一种基于混沌扰动的催化剂制备方法和装置

本技术涉及冶金炉气反应材料制备领域，特别是涉及一种基于混沌扰动的催化剂制备方法和装置。

背景技术：

1、冶金炉气高效净化与资源化利用是一种实现冶金行业节能减排的关键技术路径。该技术通过催化剂对炉气中的一氧化碳、氢气、焦油及多种污染物进行定向催化转化，实现有害组分的脱除与有价组分的回收利用，在减少冶金过程碳排放、提高二次能源利用效率以及降低大气污染物排放等方面具有重要应用前景。催化剂作为冶金炉气催化转化过程中的核心功能材料，其催化活性、选择性和操作稳定性在很大程度上决定了炉气净化效率与资源化利用的整体技术水平。

2、现有研究表明，催化剂的性能与其微观结构密切相关，包括活性组分的空间分散状态、颗粒多级孔结构特征以及晶相结构等。其中，多级孔结构和高活性分散性能够显著提反应物迁移速率和反应界面面积，从而提升催化剂的反应效率和循环稳定性。因此，通过调控催化剂的微观结构以提高其综合性能，已成为反应材料研究的重要方向。

3、目前，催化剂的制备方法主要包括机械混合法、浸渍法、化学共沉淀法及溶胶-凝胶法等。这些方法通常通过调节溶液浓度、ph值、沉淀温度及煅烧温度等工艺参数来实现对材料组成与物相结构的调控。然而，在传统制备工艺中，上述参数大多采用稳态或单调变化的控制模式，使得体系内的成核与生长过程趋于均一，产物颗粒内部结构较为规整。针对冶金炉气组分复杂、含尘量高及焦油含量大等特点，这种传统的均相结构存在明显局限：一方面，颗粒内部难以构筑贯通的大孔-介孔-微孔多级孔道，限制了反应物在催化剂内部的扩散效率，导致大分子焦油难以接触内表面活性位；另一方面，局部的过饱和度控制不当易引发活性组分在颗粒外表面的富集或团聚，在高温含尘气氛下加速烧结与磨损，从而制约了催化剂的整体活性和运行稳定性。

4、近年来，非线性动力学研究表明，混沌扰动具有高度敏感性、非线性和宽频谱特性，在强化传质、促进多尺度结构形成等方面具有潜在优势。如果能够将混沌扰动引入材料制备过程，通过非线性动态调控沉淀反应、颗粒形成及热处理过程中的物质传递与结构演化，有望实现催化剂微结构的精细调控，从而提升材料的反应活性与循环稳定性。然而，现有技术中尚缺乏将混沌扰动引入催化剂制备过程以调控其微结构的技术方法。因此，开发一种能够利用混沌扰动调控催化剂微结构的制备方法，对于提高催化剂性能并拓展其应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种基于混沌扰动的催化剂制备方法和装置，可利用混沌扰动在催化剂制备过程中调控催化剂微结构，促进催化剂颗粒内部形成多级孔结构，提高催化剂性能。为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

2、第一方面，本技术提供了一种基于混沌扰动的催化剂制备方法，包括：

3、制备金属盐溶液体系；

4、向所述金属盐溶液体系中加入沉淀剂进行共沉淀，得到催化剂前驱体沉淀，采用基于混沌扰动方法得到的混沌共沉淀工艺参数对共沉淀过程进行调控；所述混沌共沉淀工艺参数包括沉淀剂加入速率和混沌搅拌速度；

5、对所述催化剂前驱体沉淀进行陈化处理，得到催化剂前驱体颗粒，采用基于混沌扰动方法得到的混沌陈化工艺参数对陈化过程进行调控；所述混沌陈化工艺参数包括混沌陈化温度和混沌陈化ph值；

6、对所述催化剂前驱体颗粒进行干燥处理，得到干燥前驱体颗粒，采用基于混沌扰动方法得到的混沌干燥工艺参数对干燥过程进行调控；所述混沌干燥工艺参数包括混沌干燥温度；

7、对所述干燥前驱体颗粒进行煅烧处理，得到催化剂颗粒，采用基于混沌扰动方法得到的混沌煅烧工艺参数对煅烧过程进行调控；所述混沌煅烧工艺参数包括混沌煅烧温度和混沌煅烧升温速率。

