(57)【要約】化学物質の処理及び製造用の微小構造体を開示する。微小構造体はガラス、セラミック、ガラス−セラミック若しくはこれら材料の組合せからなる複数の微小チャネル壁を含み、該微小チャネル壁は処理される化学物質を収容する少なくとも１つの微小チャネルを画定する。触媒支持材と触媒とを含んだ少なくとも１つのコーティング層が複数の微小チャネル壁に付着している。化学処理及び製造用の微小構造体の製造方法も開示する。
2006518269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学物質の処理及び製造用の微小構造体であって、処理される化学物質を収容する少なくとも１つの微小チャネルを画定する複数の微小チャネル壁と、前記少なくとも１つの微小チャネルを画定する前記複数の微小チャネル壁に付着した少なくとも１つのコーティング層とを備え、前記コーティング層は触媒支持材と触媒とを含み、前記複数の微小チャネル壁はガラス、セラミック、ガラス−セラミック及びそれらの組合せからなるグループから選択される材料のフリットからなることを特徴とする微小構造体。
【請求項２】
前記複数の微小チャネル壁はガラスからなるグループのみから選択される材料からなることを特徴とする請求項１記載の微小構造体。
【請求項３】
前記複数の微小チャネル壁はセラミックからなるグループのみから選択される材料からなることを特徴とする請求項１記載の微小構造体。
【請求項４】
前記複数の微小チャネル壁はガラス−セラミックからなるグループのみから選択される材料からなることを特徴とする請求項１記載の微小構造体。
【請求項５】
前記複数の微小チャネル壁の少なくとも１つは更に多孔性メンブレンを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項６】
前記少なくとも１つの微小チャネルにスラリを充填することによって前記少なくとも１つのコーティング層が前記複数の微小チャネル壁に塗布されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項７】
前記少なくとも１つのコーティング層は複数のコーティング層からなることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項８】
前記触媒支持材はゾルバインダからなることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項９】
前記ゾルバインダはアルミナゾルバインダからなることを特徴とする請求項８記載の微小構造体。
【請求項１０】
前記触媒支持材は焼結可能な粒子状固体からなることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項１１】
前記焼結可能な粒子状固体はベーマイトからなることを特徴とする請求項１０記載の微小構造体。
【請求項１２】
前記触媒支持材はモレキュラーシーブからなることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項１３】
前記モレキュラーシーブはゼオライトからなることを特徴とする請求項１２記載の微小構造体。
【請求項１４】
前記触媒は元素周期表の第IVA族、第VA族、第VIIA族、及び第VIIIA族からなるグループから選択される材料からなることを特徴とする請求項１乃至１３のうちいずれか１に記載の微小構造体。 
【請求項１５】
前記触媒はプラチナ、酸化ニッケル、炭化ケイ素及び窒化ケイ素からなるグループから選択される材料からなることを特徴とする請求項１４記載の微小構造体。 
【請求項１６】
前記微小構造体は約0.6MPa（6bar）と約30MPa（300bar）との間の内部圧力で運転され得ることを特徴とする請求項１乃至１５のうちいずれか１に記載の微小構造体。 
【請求項１７】
前記微小構造体は約0.6MPa（6bar）と約15MPa（150bar）との間の内部圧力で運転され得ることを特徴とする請求項１乃至１６のうちいずれか１に記載の微小構造体。 
【請求項１８】
前記微小構造体は約1.5MPa（15bar）と約4MPa（40bar）との間の内部圧力で運転され得ることを特徴とする請求項１乃至１７のうちいずれか１に記載の微小構造体。 
【請求項１９】
化学物質の処理及び製造用の微小構造体の製造方法であって、
ガラス、セラミック、ガラス−セラミック、及びそれらの組合せからなるグループから選択される材料のフリットからなる複数の微小チャネル壁で画定されたものであって、処理される化学物質を収容するように構成された微小チャネルをスラリで充填する工程と、
スラリ層が前記複数の微小チャネル壁をコーティングするように前記スラリの一部を前記微小チャネルから除去する工程と、
前記スラリ層を硬化して前記複数の微小チャネル壁に結合すべく前記スラリ層を十分な時間及び十分な温度で加熱する工程と、からなることを特徴とする製造方法。 
【請求項２０】
前記スラリは触媒支持材と触媒とを備え、前記充填工程が前記スラリを加圧下で移送する工程を含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。 
【請求項２１】
前記スラリはバインダゾル、焼結可能な粒子状固体、若しくはモレキュラーシーブからなるグループから選択される触媒支持材材料を備え、前記加熱工程の後で前記方法は更に前記微小チャネルを触媒からなる溶液で充填する工程を含み、よって前記硬化したスラリに前記触媒を含浸させることを特徴とする請求項１９または２０に記載の方法。 
【請求項２２】
前記工程は更に、
前記溶液を前記コーティングされた微小チャネルから除去する工程と、
触媒が含浸されたコーティングを前記複数の微小チャネル壁上に形成すべく前記触媒が含浸されたスラリを十分な時間及び十分な温度で加熱する工程と、を含むことを特徴とする請求項１９乃至２１のうちいずれか１に記載の方法。 
【請求項２３】
前記工程は更に、
ガラスフリットを第１基板上に堆積する工程と、
微小チャネルを画定すべく前記ガラスフリットを成形する工程と、
前記成形されたガラスフリットを第２基板で覆う工程と、を備えたことを特徴とする請求項１９乃至２２のうちいずれか１に記載の方法。 
【請求項２４】
前記工程は更に前記成形工程を真空下で行う工程を備えたことを特徴とする請求項２３記載の方法。 
【請求項２５】
前記工程は更に前記微小構造体壁をウェットエッチング工程を用いて形成する工程を備えたことを特徴とする請求項１９乃至２２のうちいずれか１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して微小構造体（microstructure）に関し、特に、化学物質の処理や製造を容易にすべくコーティングされた微小チャネル壁を有する微小構造体に関する。
【０００２】
本発明の適用範囲は広いが、特に微小リアクタの１以上の微小チャネル内の触媒反応の改善に適している。
【背景技術】
【０００３】
2以上の化学成分間での反応を行うべく産業界では広くケミカルリアクタが使用されている。かかる化学成分間には、例えば、液体と液体、気体と気体、スラリとスラリ、液体と気体、液体とスラリ、気体とスラリ、固体と固体、固体と液体、固体と気体及び固体とスラリとの間がある。それらのリアクタの多くは大型で場所が固定された装置であり、ほぼ一定の処理能力で連続運転すべく設計されている。これらのリアクタは一般に従来からのシェル＆チューブ方式で設計されており、そこでは反応物質が触媒を含んだチューブを通り抜ける一方、シェル内において通常はホットガスの形態で存在する熱がチューブの外側から与えられる。
【０００４】
