[发明专利]用成孔剂在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法

说明书

相关申请交叉参考

本申请要求2007年5月31日提交的美国申请第60/932462号和2007年7 月19日提交的美国申请第11/880073号的优先权，二者的内容均通过参考并入 本文。

技术领域

本发明涉及用一定的成孔剂在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法，还涉 及涂有多孔无机涂层的多孔载体。多孔无机涂层可以在例如液体-液体、液体- 微粒、气体-气体或气体-微粒分离应用中用作膜。

背景技术

无机膜可作为例如多孔涂层施用在多孔陶瓷载体上。相对于有机膜，无机 膜具有若干优点。例如，无机膜通常具有高化学稳定性和高热稳定性，因而在 极端pH和化学环境中可使用这种膜。此外，利用高温处理如烧制，可以很容 易地清洁无机膜。

在环境、生物、食品和饮料、半导体、化学、石油化学、气体和能源行业， 无机膜可用于过滤和分离应用。这些行业经常需要纯化的气体/蒸气或纯化的液 体，而这些物质的来源是由不同气体/或液体/微粒组合构成的混合进料流。具 体例子包括纯化和分离氢气，捕集二氧化碳气体，过滤油/水混合物，处理废水， 过滤酒和果汁，从流体流中滤去细菌和病毒，从生物质中分离乙醇，为半导体 和微电子行业生产高纯气体和水。

无机膜可以层状结构施加在多孔载体如陶瓷载体上，所述多层结构包含多 孔无机单层或多层涂层。多孔涂层一般这样制备：将载体浸入涂布泥釉(coating slip)中，然后将其从该泥釉中取出，接着干燥和烧制。

涂布泥釉是固体粒子在液体中的分散体。由于粒子间存在较强的范得华引 力，在胶体范围内的(≤1微米)细粒子通常在分散介质中发生聚集。因此， 常常加入分散剂如Darvan C、Tiron或Aluminon，以形成斥力屏障，稳定泥釉 [Briscoe，Khan，Luckham，J.Europ.Ceram.Soc.，18(1998)2141-2147]。涂布泥釉 一般还包含一种以上的高分子化合物，如表面活性剂、润滑剂和增塑剂。所有 这些化合物之间的相互作用决定了泥釉的性能以及压实、干燥和焙烧期间微结 构的形成(Burggraaf & Cot，Fundamentals of Inorganic Membrane Science and Technolgoy，Elsevier Science B.V.，1996，p.157)。

WO 85/01937讨论了在大孔管内壁上制备粘附微滤涂层的方法，包括在管 内填注和排出解聚氧化铝泥釉，然后干燥并烧制涂层。除8重量％的氧化铝粉 末外，该泥釉还包含聚乙二醇(PEG)和Darvan C分散剂(0.2％)。该泥釉 经球磨24小时，据信这对于打散团聚粒子和使粒子分散良好非常重要。

EP 0344961B1讨论了另一种用于多孔金属涂层的无机涂布泥釉的配剂。 该泥釉包含60重量％-95重量％较大的无机粒子，如氧化铝和氧化锆，其余部 分为细小得多的粒子。较大粒子的平均粒径为0.5-50微米，使产生的膜具有所 需尺寸的孔。较小粒子的平均粒径为4纳米至最多1微米，但不超过较大粒子 粒径的0.1倍。较小粒子用作烧结助剂。使膜能在较低温度下烧结。较小粒子 所占比例不应太大，以免显著堵塞较大粒子之间的孔。

无机膜涂层还经常遇到泥裂、脱层和闭孔问题。涂布泥釉中常使用一些防 裂无机材料，如PEG、PVP、PVA等。然而，在许多情况下，这些添加剂并不 奏效。无机膜涂层遇到的另一个问题涉及孔结构。高通量需要均匀孔结构和大 孔隙率。然而，在常规涂布方法中，孔结构一般是粒子在干燥和烧制过程中堆 积而成，因而限制了孔隙率。

基于以上考虑，本领域需要更好的方法在多孔载体上沉积无机粒子多孔 膜。

发明内容

本发明涉及用一定的成孔剂(即加有形成涂层的无机粒子的成孔剂)在多 孔载体上制备多孔无机涂层的方法，还涉及涂有多孔无机涂层的多孔载体。本 发明的方法包括：

提供多孔载体，所述载体包含第一端部、第二端部和多条内通道，所述通 道具有由多孔壁限定的表面并从第一端部到第二端部延伸通过载体；

对载体内通道表面施涂涂料，所述涂料包含无机粒子和有机成孔材料，所 述成孔材料选自：蛋白质粒子、淀粉粒子、合成聚合物粒子及其组合；以及

加热经涂布的载体，除去有机成孔材料，在多孔载体上留下多孔无机涂层。