8、向所述金属盐溶液体系中加入沉淀剂进行共沉淀，得到催化剂前驱体沉淀，采用基于混沌扰动方法得到的混沌共沉淀工艺参数对共沉淀过程进行调控，具体包括：

9、将共沉淀过程按照等时间间隔进行划分，得到多个沉淀控制时间段；

10、基于预设的第一初始混沌映射值和混沌映射模型分别获取每个沉淀控制时间段的混沌映射值；所述混沌映射模型包括logistic映射、tent映射或chebyshev映射中的至少一种；

11、分别根据每个沉淀控制时间段的混沌映射值和预设的沉淀剂基准加入速率，确定每个沉淀控制时间段的混沌沉淀剂加入速率；

12、分别根据每个沉淀控制时间段的混沌映射值和预设的基准搅拌速度，确定每个沉淀控制时间段的混沌搅拌速度；

13、在每个沉淀控制时间段，采用每个沉淀控制时间段对应的混沌沉淀剂加入速率向所述金属盐溶液体系中加入沉淀剂，并根据每个沉淀控制时间段对应的混沌搅拌速度进行搅拌，在共沉淀过程结束后，得到所述催化剂前驱体沉淀。

14、所述混沌沉淀剂加入速率的计算公式为：；

15、所述混沌搅拌速度的计算公式为：；

16、其中，

x

i为第

i个沉淀控制时间段的混沌映射值，

v

i为第

i个沉淀控制时间段的混沌沉淀剂加入速率，

v

0为预设的沉淀剂基准加入速率，

n

i为第

i个沉淀控制时间段的混沌搅拌速度，

n

0为预设的基准搅拌速度。

17、对所述催化剂前驱体沉淀进行陈化处理，得到催化剂前驱体颗粒，采用基于混沌扰动方法得到的混沌陈化工艺参数对陈化过程进行调控，具体包括：

18、将陈化过程按照等时间间隔进行划分，得到多个陈化控制时间段；

19、基于预设的第二初始混沌映射值和混沌映射模型分别获取每个陈化控制时间段的混沌映射值；

20、分别根据每个陈化控制时间段的混沌映射值和预设的基准陈化温度，确定每个陈化控制时间段的混沌陈化温度；

21、分别根据每个陈化控制时间段的混沌映射值和预设的基准ph值，确定每个陈化控制时间段的混沌陈化ph值；

22、在每个陈化控制时间段，采用每个陈化控制时间段对应的混沌陈化温度和每个陈化控制时间段对应的混沌陈化ph值，对所述催化剂前驱体沉淀进行陈化处理，在陈化过程结束后，得到所述催化剂前驱体颗粒。