一般的なシェル＆チューブ方式リアクタの一番の欠点は、かかるリアクタ自身の大きさに起因している。それらは比較的大型サイズであるため、それらリアクタをより小型のリアクタを必要とする用途に使用するのは望ましくない。それらのリアクタや他の従来の処理装置は更に欠点を有している。化学工業においては、実験室のベンチスケールから商業生産スケールに「スケールアップ」することは困難であると長く考えられてきた。実験室で達成した生産速度の結果を生産設備で実現するのはしばしば困難である。従来の知識である「規模の経済（economy of scale）」は経済性検討に基づいたものであり、これは生産速度（単位時間当たりの生産量）を設備投資に関連付けたものである。この従来の手法は、結果的に化学物質の処理を最適にコントロールするものではない。
【０００５】
近年、それらの欠点や他の欠点は、微小リアクタ技術の出現によってその大部分が克服されてきた。微小リアクタ（すなわち、１以上の微小チャネルを有する構造体であって、該チャネル中を流体が通り抜けることによって反応が起こるもの）は、まだ初期段階ではあるが、開発に成功しており、均一系用途（複数の反応物質、若しくは反応物質と触媒とが、例えば、液相等の同じ相内に存在する用途）において運転されている。微小リアクタ及び微小リアクタシステムは不均一系用途（すなわち、複数の反応物質、若しくは反応物質と触媒とが異なる相に存在する用途）向けに開発されてきたが、かかる微小リアクタは実質的には成功していない。
【０００６】
一般的にいえば、微小リアクタの一般的な不均一系用途においては１以上の触媒を使用することが含まれる。触媒はそれ自身が消費されることなく反応速度を増加するものであり、一般的には化学反応の活性化エネルギを低下する働きがある。最も一般的には、微小リアクタ内で使用される好適な触媒は、液相若しくは多相（気体、液体、または気体−液体）の反応速度を増加する固体触媒である。最適な触媒は活性、選択性、安定性及び再生可能性において好適な特性を有している。残念なことに、それら全ての触媒特性を微小リアクタにおいて取得して保持することは困難な課題である。
【０００７】
微小リアクタにはシリコン等の材料から作られるものがあるが、微小リアクタの圧倒的多数はステンレス鋼等の金属から作られてきた。従って、微小リアクタ内での触媒使用に関する研究のほとんどは金属製微小リアクタ内での触媒の使用を対象としてきた。かかる金属製微小リアクタ内で広く用いられてきた一つの手法に複数の触媒物質の小さな固体粒子を微小リアクタの微小チャネル内に充填し、その後、反応物質をかかる「充填層」に流すものがある。当該技法の主な欠点には、かかる方法を使用した際の微小リアクタで生じる圧力損失がある。更に、多チャネルの微小リアクタ若しくは並置接続された微小リアクタにおいては、圧力損失の差異は性能に大きく影響を及ぼす。更に、充填層の安定性が問題となる。なぜなら、微小チャネル内の流速を上げると触媒粒子の移動が生じ易くなり、その結果、触媒の磨耗更には性能の低下が生じ、濾過工程が必要となるからである。
【０００８】
それらの欠点の結果、金属製微小リアクタ内の微小チャネル壁をコーティングする試みがなされてきた。好適なコーティング技術には浸漬コーティング法、ブラッシング法、噴霧法及びスパッタリング法が含まれる。しかしながら、かかる微小リアクタの金属壁面と触媒基材、特に、アルミナとの熱膨張差に特に起因して、かかる方法を使用して微小チャネル壁にコーティング材を強固に付着するのは極めて困難である。なぜならば、一般的な触媒基材の金属への付着は極めて弱いことが良く知られているからである。このことは、コーティングの厚みが数10ミクロンを越える場合にとりわけ当てはまる。更に、金属製微小リアクタとある種の化学的条件との間には化学的適合性が低い場合がしばしばある。例えば、ステンレス鋼は、ある種の酸性条件下で孔食（pitting）し易い。かかる酸性条件には、例えば、塩酸（HC1）、ハロゲンまたはそれらの誘導体との接触があるが、これらに限られるものではない。その結果、触媒でコーティングされた金属製微小リアクタ若しくは他のハウジング触媒は狭い範囲に化学反応が限られてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って必要とされているが従来技術では入手不可能と考えられるものとしては、微小リアクタ内での化学反応、特に、触媒反応へのより効果的でより頑丈な方法がある。かかる装置によってその中で生じている触媒反応を適切にコントロールすることが提供される。かかる装置内のコーティングは亀裂（cracking）や破砕（spalling）に対する耐性を有すべきである。微小リアクタを形成する材料や触媒を含有するコーティング材及びコーティング材を塗布する方法は付着に対して高い適合性がなければならない。更に、本発明の触媒がコーティングされた微小リアクタは0.6MPa（6.0 bar）をはるかに越える内部圧力に耐え得るべきである。かかる装置及び方法を提供することが本発明の主な目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１アスペクトは、化学物質の処理及び製造用の微小構造体を対象としている。該微小構造体は処理される化学物質を収容する少なくとも１つの微小チャネルを画定する複数の微小チャネル壁と、複数の微小チャネル壁に付着する触媒支持材及び触媒を含んだ少なくとも１つのコーティング層とを備えている。微小チャネル壁はガラス、セラミック、ガラス-セラミック、若しくはそれら材質の組合せによって作られても良い。
【００１１】
本発明の他のアスペクトは、化学物質の処理及び製造用の微小構造体の製造方法に関している。該方法は複数の微小チャネル壁によって画定される微小チャネルをスラリで充填する行程と、複数の微小チャネル壁をスラリ層でコーティングすべくスラリの一部を微小チャネルから除去する行程と、スラリ層を硬化して複数の微小チャネル壁に結合せしめるべく十分な時間及び十分な温度でスラリ層を加熱する行程とからなる。微小チャネルは処理される化学物質を収容するように構成されており、複数の微小チャネル壁はガラス、セラミック、ガラス-セラミック若しくはそれら材質の組合せから作られる。 
【００１２】
本発明の微小構造体及び方法は当業者に知られている他の微小構造体及び方法に比べて数多くの利点を提供する。例えば、微小規模の内部寸法を有する本発明によってコーティングされた反応チャネルは、内部での圧力損失を生ずることなく反応チャネル内での反応物質と触媒との接触を最大にする。その結果、本発明の微小リアクタの微小チャネル内では反応速度が最大になる。更に、本発明によってコーティングされた微小チャネル壁は、微小チャネル内での流体流れ及び温度に均一性を提供し、よって実質的に「ホットスポット」をなくす。
【００１３】
チャネルが小さいサイズであるので、温度制御や流量等の変量に対して卓越した制御性が提供される。更に、狭い反応チャネル内に提供される流動様式を制御することによって気体／液体、液体／液体、及び液体／固体間の物質移動係数が顕著に促進され得る。
【００１４】
更に、本発明の微小リアクタの微小チャネル壁を形成する材質と選択された触媒の支持材に使用されるコーティング材との間の適合性がコーティング材と微小チャネル壁との間に強固な付着を提供する。従って、コーティングは耐久性を有し、熱衝撃に対して高い耐性を呈し、流体流れ（液体及び気体−液体の両方）の長期間の接触に対して持ちこたえるように設計され、ひび割れや破砕に対して耐性がある。
【００１５】
本発明の更なる特徴や利点は下記の詳細な説明に記載されており、当業者であればその一部をかかる詳細な説明から容易に理解し、若しくはここに説明した本発明を実施することによって認識するであろう。 
【００１６】
