[发明专利]在金属基材上形成铝硅酸盐-沸石-层的方法，经涂层的基材及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种在含铝金属基材上形成铝硅酸盐-沸石-层的方 法，将所述基材引入包含硅和任选的铝作为成网元素的水性反应分散 体中，其中，无论所述水性反应分散体中是否存在铝，所述水性反应 分散体中的铝(任选为0)与所述水性反应分散体中包含的所述成网 元素的总和之间的摩尔比为0至约0.4，加热容纳了含铝金属基材的 所述水性反应分散体，并从所述含铝金属基材中提取铝用于铝硅酸盐- 沸石-形成过程，并通过原位结晶在所述含铝基材上形成铝硅酸盐-沸 石的层。本发明还涉及所述方法产物的有利的应用。

本发明还涉及根据所述方法得到的以含铝基材形式的产物以及所 述含铝基材的有利的应用，在所述含铝基材上形成富含铝的铝硅酸盐- 沸石-层。

背景技术

在狭义的矿物学意义上，沸石为硅酸盐-矿物且特别是复杂化学结构 的铝硅酸盐，其特征在于形成多孔四面体网络(T-网络)。根据IZA(国 际沸石协会)的一般定义，沸石被理解为具有网络密度＜19T-原子 /的T-网络的那些材料。它们表现出具有能够容纳分子大小的内 部空腔的结构。由此形成沸石能够将外来原子或外来分子吸纳至其多孔 结构中的性质。例如，沸石可以储存大量的水并在加热时再次释放。沸 石特别适用于与热交换器接触以转换热。为此，根据现有技术，要么使 用成形沸石的填充物，要么使用被引入孔开放的固体(其与热交换器热 接触)中的沸石。这种现有技术可参见例如DE 10159652C2。

此外，沸石在化学工业中被用于大量其他应用。例如离子交换过 程，其中通常以晶体尺寸为几微米的粉末形式使用合成制得的沸石。 此外，沸石作为分子筛使用，其中沸石可作为晶体或成形材料的松散 填充物引入过滤体系中。

然而，在向沸石供热或取热的应用中，松散的沸石填充物并不适 用，因为仅能达到与相邻热交换结构不足的热接触。此外，特别是对 于吸附应用，必须以有效方式将通常被称作吸着剂的工作介质供应至 沸石作为吸着材料。因此，对于这些应用，借助粘合剂使以粉末合成 的沸石成形为丸粒。但是，大部分粘合剂会不利地影响与应用相关的 沸石性能。此外，在使用丸粒时不能保证与相邻热交换器的足够的热 接触。因此，建议其上涂布沸石层的热交换器系统。已知的用沸石涂 布基材的方法通常为两阶段的过程。其中，首先合成可被机械后处理 的沸石粉末，然后通过压碎或研磨步骤，由此形成预定粒径的粉末状 沸石。这种合成或预合成的沸石材料通常与粘合剂混合并作为“涂层” 涂布在载体基材上。所述方法的缺点在于，在热交换器(特别是复杂 的三维热交换器结构)的整个表面上涂布均匀厚度的沸石层比较困难。 此外，这种合成后涂布方法具有不利的大量制备步骤。大部分常规粘 合剂还会影响沸石的相关性能，因为粘合性分子和颗粒聚集在沸石晶 体的表面。沸石层内以及从沸石层到基材可实现的热传导也太低。

US 2003/0091872A1描述了在金属(例如铝、镍、钢或钛)上制 备沸石层的方法。在pH值为中性至12的水性反应分散体中在金属上 形成传统的铝硅酸盐层。所述反应分散体也包含铝。通过在基材上直 接生长沸石(原位结晶)改善沸石层在基材上的附着力。溶液中的S i- 源和A1-源提供待形成于基材之上的铝硅酸盐-沸石的组分。在含铝金 属基材的情况下，也可将基材的若干铝原子引入铝硅酸盐-沸石-网络。

在含铝金属基材上形成铝硅酸盐-沸石层的一个非常有趣的建议 参见WO 2006/08421A2。该现有技术超出了上述内容，以在反应分散 体中铝明显亚化学计量地进行操作。此外，其还要求当在含铝基材上 形成沸石层时，在水性反应分散体(其中引入含铝金属基材)中包含 磷作为成网元素。由此形成可用于有利应用的铝磷酸盐-沸石。