[发明专利]α-氧化铝无机膜载体及其制备方法

说明书

背景技术

本申请要求享有2006年12月11日提交(律师诉讼事务表第SP06-172P号)、 题为“α-氧化铝无机膜载体及其制备方法”的临时申请第60/874070号的优先权， 该申请以其整体通过引用结合于此。

技术领域

本发明一般涉及α-氧化铝无机膜载体，更具体地，通过控制氧化铝和/或 成孔剂粒度以及其它工艺变量控制α-氧化铝无机膜载体的孔隙率、孔分布和强 度特征。

背景技术

在膜分离领域，沉积在多孔载体上的薄的多孔材料被广泛用于液体介质的 微滤和超滤以及气体分离。所述多孔载体用于为薄的多孔材料提供机械强度。

多孔陶瓷载体上可以沉积无机涂料以形成用于例如环境工业、生物工业、 食品饮料工业、半导体工业、化学工业、石油化学工业、天然气和能源工业中 的例如过滤和分离应用的膜结构。这些工业经常需要纯化的气体/蒸汽或纯化的 液体，它们的来源是由不同的气体和/或液体/颗粒组合组成的混合的原料流。 具体的例子包括氢气的纯化和分离、二氧化碳气体的隔离、油/水混合物的过滤、 废水处理、酒类和榨汁的过滤、从流体流中过滤细菌和病毒、从生物体中分离 乙醇、生产用于半导体和微电子工业的高纯气体和水。

膜载体用于为膜/涂料沉积提供高几何表面积填充密度，同时，如果载体具 有高渗透性、强度、化学稳定性、热稳定性和结构均一性，则是有利的。

在共同拥有的美国专利申请公开第2006/0090649号中详细描述了整块无 机膜产品概念和宏观设计参数。这种设计相比常规设计的优点是表面积填充密 度高并且其几何简易性使工程技术简化。在该设计配置中，有利的是载体具有 高渗透性和高强度。

共同拥有的欧洲专利第0787524号涉及富铝红柱石膜载体设计。所述富铝 红柱石膜载体被设计成0.2μm平均孔径的蜂窝体并用于制造膜组件。

共同拥有的美国专利第5223318号涉及制备用于膜载体的二氧化钛基质。

众所周知，高纯度的α-氧化铝在酸性、碱性和其它反应性环境中具有高化 学稳定性，并且还具有高热稳定性和高湿热稳定性。高纯度的α-氧化铝用于各 种无机膜的研究中，是制备膜载体的优选材料。人们已经开发出通常为单管形 式的氧化铝膜并将其用于核反应器应用的铀的同位素分离。Abe，Fumio；Mori， Hiroshi.“无机多孔膜(Inorganic porous membranes)”(日本NGK绝缘器有限公司 (NGK Insulators，Ltd.))日本公开特许公报(1990)，涉及使用玻璃粘合剂制备多通 道结构的α-氧化铝载体的方法。颇尔公司(Pall Corporation)提供产品名为曼布 勒洛克斯(Membralox)的单管式或多通道式氧化铝载体。然而，这些已有的 多通道产品具有大的通道尺寸(＞2mm)，因此表面积填充密度低、孔隙率低(＜ 36％)。

人们需要一种具有高纯度、大孔径、高孔隙率和均匀的孔分布的整块结构 式的α-氧化铝载体，以利于提供能用于各种膜过滤应用的膜载体。α-氧化铝载 体的高纯度可用于维持化学稳定性，因为杂质通常使氧化铝更具反应性。大孔 径和高孔隙率可用于例如提供高渗透性和高热稳定性。同时，孔结构和孔分布 应很好地平衡以维持机械强度和结构均匀。

发明内容

本发明公开用于制备具有大孔径和高孔隙率的高纯度α-氧化铝整块 (monolith)载体的组合物和方法，所述载体可用作例如无机膜载体以及用于其它 应用。

本发明的一个实施方式是包含50-90重量％α-氧化铝颗粒、10-30重量％ 有机成孔剂颗粒和1-15重量％烧结助剂的组合物。

本发明的另一个实施方式是形成α-氧化铝载体的方法。该方法包括：提供 包含50-90重量％α-氧化铝颗粒、10-30重量％有机成孔剂颗粒和1-15重量％ 烧结助剂的批料组合物；使该批料成形，形成生坯体；烧结该生坯体，形成α- 氧化铝载体。

本发明的其它实施方式是如下式所述，平均孔径为6-15微米、孔径分布 为0.50-1.70的α-氧化铝载体：

d_ps＝(dp₉₀-dp₁₀)/dp₅₀；

其中，dp₁₀是10％孔体积具有更小孔径的孔径尺寸；