上記の一般的な説明及び下記の詳細な説明は共に本発明の単なる説明であって、クレームされている本発明の特質及び特徴を理解すべく概観若しくは構成を提供することが企図されていることを理解すべきである。添付の図面は本発明の更なる理解、及び本発明の種々の実施例の説明のために含まれており、詳細な説明と併せて本発明の原理及び運転の説明に役立つ。
【実施例】
【００１７】
本発明は触媒反応を行う微小構造体を広く対象としている。かかる微小構造体は微小構造体装置内の１以上の微小チャネルの境界となる内部壁上に１以上のコーティング層を支持するのに特に適している。触媒を含有する層によってコーティングされた壁を有するかかる微小チャネルは微小リアクタにおける他の部分に対して反応チャンバを好適に特徴付けている。本発明においては、かかる反応チャンバを特徴付ける微小リアクタは積み重ねられるか或いは他には本発明によって配置され、よって反応チャンバの活性、かかる微小リアクタ内での流体処理能力、及び処理される反応物質や製造される化学製品の容積が増加する。
【００１８】
微小流体リアクタシステム、例えば、本発明によって製造された微小リアクタシステムは、更に支持構造体を有しており、該支持構造体は種々の流体制御要素、混合装置、熱制御部、検出装置、分離チャンバ、分析チャンバ、監視チャンバ、他のタイプの反応チャンバ、及び／または従来技術の微小流体化学処理装置やシステムに一般的に関連する任意の他の要素や装置を保持する。
【００１９】
本発明によれば、触媒反応は微小規模で効率的に行われるのが好ましい。ここで用いられている「微小規模で行われる」という語句は、微小チャネル内において、その最小断面寸法が約0.1μmから約3.0mmの範囲内にあることを意味している。現在、微小流体リアクタは、触媒を含む１以上の触媒支持層によってコーティングされた微小チャネル壁を含むべく製造されており、これにより微小規模チャネルすなわち微小流体リアクタのチャネル内で効率的な触媒反応が可能となる。かかる微小流体リアクタのチャネルは非常に小さいので、かかる微小チャネル内の容積に対する表面積の比は極めて大きい。１以上の触媒が本発明による微小チャネル内に設置された場合は、反応物質の触媒への接触が著しく増加し、その結果、他のリアクタに比べて反応速度が増加することにより生産性すなわち収率が増加する。
【００２０】
本発明の好適な実施例においては、支持材料と１以上の触媒とのコーティング材によってコーティングされた微小チャネル壁を有する微小リアクタ、並びにかかる微小リアクタの製造方法が提供されており、これにより低速度反応のみならず高速度反応においても触媒効率が著しく向上する。かかる反応には、例えば、液相処理を含む反応及び／または比較的長時間の触媒接触、若しくは滞留時間を必要とする反応がある。本発明の改良された触媒効率はスラリ沈殿工程（slurry deposition process）を用いることによって達成され、その結果、微小リアクタ壁の製造に用いられる材料の特性と協働して十分な厚み及び調整された孔隙率を有するコーティングが生じる。活性触媒は全コーティング部位に亘って意図的にほぼ均一に分配され、よって処理される特定の反応物質流体及び／または反応物質の組合せに対して最適な効率が達成される。
【００２１】
これらコーティングの特徴は、それらの調整された厚みや構造的な特徴に加えて、単一相（気体または液体）又は２相（気体及び液体）の組成のいずれにおいても全面的に物理的完全性（実質的に亀裂が存在しないこと）を有することと、高速若しくは乱流条件を含む反応条件下であっても侵食に対して耐性が高いこととが挙げられる。これらコーティング材と本発明の微小リアクタの製造に使用される材質、すなわち、ガラス、ガラス-セラミック及びセラミックとの適合性によりコーティングと微小チャネル壁との間に強固な結合が提供される。かかる結合特性は従来の金属製微小リアクタではどうしても達成できなかった。
【００２２】
本発明は、微小リアクタの無機微小チャネル壁の微小チャネルを画定する少なくとも内部表面上に配置される無機触媒支持材を備えたコーティングを含むのが好ましい。ここでの説明の目的のために、コーティングされた微小構造体及びコーティングされた微小リアクタは共に、内部表面（すなわち微小チャネル壁）によって境界が付けられる内部空間（微小チャネル、空洞又は同等のもの）を画定する一体型構造体であることを特徴としており、その中で処理されるべく微小リアクタに入り込んだ反応物質の流れが微小チャネル壁上に配置されているコーティング層内の触媒活性種と接触する。コーティングされた微小構造体及びコーティングされた微小リアクタには、自動車産業において触媒コンバータ内に使用されているモノリシックの押し出し形成セラミックハニカム構造体を含むことは企図していない。かかる構造体は独立した装置であり、並行なチャネルを有している。一般的に酸化物である触媒支持材は、所定の孔隙率を有することが好ましい。微小リアクタは、微小チャネル壁を含むものであるが、ガラス、ガラス-セラミック及び／またはセラミック成分から作られるのが好ましい。微小チャネル壁は固体構造体であるか、または多孔質膜等の多孔質構造体からなる。
【００２３】
好適な微小リアクタの場合においては、触媒支持材はチャネル壁上に多孔性無機触媒支持層としてコーティングされるのが好ましい。この層は（i）流体流れ通路に対して垂直な断面でみた場合に微小チャネル断面の表面の約10%乃至約95%の間を占め、（ii）開放した通気孔隙率（interconnected porosity）が少なくとも5%、より好ましくは少なくとも30%提供されており、（iii）平均孔隙サイズが0.2乃至104ナノメータの範囲にあることを特徴とすることが好ましい。ある種の微小リアクタの微小チャネルにおいては、層の厚みは約10μm乃至約200μmの間にある。この触媒支持材の孔隙構造体の上若しくは内部には、コーティングされた微小リアクタを用いた特定の反応に対する活性及び選択性を有する金属、金属酸化物または他の触媒活性種が配置されていることが好ましい。
【００２４】
本発明は更に上述したコーティングされた微小リアクタの製造方法を好適に含んでいる。好適な方法においては、ガラス、ガラス-セラミック、及び／またはセラミック材料からなる微小チャネル壁によって画定される１以上の内部空間すなわちチャネルを内蔵する微小リアクタにスラリが運ばれる。スラリは好適には加圧下で入口を経て微小チャネル内に導かれ、よって微小チャネルは完全にスラリによって満たされる。スラリは触媒支持材及び触媒を含んでも良く、この場合は、コーティングは微小チャネル壁に単一工程で塗布される。他の実施例においては、スラリは触媒支持材のみを含んでも良い。かかる実施例においては、触媒は触媒支持材上若しくはその中に以下に詳細に説明される触媒含浸（impregnation）技術を用いた第２処理工程によって堆積され得る。
【００２５】
スラリは酸化物触媒支持材の耐久性を有する無機バインダ用の前駆物質を構成要素とする、すなわち前駆物質を含有する液相を含むことが好ましい。一般的に金属酸化物バインダである無機バインダは、所望の内部孔隙構造体の付着性コーティングの形成に効果的なように選択される。バインダの組成は触媒支持材の組成と同等であっても異なっていても良く、その前駆物質は一般的に有機金属若しくは金属の無機化合物であり、スラリの液相に溶解可能であるか若しくは高度に分散可能である。 
【００２６】
