於約250釐泊，更具體地大於或等於約500釐泊是期望的。[0059]也可以使用含水載體流，特別是那些含有親水礦物粘土，例如膨潤土和鋰蒙脫石(水輝石，hectorite)的載體流。含水載體流可以包括水或含有少量極性且與水混溶的有機溶劑的水，上述有機溶劑如甲醇、乙醇、丙醇、二甲基亞碸、二甲基甲醯胺、碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、丙酮、四氫呋喃、二乙醚、乙二醇、丙二醇等。極性有機溶劑的量小於或等於按體積計約5.0%，特別地小於或等於約3.0%的總MR流體。另外，極性有機溶劑的量具體地大於或等於按體積計約0.1%，更具體地大於或等於按體積計約1.0%的總MR流體。含水載流體流的PH值具體地小於或等於約13，具體地小於或等於約9.0。而且，含水載體流的pH值大於或等於約5.0,並且特別是大於或等於約8.0。[0060]可以使用天然或合成膨潤土或鋰蒙脫石。MR流體中膨潤土或鋰蒙脫石的量是小於或等於約10重量％的總MR流體，尤其是小於或等於約8.0重量％，並且更具體地小於或等於約6.0重量％。優選地，膨潤土或鋰蒙脫石的存在量大於或等於約0.1重量％，具體地大於或等於約1.0重量％，和更具體地大於或等於約2.0重量％的總MR流體。[0061]MR流體中的可選組分包括粘土、有機粘土、羧酸鹽皂、分散劑、緩蝕劑、潤滑劑、極壓抗磨添加劑、抗氧化劑、觸變劑和常規懸浮劑。羧酸鹽皂包括油酸亞鐵，環烷酸亞鐵，硬脂酸亞鐵，二硬脂酸鋁和三硬脂酸鋁，硬脂酸鋰，硬脂酸鈣，硬脂酸鋅和硬脂酸鈉，以及表面活性劑如磺酸鹽/酯、磷酸酯、硬脂酸、甘油單油酸酯、山梨糖醇倍半油酸酯、月桂酸鹽/酯、月旨肪酸、脂肪醇、氟代脂肪族聚合酯，以及鈦酸酯、鋁酸酯和鋯酸酯偶聯劑等。聚亞烷基二醇，如聚乙二醇，和部分酯化的多元醇也可以包括在內。[0062]電流變流體是最常用的非導電流體中精細顆粒的膠體懸浮液。在施加的電場下，電流變流體形成平行於施加場並可以增加粘度可上達至IO5倍的纖維結構。粘度變化一般與所施加的電勢成比例。ER流體由在液體中的懸浮顆粒組成，其介電常數或導電性失配(mismatch),以在交流(ac)或直流(dc)電場存在下產生偶極顆粒相互作用。在反應器中產生結構化固體後(在施加電場後)，反應器內的溫度升高以形成整體固體，其具有高的表面積。[0063]在一個示例性實施方式中，在一種進行方式中，包括鐵的第一顆粒在以蒸汽作為流體的流化床反應器中流化。這在圖2中示出。磁場施加到流化床反應器並將鐵顆粒固定在適當位置。然後流化床反應器的溫度升高到約600°C的溫度，以促使鐵顆粒的燒結。通過使用均勻磁場並燒結顆粒以形成整體固體而穩定和流化鐵顆粒床，其形成高孔隙率、高表面積的整體固體，這非常有利於進行高反應性化學反應。[0064]在另一個實施方式中，第一顆粒(包括磁性材料)可以設置在第二顆粒(不包含磁性材料)上，以形成複合顆粒。複合顆粒被置於流化床反應器中並在流動場中流化。然後將均勻磁場施加至流化床反應器，然後燒結顆粒床以形成整體固體。使用諸如化學氣相沉積或溶液沉積技術，可以將第一顆粒設置在的第二顆粒上。[0065]化學氣相沉積包括常壓化學氣相沉積、低壓化學氣相沉積、超高真空化學氣相沉積、氣溶膠輔助氣相沉積、直接液體注入化學氣相沉積法、微波等離子體輔助化學氣相沉積、去除等離子體增強化學氣相沉積、原子層化學氣相沉積、熱絲(熱燈絲)化學氣相沉積、金屬有機化學氣相沉積、燃燒化學氣相沉積法、氣相外延、快速熱化學氣相沉積、混合物理化學氣相沉積、或包括至少一種前述方法的組合。