3D printed cross-scale structured TS-1 catalysts for continuous scale-up reactions

催化作用 材料科学 乙二醇 产量(工程) 化学工程 挤压 制作 模块化设计 纳米技术 复合材料 有机化学 化学 计算机科学 医学 替代医学 病理 工程类 操作系统
作者
Chunyong Huo,Zhengping Qiu,Zhenni Wei,Xiaowen Tian,Xin Huang,Yang Nan,Yongsheng Xiang,Rongjiang Zhang,Zhiqiang Wu,Dichen Li
出处
期刊:Additive manufacturing [Elsevier]
卷期号:80: 103962-103962 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.addma.2024.103962
摘要

Structured catalysts and reactors have great application prospects in gas-liquid conversion engineering due to excellent process intensification. However, the conventional fabrication process limits the designability of the hierarchical structure of monolithic catalysts, the establishment of structure-activity relationships, and slows down the speed of catalyst development. Here, we establish a structure-activity mechanism for cross-scale structures of a 3D-printed functionally gradient modular monolithic TS-1 catalyst (FGMMC) and catalytic performance by adjusting hierarchical structure distribution based on catalytic reaction simulations. The effects of uniform and gradient structures with different TS-1 contents and unit cell sizes on the catalytic properties of modular monolithic TS-1 catalyst (MMC) were investigated. In one-step scale-up reactions of ethylene to high-value-added ethylene glycol (EG), FGMMC exhibits superior catalytic efficiency than traditional powder, extrusion-dripping beads, and uniform catalysts. After a 27-h continuous scale-up catalytic test, FGMMCs exhibit excellent wear resistance (only 1.39% mass loss) and an outstanding EG yield of 82.5%. 3D-printed FGMMCs act as self-activators with a 37% reaction rate increase after rapid post-activation treatments. This work provides a low-cost and recyclable manufacturing method for achieving the functional and structural integration of catalysts and reactors by 3D printing while predicting and rapidly validating scale-up reactions.

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