微小チャネルがスラリで満たされた後、スラリの一部は微小チャネルから除去され、よってスラリ層が多数の微小チャネル壁をコーティングする。一般的には、スラリは微小リアクタの出口から、例えば、強制空気循環、真空吸引、またはスラリとは混和しない他の流体を用いて排出され得る。微小リアクタ及びそれに含まれるスラリ層は好適に乾燥され、少なくともスラリから液相を除去してコーティング層を形成するのに十分な温度に加熱される。更に、液体を除去した直後にこの層を硬化若しくは一部焼結するために加熱することが好ましいが、代替案として、追加の層が堆積する後まで延期しても良い。従って、コーティング層から液相を除去した後、微小チャネルにスラリを充填し、微小チャネルからスラリの少なくとも一部を除去し、液相を除去するために乾燥及び加熱する工程が繰り返され、よって初期コーティング層の上に１以上の追加コーティング層を形成する。この工程は第１コーティング層と任意の追加コーティング層との組合せが所定の触媒反応の適切な反応速度を提供する厚みに達するまで繰り返される。その後、最終層及び任意の下方に横たわる未硬化の層を硬化すべく最後の加熱が行われる。
【００２７】
コーティング層の上または少なくとも１つ（全てであるのがより好ましいが）のコーティング層の中に触媒活性種を提供する工程は、スラリ堆積の際か、各コーティング層が堆積された後か、若しくは全てのコーティング層が堆積された後に行われる。更に、触媒の含浸は硬化の前若しくは後に行われる。
【００２８】
本工程は、従って、触媒をコーティングの全厚みに亘って完全に均一に分配するオプションか、若しくは代替案として層状コーティングのオプションを提供する。層状コーティングにおいては、層は異なる触媒種を含み得るのみならず、隣接する層と厚み、孔隙率、若しくはその両方が異なり得る。コーティングを特定の用途に適合せしめる目的で組成、孔隙形態（pore morphology）、その他の触媒支持の特性を変化せしめるべくオプションとして行われる工程には様々なものがある。例えば、触媒若しくは他の添加物がスラリ組成に含まれても良く、または代替案としてスラリに添加された粉末の酸化物触媒支持材の上に堆積されても良い。後者の方法が硬化後の触媒支持層の全厚みに亘って触媒を広く分配することを確実にするには特に効果的である。
【００２９】
また有益なオプションとしてのスラリ構成要素に孔隙形成（pore-forming）添加物がある。該添加物はその後の熱処理若しくは化学処理を介して層の孔隙構造を変更する際に用いられる。乾燥前の堆積した層のゲル化を促進する構成要素がスラリに更に含まれても良く、これにより堆積した層の厚みが増加し、コーティングの最終的な微小構造を変更し、若しくは堆積した層の幾何学的形状をコントロールする手段となる。
【００３０】
以下、本発明の好適な実施例を詳細に参照する。実施例は添付の図面に示されている。可能な限り、全図面に亘って同等若しくは類似の部品には同等の参照符号が用いられている。本発明の微小構造体の実施例としての好適にコーティングされた微小リアクタが図1に示されており、概して全体に亘って参照符号10が付されている。
【００３１】
一般的にいえば、図1に示されるように、本発明のコーティングされた微小リアクタ10は微小規模で触媒反応を行う少なくとも１つの反応セル12を含んでいることが好ましい。反応セル12は少なくとも１つの微小チャネル14を含んでいるのが好ましく、該微小チャネル14は反応物質が通り抜ける入口16及び出口18を有し、それらにおいて以下に説明するようにスラリが各々導入され除去される。触媒支持材及び触媒（クロスハッチングで示されている）を含むコーティング層20が微小チャネル14内に配置されるのが好ましく、よってコーティング層22は微小チャネル14を通り抜ける任意の反応物質に触媒反応する。
【００３２】
一般的にいえば、更に本発明のコーティングされた微小リアクタの製造方法を参照して以下に詳細に説明するように、微小チャネル14は第１基板24と第２基板26（図2）との間に配置されるのが好ましい。図2に示されるように、微小チャネル14は複数の微小チャネル壁22によって画定されるのが好ましい。「微小チャネル壁22」という語句は、ガラス、ガラス-セラミック、若しくはセラミック材料からなり、微小チャネル14を画定する任意の表面を意味している。従って、いくつかの実施例においては、微小チャネル壁22は微小チャネル14の境界となる基板24及び第２基板26の表面を含み得る。図2に明示されているように、微小セル12の内表面27の全てがコーティング層20でコーティングされている。図1及び2に示されている実施例では、基板24、第２基板26及びそれらの間に設置されている微小チャネル壁22はガラスで作られるのが好ましい。以下に詳細に説明するように、微小チャネル壁22はガラスフリット（frit）から形成され、該ガラスフリットは第２基板26の頂上に微小モールディング（micromolding）工程を経て成形されるのが好ましい。その後、第１基板24が微小チャネル壁22の頂部表面に貼付されて反応セル12を閉鎖する。入口16及び出口18は第１基板24内に予め形成されるか、若しくは閉鎖後に第１基板24に、例えば、穿孔法によって穿孔する。必須ではないが、微小チャネル14は曲がりくねったチャネルであっても良く、これによって、その他の部分に対して特に、反応セル12内でのスタティック混合機能が提供される。
【００３３】
図3に示される運転においては、１以上の反応物質28が入口16を介して導入されるのが好ましく、コーティングされた微小リアクタ10の反応セル12内に形成されている微小チャネル14を連続して通り抜けるのが好ましい。図3に示されるように、複数の反応セル12が互いに他の上に積み重ねられ、位置合わせした入口16及び出口18を介して流体が流通する。１以上の反応物質28がコーティングされた微小チャネル14を介して好適に送り込まれるので、１以上の反応物質28が微小チャネル壁22上の触媒の含浸したコーティング層20と接触する。その結果、触媒反応が微小チャネル14内で好適に生じ、反応生成物すなわち製品30がその後出口18を通り抜け、そこで更に処理及び／または分析が好適に行われる。
【００３４】
コーティング層22内に含浸される特定の触媒活性種の組成は重要ではないが、従来の慣行に従って決定される。すなわち、特定の用途若しくはコーティング層が使用される工程の環境の観点によって決定される。本発明に有利に使用され得る従来の触媒には少なくとも元素周期表の第VIIIA族の貴金属触媒が含まれ、更にはその第IVA族、第VA族、第VIA族、第VIIA族及び第VIIIA族の遷移金属を含む。コーティング層22用の許容され得る触媒支持材には、アルミナ、特に、ガンマアルミナ、微粒子サイズのベーマイト（boehmites）、シリカ、アルミナシリカ及び限定されるものではないゼオライト等のモレキュラーシーブを含むが、これらに限られるものではない。
【００３５】
本発明のコーティングされた微小リアクタ10の好適な製造方法を以下に図4乃至6を参照しながら説明する。図4に示されるように、これに限られるものではないが注射器等のスラリ34を加圧下で供給するソース32は入口16と協働して入口16を介して微小チャネル14内にスラリ34を供給する。好適な実施例においては、スラリ34は微小チャネル14が完全に満たされスラリ34が出口18から出るまで微小チャネル14内に供給される。上記した如く、この点において、スラリ34は触媒支持材を含み、触媒は含んでも含んでいなくても良い。本説明の目的においては、スラリ34は触媒支持材と触媒とを共に含んでいると仮定する。
【００３６】
スラリ34が微小チャネル14を画定する微小チャネル壁表面27を全て覆うように、一旦微小チャネル14がスラリ34で満たされると、図5に示すように、少なくともスラリ34の一部が排出されるか、若しくは微小チャネル14から除去される。本発明の好適な実施例においては、強制空気38のソース36は入口16と好適に協働して強制空気38を微小チャネル14を介して供給し、出口18から排出する。強制空気38が微小チャネル14を流通することによって、スラリ34の大部分が出口18に押し出され、出口18と協働する回収容器40に入り込む。図5に示されるように、本工程の完了時においては、スラリ層42は全ての微小チャネル壁27に張り付いたままである。
