[发明专利]聚硅酸盐颗粒材料的制备和用途

说明书

技术领域

本发明一般涉及制备颗粒材料的方法。更具体地，本发明涉及通过将硅酸溶液与预成的纳米颗粒混合以在分散体中产生聚硅酸盐键来制备颗粒材料的方法。 

背景技术

微细二氧化硅作为催化剂载体、粘合剂或者催化剂本身使用，特别地，当“掺杂”铝或另外的金属时，作为纸张等上的吸墨涂层使用、作为用于酒或汁液澄清的过滤材料使用，等等。然而，如果聚附的硅酸盐颗粒具有比使用标准的胶体二氧化硅获得的孔隙率大，则可以获得改进。此外，当通过将铝掺入硅酸盐的构架来改良胶体二氧化硅或其他的硅酸盐时，获得了诸如增加的酸度的已知益处，但是这些材料具有形成凝胶的强烈趋势，这是不利的。 

如果可以提供一种物理稳定的硅铝(硅酸铝)材料，则大量的市售品可获得改进，所述市售品包括催化剂、耐熔材料、分离材料(如滤器、磨料和涂料)。当前所使用的材料并没有如所期望的那样均匀或者无定形。 

发明内容

通过本发明，提供了高表面积、高孔隙率的颗粒材料，所述颗粒材料具有用于如上所描述用途的期望特征并且展示出改善的物理稳定性。特别地，本发明的微细分散的硅酸铝材料可以具有避免胶凝作用的固有强酸性连同良好的物理稳定性，从而为所述微细分散的硅酸铝材料作为催化剂本身或者作为催化剂载体的使用提供了特定保障，所述催化剂载体上可以放置金属或者金属氧化物催化剂，例如铂、钯、镍、氧化铜或其他材料。 

通过本发明，提供一种用于制备颗粒材料的方法，其包括下述步骤：在中性至不超过7的弱酸性pH、约20℃-130℃的温度下，将任选地掺杂一种金属或多种金属(如铝)的硅酸溶液与预成的纳米颗粒混合以产生在预成的纳米颗粒间形成的聚硅酸盐键，从而获得具有至少约为5％(重量) 的SiO₂的固体含量的分散体。之后，如果需要，将所得分散体的pH调节至超过7以提供碱性条件，从而稳定/增强该颗粒材料。继此之后，如果需要，可以干燥该材料以形成例如干燥的催化剂或者催化剂载体材料。 

在某些实施方案中，硅酸溶液可以基本上不含铝和非碱金属的其他金属。如果需要，起初可以存在少量碱金属(诸如钠或钾)，但是在如上所述的处理初期却不足以使混合物具有超过7的pH。 

作为另外的步骤，成品可以具有通过常规技术应用于该产品的金属或者金属氧化物涂层，以提供催化剂。该产品在诸如氢化反应等化学反应中可以作为催化剂、粘合剂或者催化剂载体使用。 

在某些实施方案中，可以提供一种用于制备颗粒材料的方法，所述方法包括下述步骤：在约20℃-130℃的温度下，将掺杂铝的硅酸溶液与具有中性至不超过7的弱酸性pH的预成纳米颗粒淤浆混合以产生在预成的纳米颗粒间形成的聚硅铝酸盐键，从而获得颗粒分散体。然后，将分散体的pH升至大于7以稳定/增强该颗粒分散体的颗粒。 

可以将硅酸溶液加至预成的纳米颗粒在例如反应混合物的“母液(heel)”(原始的液体体积)中的淤浆。可选地，可以将纳米颗粒加至硅酸溶液。 

在某些实施方案中，可以提供一种用于制备颗粒材料的方法，所述方法包括下述步骤：在约20℃-130℃的温度下，将掺杂铝的硅酸溶液经受中性或者不超过7的弱酸性pH(无预成的纳米颗粒)，得到作为颗粒分散体的聚硅酸铝产物。然后，和之前一样，将分散体的pH升至大于7从而稳定/增强已在分散体中形成的颗粒。 

在上述情况中，无论是单独地还是与预成的纳米颗粒淤浆混合，硅酸溶液将在中性至弱酸性pH(即不超过7)经受化学缩合作用，形成硅酸盐键，掺入预成的纳米颗粒(如果存在)，从而获得具有网状特征并且呈数量生长的颗粒分散体，预成的纳米颗粒(当存在时)被掺入网状颗粒材料。 

然后，pH一经升至大于7(即碱性状态)，该缩合过程转而主要引起单个网状结构的生长而不形成新的网状颗粒，以致通过体积增长而非数量的显著增加来稳定/增强网状颗粒分散体中存在的颗粒。 

在某些实施方案中，铝(当存在时)可以在固体总量的约10％至约60％(重量)的范围内存在，铝以Al₂O₃进行计算。 

预成的纳米颗粒(如果存在)，可以包括二氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化铁、氧化锌、粘土、氧化锆、氧化锡、氧化铈和它们的混合物，以及如所期望的其他金属氧化物等等。如本发明所述，这些离散的纳米颗粒以网状结构连接在一起，由于所述网状结构的高内部和外部表面积、高孔隙率和高化学反应性，因此所述网状结构具有高表面积、高孔隙率和吸收、吸附或用化学方法吸收合适材料的能力。