如果使用前述的化學氣相沉積方法的組合，則它們可同時或順次採用。[0066]在溶液沉積中，金屬鹽(如FeCl3)溶解在水中形成鹽溶液。然後將第二顆粒(例如，二氧化矽)放入鹽溶液中。然後，蒸發水，留下沉積在第二顆粒上的金屬鹽顆粒。然後將金屬鹽顆粒在氫氣氛中在升高的溫度還原，以形成包含設置在第二顆粒上的第一顆粒的金屬。然後將這些複合顆粒在磁場中流化，然後燒結成整體固體。[0067]如上所述，整體固體具有可以用於支持反應的高表面積。在一個實施方式中，整體固體的表面積為約0.1平方米每克到約2000平方米每克。[0068]整體固體可以用於進行反應。其還可用作多孔過濾器、熱絕緣支持系統、太陽能面板或太陽能電池中染料的支持系統，等等。整體固體也可以用於製造用於電子、機動車車體面板、聲學面板等的導電面板。[0069]下面示例性而非限制性實施例示出了本文所述的一些不同實施方式的組合物和製造方法。[0070]實施例1[0071]進行本實施例以示出整體固體的製造。實施本實施例還用於示出使用整體固體進行反應。用於當前實施例的磁穩定床(其最終形成整體固體)位於內徑和長度分別為45.4毫米(mm)和600毫米的熔融石英玻璃管的中間部分。石英管能夠在至多達1200°C的溫度下操作。預出廠安裝的多孔石英料孔徑範圍在20到90微米之間，其置於石英管的中部作為流量分布器。跨玻璃料的壓力降在工作氣體流量範圍內是完全線性的([PA]=4800U[m.s—1])。[0072]市售的鐵粉末(購自Hoeganaes公司，商標為ANCORMH-100)用於床體。鐵粉經過仔細篩分從而獲得在63至75μm之間的窄尺寸範圍的顆粒。因此，該反應器利用平均粒徑為約69微米的單分散鐵粉。圖3A示出了在反應開始前一些鐵粉顆粒的SEM圖像。對於常規的流化或填充床反應器，氫氣生產率在第一氧化周期達到峰值；但是，在連續的周期中，顆粒將燒結，且單個顆粒內微觀尺度的孔隙和相鄰顆粒之間的間隔開始閉合。這阻止大部分流動路徑，並防止蒸汽均勻流動通過床體。[0073]這兩個因素都顯著降低氫生產率。燒結連續降低化學活性表面積，且氫生產率同樣降低。經過幾個氧化還原周期後，鐵床變得無效。與此相反，磁穩定的多孔結構(下面將詳細討論)在第一個氧化周期內經歷單獨顆粒內的孔隙閉合，且保留相鄰鏈間中等尺度間隔，使得反應表面積在重複氧化和還原周期後基本保持不變。[0074]市售純二氧化娃顆粒用作第二非磁性顆粒(Sigma-Aldrich,白色石英,平均粒徑90微米)。圖3B示出了單分散二氧化矽顆粒的SEM圖像，且用於本研究的鐵和二氧化矽粉末的物理性質列於表I中。[0075]表1[0076]【權利要求】1.一種方法，包括:在反應器中設置第一顆粒；所述第一顆粒是磁性顆粒或者可受磁場、電場、或電場與磁場的組合影響的顆粒；在所述反應器中流化所述第一顆粒；對所述反應器施加均勻磁場、均勻電場、或均勻磁場與均勻電場的組合；提升所述反應器的溫度；以及熔合所述第一顆粒以形成整體固體。2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述反應器中設置第二顆粒，其中所述第二顆粒不是磁性顆粒，並且不受所述磁場、所述電場、或所述電場與所述磁場的組合的影響。3.根據權利要求2所述的方法，其中所述提升所述反應器的溫度促使所述第一顆粒和所述第二顆粒熔合以形成所述整體固體。4.根據權利要求1所述的方法，其中所述流化是使用蒸汽進行的。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一顆粒包括鐵，鈷，鎳，或者包括鐵、鈷、或鎳中至少一種的組合。