【００３７】
その後、スラリ層42は乾燥される。好適には低い流速の空気流れに晒されながらスラリ層からほとんどの液相を除去するのに十分な時間をかけて乾燥される。図6に示されるように、スラリ層42でコーティングされた微小セル12は熱源44内に設置され、硬化してスラリ層42が微小チャネル壁27に結合するのに十分な温度に加熱される。一般的にいえば、スラリ層42でコーティングされた微小セル12は空気雰囲気46内で加熱されるのが好ましい。本発明の加熱の後、コーティングされた微小リアクタ10は触媒支持材とコーティング層48の全厚みに亘って分散された触媒とを共に備えた固体コーティング層を含んでいる。好適な実施例においては、コーティング層48はコーティングされた微小リアクタ10内の内壁表面の全てを覆っている。
【００３８】
上記の工程は前段のスラリ層42の頂上に追加のスラリ層42を塗布すべく何度も繰り返すことが可能であり、その結果、数多くの固体コーティング層48となる。加えて、コーティング層48は触媒を含まないスラリ34のような工程によって２段階工程（図示せず）によって塗布することが可能である。触媒支持材を含むスラリが上記の工程に従って供給され、除去され、乾燥され、及び加熱され、その後、所望の触媒を含む溶液がスラリでコーティングされた微小チャネル14内に加熱の前若しくは後に供給され、よって当業者に従来から知られている触媒を含むスラリ層、若しくは触媒を含むコーティング（もし焼成の後であれば）に含浸する。 
【００３９】
本発明のコーティングされた微小リアクタ10の形成に使用される微小セル12は数多くの異なる方法によって作成されるが、本発明の微小リアクタ10の微小セル12の好適な製造方法は、真空条件下（気泡の封じ込めを防止するため）において、有機媒体とガラス、ガラスセラミック、セラミック、若しくはそれらの組合せの前駆物質である材料との第１混合物をガラス、ガラスセラミック、セラミック、金属、シリコン等の半導体若しくはそれらの組合せから選択される材料から作られる第１基板上に形成する工程を含むことが好ましい。「真空補助された微小モールディング工程」においては、対象となる前駆物質は第１基板の構成材料と熱膨張係数の観点において適合性を有しているのが好ましい。真空形成は生成される形状に少なくとも最小量の機械的強度を与える条件下で実施されるのが好ましい。
【００４０】
形成された混合物はその後、第１基板と形成された混合物とを含むアセンブリに適切な熱処理を加えることによって予備焼結されるのが好ましい（予備焼結は有機媒体を除去することと構造を強化することとに寄与する）。ガラス、ガラスセラミック、セラミック、金属、シリコン等の半導体若しくはそれらの組合せから選択される材料からなる第２基板がその後貼り付けられるのが好ましい。第２基板の材質は第１基板の材質と同等であっても異なっていても良く、第２基板の材質はそれが接触する実質的に全ての前駆物質と熱膨張係数の観点において適合性を有している。対象となる第２基板は未処理であるか、或いは一方の表面が熱可塑性媒体とガラス、ガラスセラミック、セラミック、若しくはそれらの組合せの前駆物質である材料との第２混合物によってコーティングされるか（ここにおいて混合物はオプションとして第１基板で使用した混合物と同等であり、真空形成は行われず、オプションとして予備焼結され、いかなる場合においても第２基板及び第１混合物と適合性を有している）、或いは実際に一方の表面が予め真空形成された第２混合物によってコーティングされ、続いて予備焼結される。２つの基板はその後、各基板にオプションで存在する混合物が互いに向き合うように組み合わせられる。必須ではないが、上記作業がオプションで少なくとも１回同じ方法であるか或いは第２基板の種類に関して変化せしめて繰り返される。ここにおいては、構造体の底部若しくは頂部として既に得られているアセンブリが用いられる。かかる構造体には連続した２つ、３つ、及び／またはより多くのセルが含まれる。１以上のセルを有する結果としてのアセンブリはその後熱処理（燃焼）され、よって前駆物質と基板とが結合されるか、或いは異なる前駆物質同士が結合されて且つ前駆物質が堆積されている各基板に前駆物質が結合される。
【００４１】
真空形成は種々の異なる方法によって実施され、特に、前駆物質に混合している有機媒体の種類が考慮される。混合物内の有機媒体は、特に、熱可塑性媒体、熱硬化性媒体、若しくは光重合可能媒体によって構成される。
【００４２】
一般的にいえば、かかる方法は１以上の以下の方法によって開始する。形成作業（真空容器内）のモールドが適用される前に第１混合物が第１基板の上に設置されるか、或いは第１基板上にモールドが最初に設置され、真空を形成し、その後混合物がその中に注入される。混合物内に熱可塑性媒体が用いられている場合は、混合物が最初に加熱されることが好ましく、適切なモールドで成形され、冷却され、その後モールドが取り除かれる。媒体が熱硬化性媒体である場合は、混合物は室温で適切なモールドによって形成され、一旦形成された場合は加熱され、冷却され、その後モールドが取り除かれる。媒体が光重合可能な媒体の場合は、混合物は室温で適切なモールドによって形成される。一旦形成された場合は、適切な照射（紫外線、X線）に晒され、その後モールドが取り除かれる。当業者であれば理解するように、使用するモールドは、従来の方法によって適切なマスターモールドから所望の最終形状に適合すべく準備される。
【００４３】
真空形成は前駆物質媒体と有機物質との混合物に浮き彫りの形状を生じる。本発明による特徴的な方法によれば、混合物が基板上に支持されている際に混合物を変形することによって該形状が得られる。基板はいかなるエッチングにも晒されないのが好ましい。
【００４４】
予備焼結は支持されている構造体上で好適に行われるので、予備焼結を行うのは簡易であり、構造体はその平面性を保持している。予備焼結は、組立て前（構造体を閉じる前）に有機物成分の大部分を混合物から除去する役割を有している。揮発性成分を複雑な三次元構造体から除去することは常に困難である。なぜなら構造体にダメージを与えることなく気体が逃げられるようにしなければならないからである。ガラス、ガラスセラミック、セラミック、金属、または半導体からなる基板の使用は特に有利である。それは、サブ構造体が製造を必要とすることなく容易に形成され、脆弱な自己支持構造であるかかるサブ構造体を取り扱う必要がないからである。該構造物は沈下すなわちゆがむことはなく、よって離間したチャネル壁及び／または複雑な形状の壁を提供することが可能である。更に、導電体、電極または光導体等の追加部品をそれら部品の機械的挙動の影響が最小であるかほとんどの場合はその影響を及ぼすことなく基板上に導入することが容易になる。
【００４５】
一般的に従来の方法においては、前駆物質と比較して不活性であって有機媒体を吸収する物質が、形成された混合物の上に塗布された後に予備焼結が実施されている。これによって形成された混合物が沈下すなわち崩壊する程度を最小にする。一般的に吸収材料は予備焼結すべく形成された混合物の上に粉末状にされるかスプレーされる。
【００４６】