23、所述混沌陈化温度的计算公式为：；

24、所述混沌陈化ph值的计算公式为：；

25、其中，

y

i为第

i个陈化控制时间段的混沌映射值，

t

i为第

i个陈化控制时间段的混沌陈化温度，

t

0为预设的基准陈化温度，

k为陈化温度调节系数，

q

i为第

i个陈化控制时间段的混沌陈化ph值，

q

0为预设的基准ph值。

26、对所述催化剂前驱体颗粒进行干燥处理，得到干燥前驱体颗粒，采用基于混沌扰动方法得到的混沌干燥工艺参数对干燥过程进行调控，具体包括：

27、将干燥过程按照等时间间隔进行划分，得到多个干燥控制时间段；

28、基于预设的第三混沌映射值和混沌映射模型分别获取每个干燥控制时间段的混沌映射值；

29、分别根据每个干燥控制时间段的混沌映射值和预设的基准干燥温度，确定每个干燥控制时间段的混沌干燥温度；

30、在每个干燥控制时间段，采用每个干燥控制时间段对应的混沌干燥温度，对所述催化剂前驱体颗粒进行干燥处理，在干燥过程结束后，得到所述干燥前驱体颗粒。

31、所述混沌干燥温度的计算公式为：；

32、其中，

z

i为第

i个干燥控制时间段的混沌映射值，

t

d,i为第

i个干燥控制时间段的混沌干燥温度，

t

d为预设的基准干燥温度，

α为干燥温度调节系数。

33、对所述干燥前驱体颗粒进行煅烧处理，得到催化剂颗粒，采用基于混沌扰动方法得到的混沌煅烧工艺参数对煅烧过程进行调控，具体包括：

34、将煅烧过程按照等时间间隔进行划分，得到多个煅烧控制时间段；

35、基于预设的第四混沌映射值和混沌映射模型分别获取每个煅烧控制时间段的混沌映射值；

36、分别根据每个煅烧控制时间段的混沌映射值和预设的基准煅烧温度，确定每个煅烧控制时间段的混沌煅烧温度；

37、分别根据每个煅烧控制时间段的混沌映射值和预设的基准升温速率，确定每个煅烧控制时间段的混沌煅烧升温速率；

38、在每个煅烧控制时间段，采用每个煅烧控制时间段对应的混沌煅烧温度和每个煅烧控制时间段对应的混沌煅烧升温速率，对所述干燥前驱体颗粒进行煅烧处理，在煅烧过程结束后，得到所述催化剂颗粒。

39、所述混沌煅烧温度的计算公式为：；

40、所述混沌煅烧升温速率的计算公式为：；

41、其中，

o

i为第

i个煅烧控制时间段的混沌映射值，

t

c,i为第

i个煅烧控制时间段的混沌煅烧温度，

t

c为预设的基准煅烧温度，

β为煅烧温度调节系数。为第

i个煅烧控制时间段的混沌映射值，为第

i个煅烧控制时间段的混沌煅烧升温速率，为预设的基准煅烧升温速率，为煅烧升温速率调节系数。

42、第二方面，本技术提供了一种基于混沌扰动的催化剂制备装置，包括：

43、工艺参数计算模块，用于计算混沌共沉淀工艺参数、混沌陈化工艺参数、混沌干燥工艺参数和混沌煅烧工艺参数；所述混沌共沉淀工艺参数包括沉淀剂加入速率和混沌搅拌速度，所述混沌陈化工艺参数包括混沌陈化温度和混沌陈化ph值，所述混沌干燥工艺参数包括混沌干燥温度，所述混沌煅烧工艺参数包括混沌煅烧温度和混沌煅烧升温速率；

44、控制模块，与所述工艺参数计算模块连接，用于根据沉淀剂加入速率生成第一加料泵控制信号，根据混沌陈化ph值生成第二加料泵控制信号，根据混沌搅拌速度生成搅拌电机控制信号，根据混沌陈化温度生成第一加热装置控制信号，根据混沌干燥温度生成第二加热装置控制信号，根据混沌煅烧温度生成第三加热装置控制信号，根据混沌煅烧升温速率生成第四加热装置控制信号；

45、加料泵，与所述控制模块和反应装置连接，用于根据第一加料泵控制信号和第二加料泵控制信号向所述反应装置中添加反应用料；

46、搅拌电机，与所述控制模块和所述反应装置连接，用于根据所述搅拌电机控制信号对所述反应装置中的溶液进行搅拌；

47、加热装置，与所述控制模块和所述反应装置连接，用于根据第一加热装置控制信号、第二加热装置控制信号、第三加热装置控制信号和第四加热装置控制信号对所述反应装置进行加热；

48、反应装置，用于进行催化剂制备。

49、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

50、本技术提供了一种基于混沌扰动的催化剂制备方法和装置，该方法包括：制备金属盐溶液体系；向金属盐溶液体系中加入沉淀剂进行共沉淀，得到催化剂前驱体沉淀；对催化剂前驱体沉淀进行陈化处理，得到催化剂前驱体颗粒；对催化剂前驱体颗粒进行干燥处理，得到干燥前驱体颗粒；对干燥前驱体颗粒进行煅烧处理，得到催化剂颗粒；在共沉淀、陈化、干燥和煅烧过程中采用基于混沌扰动方法得到的混沌工艺参数进行调控。本技术通过在催化剂制备过程中引入混沌扰动，对共沉淀、陈化、干燥及煅烧等关键步骤进行动态调控，使反应体系中的成核、生长及结构演化过程呈现非线性变化，从而促进颗粒内部形成多级孔结构，显著提高催化剂的比表面积与反应界面数量，从而提升了催化剂性能。