6.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一顆粒在所述熔合後是對齊鏈的形式。7.根據權利要求2所述的方法，其中所述第二顆粒包括金屬、無機氧化物、無機碳化物、無機碳氧化物、無機氮化物、無機氮氧化物、聚合物、或它們的組合。8.根據權利要求1所述的方法，其中所述提升所述溫度包括將所述溫度升高至約300到約2000°C。9.根據權利要求1所述的方法，其中所述流化是使用0.01到約5標準升每分鐘的流速進行的。10.根據權利要求1所述的方法，進一步包括將所述整體固體置於反應性氣氛中以及在所述整體固體的孔中生長納米棒、納米管、晶須、或納米顆粒。11.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一顆粒設置在所述第二顆粒上以形成複合顆粒。12.根據權利要求11所述的方法，其中所述第一顆粒經由化學氣相沉積法設置在所述第二顆粒上。13.根據權利要求2所述的方法，其中所述第二顆粒包括二氧化矽。14.根據權利要求2所述的方法，其中所述第二顆粒是無機氧化物，並且選自由以下各項所組成的組中:二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、二氧化鈰、氧化鐵、和包含至少一種前述無機氧化物的組合。15.一種製品，包括:整體固體，所述整體固體包括:以對齊鏈形式熔合到一起的多個金屬顆粒；所述整體固體是多孔的。16.根據權利要求15所述的製品，其中所述製品作為固體整體用於流化床反應器中。17.根據權利要求16所述的製品，其中所述製品用於促進化學反應。18.根據權利要求14所述的製品，其中所述製品用於促進生成氫氣的化學反應。19.一種方法,包括:在反應器中設置第一顆粒；所述第一顆粒是磁性顆粒或可受磁場、電場、或電場與磁場的組合影響的顆粒；在所述反應器中流化所述第一顆粒；對所述反應器施加均勻磁場、均勻電場、或均勻磁場與均勻電場的組合；將多種反應物置於所述反應器中；提升所述反應器的溫度以反應所述反應器中的所述反應物；以及熔合所述第一顆粒以形成整體固體。20.根據權利要求19所述的方法，進一步包括在所述反應器中設置第二顆粒；其中所述第二顆粒不是磁性顆粒，並且不受所述磁場、所述電場、或所述電場與所述磁場的組合的影響。21.根據權利要求20所述的方法，其中所述提升所述反應器的溫度促使所述第一顆粒和所述第二顆粒熔合以形成所述整體固體。22.根據權利要求19所述的方法，其中所述流化是使用蒸汽進行的。23.根據權利要求19所述的方法，其中所述第一顆粒包括鐵，鈷，鎳，或者包括鐵、鈷、或鎳中至少一種的組合。24.根據權利要求20所述的方法，其中所述第二顆粒包括二氧化矽。25.根據權利要求20所述的方法，其中所述第二顆粒是無機氧化物，並且選自由以下各項所組成的組中:二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、二氧化鈰、氧化鐵、和包含至少一種前述無機氧化物的組合。26.根據權利要求20所述的方法，其中所述第二顆粒包括碳。27.根據權利要求26所述的方法，其中所述碳轉化為二氧化碳。【文檔編號】B01J19/24GK103747864SQ201280034027【公開日】2014年4月23日申請日期:2012年7月6日優先權日:2011年7月8日【發明者】詹姆斯·F·克勞斯納,梅仁偉,阿尤布·邁赫迪扎德赫·莫門,凱爾·艾倫申請人:佛羅裡達大學研究基金會公司