作業が繰り返されない場合は、本発明の方法は単一セルデバイスを提供することが可能である（第１及び第２基板を同時に組み立てることによる。基板の一方は底部の役割を担い、他方はカバープレートの役割を担う）。作業が繰り返される場合は、当該方法は１以上の共用基板を用いたN個のセルからなるデバイスを提供することが可能である。かかる1またはN個のセルデバイスは、その後、結合物質、特に接着材、を用いて互いに固定される。本発明のデバイスには、１ステージ、共用基板を伴ったN個のセル、互いに積み重なったN個のステージ（共用基板を有しない）、若しくはN個のセルが含まれ、それらのうちいくつかは共有基板を有しており、それらのうちいくつかは共有基板を有しておらず、いずれのデバイスも垂直位置、水平位置、傾斜位置若しくは当業者に知られている他の向きで使用することが可能である。
【００４７】
最終デバイスの任意のエレメントを得る本発明の方法は、関係するカバープレートのタイプに従って３つの主要な変形方法で実施することが可能である。上述したように、第２（nth）基板は第１（nth-1）基板の予備焼結された混合物に貼り付けることが可能であり、これは未処理の状態であるか（この変形方法は好ましくはないが、除外されないことは確かである）、オプションとして予備焼結される第２混合物によってコーティングされた状態であるか（第２混合物は成形されていない均一層形状であることが好ましく、予備焼結されない場合はオプションとして予備焼結されることが可能であり、よって予備焼結された第１混合物との接触が改善される）、或いは真空形成された第２混合物によってコーティングし、予備焼結される（第１混合物と同様）。この例では混合物に凹部すなわちチャネルとして形成される相補的形状を活用する手段として、整列している２つの基板が有利に用いられている。これによって本発明の微小流体リアクタは顕著なアスペクト比を得ることが可能となり、その価は約5.0より大きい。
【００４８】
上述のステップに加えて、本発明の方法は更なるステップを含み得る。通路は例えば穿孔することによって設けられ、よって流体の循環が可能となり、該流体の出入りが可能となり、実際に流体が１エレメントのチャネルから他のエレメントのチャネルへ通過することが可能となる。穿孔作業は、有利には予備焼結された混合物を介して一緒に組み立てられる部品においても行い得る。更に、特に上記において特定したタイプの部品（２〜３例を挙げると、導電体、電極、光導体）である１以上の追加部品を、関連する基板のうちの１つの基板上や関連する前駆物質混合物内、若しくは実際に第１及び第２基板の少なくとも１つと対応する第１若しくは第２混合物との間に挿入される中間層内に挿入することが可能である。本発明のデバイスの各エレメントの製造中においては、反応セルの一部、特に、従来の印刷法、フォトリソグラフィ、若しくは電鋳技術によって形成される電極を形成すべく、少なくとも１つの中間層（Siの高純度層、ガラス層、セラミック若しくはガラスセラミックからなるもの）を基板と前駆物質混合物との間に滑らせることが完全に可能である。
【００４９】
本発明のコーティングされた微小リアクタ用の微小セル12の製造方法の例示的な実施例が図7に示されている。最初に、好適な実施例においては、浮き彫りの微小構造体が基板26（例えばガラス若しくはシリコンからなる）の上に作られ、かかる微小構造体はガラスフリット及び熱可塑性媒体（例えば）を含んだ混合物52を成形することによって作られる。２つの異なる技術が図式的に示されている。図7の右上隅の技術は米国特許第5,853,446号に記述されている技術に類似しており、特に該特許の例４に記載されている方法に類似している、その開示は本願の開示に組み入れられる。かかる方法によれば、混合物52が基板26の上に堆積される。混合物52を乗せた基板26がサーモスタットで制御された支持部54上に設置されている。エラストマからなる好適な鋳型56が予め準備されている。該鋳型は支持部58上に設置され、該支持部58自身はヒーターエレメント60に固定されている。構成要素60、58及び56を含んだアセンブリは、エンクロージャ内での混合物52に使用する前に、エンクロージャ62内において真空で脱ガスされる。かかる脱ガスは混合物52を好適に脱ガスし、形成された混合物内に気泡が閉じ込められるのを防止する。 
【００５０】
図7の左上隅の方法は、鋳型56が基板26の上に予め設置された後に、鋳型56に混合物52を注入することに基づいている。基板26及び鋳型56を含んだアセンブリは、ピストン68の作動の下での開閉に適したジャケット66内の２つのホットプレート64の間に設置される。鋳型56の内部が排気装置70によって排気された後、混合物52がインジェクタ72を介して注入される。熱形成工程の最後に、熱形成されたアセンブリが底部ホットプレートを介して作動するエジェクタ装置74を用いて排出される。
【００５１】
真空形成ステップが実施された後、基板26に固定された混合物76が得られ、かかる混合物は熱形成された混合物52を含んでいる。その後アセンブリは加熱処理され、よって混合物76が予備焼結される。これが符号78で示すものであり、これは主に加熱処理されたガラスフリットからなる。
【００５２】
並行して、対象とするデバイス用のカバープレートが準備される。第１実施例においては、カバープレートは基板24（オプションとして基板26と同等である）を含み、該基板24は混合物78上に未処理で設置される。その後アセンブリは適切な条件下で加熱処理され、結果的に微小セル12の３つの構成要素を生じる。すなわち、基板26及び24並びにその間の燃焼されたワンピースの微小構造体80がしっかりと結合される。一般的にいえば、微小構造体は少なくとも１つのチャネル82を画定するのが好ましい。
【００５３】
第２実施例においては、カバープレートはガラスフリットと熱可塑性媒体（例えば）との混合物84の均一層でコーティングされた基板24（オプションとして基板26と同等である）を含んでいる。混合物84はオプションとして予備焼結される。従ってそれはオプションとして顕著な量の熱可塑性媒体を含んでいる。結果として生じるアセンブリは本発明による微小セル12を生ぜしめるべく適切な条件下で加熱処理される。その微小構造体80及び84がチャネル82を画定する。
【００５４】
第３実施例においては、カバープレートは底部プレートと同等のタイプである。カバープレートは基板（例示した26と同等の基板である）を含んおり、該基板はそこに固定された予備焼結されて熱形成された混合物（実施例に示されている混合物78と同等である）を備えている。よって、互いが整列するように浮き彫りのパターンを設置することによって、大容量の（更に顕著なアスペクト比を呈する）チャネル8を得ることが可能となる。結果として得られるアセンブリは好適な条件下で加熱処理され、よって本発明の微小セル12が生じる。
【００５５】
本発明による微小流体リアクタの製造方法に関する更なる詳細は出願日が2002年6月4日の同時係属の米国非仮出願第10/163,215号に記載されており、これはコーニング社（Corning Incorporated）によって共有されており、本願の開示に組み入れられる。 
【００５６】
代替案として、本発明の微小リアクタ10の製造に使用するガラス製微小セル12は従来のウェットエッチング工程若しくは当業者に公知の他のプロセスによっても製造することが可能である。 
【００５７】
本発明は以下の詳細な実験例を参照することによって更に理解することが可能であり、それらは本発明の説明を企図したものであって限定するものではない。 
【００５８】
例１−ゾル結合コーティングを伴う触媒ガラス製微小リアクタ
耐久性のあるアルミナコーティングが、真空補助微小モールディング工程によって作られたガラス製微小リアクタの内部チャネル壁上に設けられる。コーティングが施された微小セルは正方形状セルの微小リアクタであって、微小セルの断面寸法は約0.5mm×0.7mmである。
【００５９】
当該微小リアクタの内部チャネル壁上にアルミナコーティングを施すべく、所定量のアルミニウムイソプロポキシド（aluminum isopropoxide）（99重量%）が、温水で混合物を形成することによって先ず加水分解される。混合物はその後pH約4.0を達成すべく硝酸を添加することによって解膠（peptized）され、よってゾル１リットル当たり約1モルのアルミナを含んだアルミナゾルバインダ溶液が作られる。
【００６０】
表面積の広い所定量のガンマアルミナ粉末（表面積が約200m2/g）がその後このアルミナゾルに添加されて微小セルの微小チャネル壁に塗布されるコーティング用スラリが作られる。アルミナゾル重量１に対して重量約0.3乃至0.4、好ましくは0.35、の粉末アルミナが添加されてアルミナスラリが形成され、粘度は適切な量の水を添加することによってその後調整される。
【００６１】
アルミナコーティングを形成すべく微小リアクタチャネルはアルミナスラリによって充填され、例えば、強制空気循環を用いて排出し、その後残留するコーティング層を乾燥し、微小リアクタ及びコーティングを約450°Cの温度に加熱することによって硬化して効果的にコーティングをチャネル壁に結合する。充填、排出、乾燥及び硬化工程がその後繰り返されて２つの追加コーティング層がチャネル壁上に堆積される。
【００６２】
本実験例におけるコーティングを強固にすべく用いる燃焼スケジュールは以下の通りである。先ず、微小セル及びコーティングの温度を室温から150°Cに40分間で均一に昇温すべくコーティングされた微小セルを加熱する。その後、微小セル及びコーティングは150°Cの温度で30分間保持される。温度をその後150°Cから450°Cに60分間に亘って均一に昇温し、450°Cで更に60分間維持する。その後、コーティングされた微小リアクタは450°Cから室温に120分間に亘って冷却する。コーティングは良好に付着し耐久性があり、熱衝撃に対して良好な耐性を呈し、削れや破砕を生じることなく固体粒子を潜在的に含む液体及び気体液体フィード流れとの長期間接触に耐えるように設計される。
例２−ゾル結合コーティングを伴った触媒ガラス製微小リアクタ
上述の実験例が同じ条件で実施されるが、真空補助の微小モールディング工程で作られるガラス製微小セルがウェットエッチング工程によって作られるガラス製微小セルに置き換わる。実質的に同様な結果が得られた。 
例３−アルミナでコーティングされたガラス製微小リアクタ上のPt触媒
構造化されたプラチナ触媒を準備すべく、アルミナでコーティングされたガラス製微小リアクタの形状をした触媒支持材が上述の実験例１に記載の手順によって作られる。その後、触媒の調製がH2PtCl6を80mlの水に溶解することによって行われ、これにより約0.4重量%のプラチナを含んだ水溶液が形成される。
【００６３】
コーティングされた微小チャネルはその後、調製した触媒溶液で満たされ、よってコーティング層の全厚みに亘ってプラチナを含浸することが図られる。目的とするコーティングにおけるプラチナの含有量は約0.3重量%である。ここにおいて、プラチナ含有量は酸化物として計算している。コーティングを触媒溶液によって含浸することに続いて、溶液処理された触媒支持材は乾燥され、その後空気内で400°Cに加熱されて水分を蒸発させ、プラチナ化合物をプラチナに変換して、室温まで冷却して検査する。
【００６４】
強化用の燃焼スケジュールはコーティングされた微小リアクタを室温から150°Cに65分間で加熱することが含まれる。コーティングされた微小リアクタはその後150°Cで30分間保持される。その後、コーティングされた微小リアクタは150°Cから400°Cに125分間で加熱され、400°Cで更に60分間保持される。最後に、コーティングされた微小リアクタは400°Cから室温に200分間で戻される。Pt粒子の焼結を避けるべく温度を上げたり下げたりする速度は2°C/分より低くする。
【００６５】
このように調製された触媒の含浸したコーティングの電子線マイクロプローブ検査は、コーティング全体に亘る触媒の良好な分配を示している。 
例４−アルミナでコーティングされたガラス製微小リアクタ上のNiO触媒
構造化されたNiO触媒を調製すべく、アルミナでコーティングされたガラス製微小リアクタの形状をした触媒支持材が実験例１に記載した手順によって作られる。この実験例においては、触媒はNi（NO3）2を水に溶解することによって調製し、よって水溶液を形成する。 
【００６６】
コーティングされた微小リアクタチャネルはその後、コーティングを全厚みに亘って酸化ニッケルで含浸する目的のために触媒溶液で満たされる。コーティングにおける目的とするニッケルの含有量は約3重量%である。コーティングを触媒溶液で含浸した後、溶液処理された支持材は乾燥され、その後空気中で400°Cに加熱され、よって水分を蒸発させてニッケル化合物を酸化ニッケルに変換し、その後室温まで冷却して検査する。このように調製された触媒の含浸したコーティングの電子線マイクロプローブ検査は、コーティング全体に亘る触媒の良好な分配を示している。
例５−微小リアクタ上のアルミナ支持されたPｔ触媒
微小リアクタ内の構造化された触媒の製造方法の代替例は、選択されたゾルバインダ溶液に結合する前に、粉末酸化充填材に触媒を均一に含浸する方法を含んでいる。この方法による触媒アルミナコーティングを提供すべく、実験例１の手順が繰り返されるが、例外としてコーティング用スラリに導入されたガンマアルミナ粉末は、アルミナバインダゾルに結合される前にプラチナによって最初に触媒作用を受けた粉末である。
【００６７】
本目的に適した触媒作用を受けたアルミナ粉末は、上記の実験例３の如き所定量の表面積の広いガンマアルミナ粉末（表面積は約200m2/g）をH2PtCl6触媒溶液で処理することによって調製する。粉末処理は混合しながら粉末を触媒溶液に添加することによって行われ、その後このように含浸された粉末は乾燥され、その後空気中で400°Cに加熱される。このように調製された触媒作用を受けたアルミナが実験例１のアルミナゾルに添加され、ガラス製微小リアクタがその後結果として生じる触媒を含んだスラリによってコーティングされる。この手順による製品がコーティングされた構造化されたプラチナ触媒であり、均一であって、プラチナ触媒がアルミナコーティングの全厚みに亘って変化なく分配されたものが提供される。 
例６−ベーマイト結合コーティングを伴った構造化された触媒支持材
コーティング用スラリのゾルバインダの使用の代替案としては、焼結可能な粒子状固体を添加したバインダが用いられる。ガンマアルミナコーティング用に有用な焼結可能な固体は微粒子サイズのベーマイト（水酸化アルミナ）であると判断された。 
【００６８】
本バインダシステムへのコーティング用スラリを調製すべく、約80％の表面積の広いガンマアルミナ粉末（表面積は約200m2/g）と20重量％の市販のベーマイト粉末であるサソル社（Sasol）のプラル（Pural）SBとからなる粉末ブレンドが先ず準備される。本粉末ブレンドはその後25容量％の水と75容量％のエタノールとからなるアルコール−水媒体内に混合され、該混合物の完全な混合によって均一なディスパージョンが得られる。
【００６９】
このようにして得られたスラリは、実験例１で採用した微小リアクタの内部チャネル壁と同じ形状の微小リアクタの内部チャネル壁に塗布される。実験例１に記載された手順が個々のコーティング層の塗布に適用される。ここでは微小リアクタにおいて排出が行われて、層の堆積の後、乾燥されて550°Cで燃焼されてチャネル壁にスラリコーティングが結合される。
例７−ガラス製微小リアクタ内のモレキュラーシーブコーティング
選択的な触媒反応を促進若しくはコントロールすべくゼオライト等のモレキュラーシーブを組み入れたコーティングが、本発明によるゾルバインダの使用を介して効果的に提供されることが可能である。図示された例においては、実験例１の手順が実施されるが、例外として40重量％の表面積の広いガンマアルミナ粉末（表面積は約200m2/g）と60重量％の市販のH-Yゼオライトとからなる粉末混合物がガンマアルミナの替わりに使用され、よってそこで記載されているコーティング用のスラリが調製される。良好に結合した亀裂のないコーティングがこれら組成のスラリによって容易に提供される。 
例８−高耐圧触媒微小リアクタ 
真空補助微小モルディング工程を用いて作られたガラス製微小リアクタ内に実験例１によるゾルバインダを用いてアルミナコーティングが提供される。この工程の特殊性に起因してガラス粒子の高焼結が２つの微小セル基板の密閉を可能にし、チャネル内部に加えられる圧力に対する高い耐圧性が認められた。記載された工程によって製造された構造体は設計次第で0.6MPa（6bar）より大きく4MPa（40bar）までの圧力に耐えることが実験で証明された。ここで記載したような触媒微小リアクタの運転圧力は適切な設計によって更に高くすることが可能である。これらガラス製微小リアクタの耐圧性は、ここに記載したガラス製微小リアクタのチャネル壁に対する良好な付着特性を有するアルミナコーティングの存在と相まって、反応物質に加圧下での運転条件を要する不均一系触媒反応に使用することが可能な特有の微小リアクタを提供する。
【００７０】
本発明のコーティングシステムに組み合わせて使用され得る他の添加物にはコーティングの熱伝導度や熱容量を増加する物質がある。かかる添加物の具体的な例には炭化ケイ素（SiC）若しくは窒化ケイ素（SiN）の粉末が含まれる。より高い熱容量や伝導度を有するコーティングは発熱若しくは吸熱を伴う化学反応において触媒温度の制御を助けるのに有益であり、更に構造化された触媒支持材が受けやすい熱応力を低減する。 
【００７１】
本発明の趣旨や範囲に逸脱することなく本発明に種々の変更や変形がなし得ることが当業者にとって明らかである。 
【００７２】
本発明の種々のシステム及び方法が本発明の具体的な実施例を参照しつつ示され且つ記載されてきたが、いずれかの及び全ての実施例はここに記載したいずれかのシステム及び方法と併せて使用することが可能である。従って、本発明は、添付するクレーム及びその均等物の範囲内にあることを条件として本発明の変更例や変形例を含むことを企図している。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明によってコーティングされた好適な微小リアクタの平面図である。
【図２】図1の線２−２で切り取られたコーティングされた微小リアクタの断面図である。
【図３】本発明の１つのアスペクトによってコーティングされた複数の積み重ねられた微小セルを含むコーティングされた微小リアクタの運転を示す断面図である。
【図４】本発明によってコーティングされた微小リアクタの好適な製造方法を示す概要図である。
【図５】本発明によってコーティングされた微小リアクタの好適な製造方法を示す概要図である。
【図６】本発明によってコーティングされた微小リアクタの好適な製造方法を示す概要図である。
【図７】本発明によってコーティングされた微小リアクタの製作に用いられる微小セルの好適な製造方法を示す概要図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  微小リアクタ
１２  反応セル
１４  微小チャネル
１６  入口
１８  出口
２０  コーティング層
２２  微小チャネル壁
２４  第１基板
２６  第２基板
２７  微小チャネル壁表面
２８  反応物質
３２  ソース
３４  スラリ
３６  ソース
３８  強制空気
４０  回収容器
４２  スラリ層
４４  熱源
４６  空気雰囲気
４８  固体コーティング層
５２  混合物
５４  支持部
５６  鋳型
５８  支持部
６０  ヒーターエレメント
６２  エンクロージャ
６４  ホットプレート
６６  ジャケット
６８  ピストン
７０  排気装置
７２  インジェクタ
７４  エジェクタ装置
７６  固定された混合物
７８  予備焼結混合物
８０  微小構造体
８２  チャネル
８４  混合物
【図１】
2006518269.tif 000003
【図２】
2006518269.tif 000004
【図３】
2006518269.tif 000005
【図４】
2006518269.tif 000006
【図５】
2006518269.tif 000007
【図６】
2006518269.tif 000008
【図７】
2006518269.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月27日(2005.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学物質の処理及び製造用の微小構造体であって、処理される化学物質を収容する少なくとも１つの微小チャネルを画定する複数の微小チャネル壁と、前記少なくとも１つの微小チャネルを画定する前記複数の微小チャネル壁に付着した少なくとも１つのコーティング層とを備え、前記コーティング層は触媒支持材と触媒とを含み、前記複数の微小チャネル壁はガラス、セラミック、ガラス−セラミック及びそれらの組合せからなるグループから選択される材料の焼結フリットからなることを特徴とする微小構造体。
【請求項２】
前記複数の微小チャネル壁の少なくとも１つは更に多孔性メンブレンを備えていることを特徴とする請求項１記載の微小構造体。
【請求項３】
前記焼結フリットはガラス材からなることを特徴とする請求項１又は２記載の微小構造体。
【請求項４】
前記触媒支持材はアルミナゾルバインダからなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項５】
前記触媒支持材は焼結した粒子状固体からなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項６】
前記触媒支持材はモレキュラーシーブからなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項７】
前記モレキュラーシーブはゼオライトからなることを特徴とする請求項６記載の微小構造体。
【請求項８】
前記微小構造体は約1.5MPa（15bar）と約4MPa（40bar）との間の内部圧力で運転され得ることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１に記載の微小構造体。
【請求項９】
化学物質の処理及び製造用の微小構造体の製造方法であって、
ガラス、セラミック、ガラス−セラミック、及びそれらの組合せからなるグループから選択される材料の焼結フリットからなる複数の微小チャネル壁で画定されたものであって、処理される化学物質を収容するように構成された微小チャネルを提供する工程と、
前記微小チャネルをスラリで充填する工程と、
スラリ層が前記複数の微小チャネル壁をコーティングするように前記スラリの一部を前記微小チャネルから除去する工程と、
前記スラリ層を硬化して前記複数の微小チャネル壁に結合すべく前記スラリ層を十分な時間及び十分な温度で加熱する工程と、からなることを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
前記提供する工程は更に、
ガラスフリットを第１基板上に堆積する工程と、
微小チャネルを画定すべく前記ガラスフリットを成形する工程と、
前記成形されたガラスフリットを第２基板で覆う工程と、を備えたことを特徴とする請求項９記載の方法。
【国際調査報告】
2006518269.tif 000010
2006518269.tif 000011
2006518269.tif 000012