[发明专利]具有精确控制的颗粒密度的表面多孔颗粒及其准备和使用方法

说明书

本发明涉及表面多孔颗粒，其中，每个颗粒包括中空核、无孔内壳和多孔外壳。中空核半径的范围是完整颗粒半径的20％到90％，颗粒中值尺寸的范围从大约0.5μm到100μm，其中，粒径分布(一个标准差)不多于中值粒径的15％，颗粒的比表面积从5m²/g到1000m²/g，并且颗粒包括从氧化硅、氧化铝、氧化钛或氧化锆中选择的金属氧化物。颗粒可以在分离装置(例如，色谱柱)中构成固定相。此外，用于制造这些表面多孔颗粒的方法被公开。

优先权声明及相关应用

本申请要求于2013年7月2日递交的、美国临时申请No.61/842,007的权益，其全部内容被通过引用结合于此。

技术领域

本发明一般地涉及金属氧化物颗粒。更具体地，本发明涉及具有精确控制的颗粒密度的表面多孔金属氧化物颗粒，并且涉及其准备和使用的方法，还涉及具有表面多孔颗粒的分离装置(例如，高压液相色谱)。

背景技术

近来，表面多孔颗粒由于其在分离效率中的特殊特性和改进吸引了广泛关注。表面多孔金属氧化物(特别是氧化硅颗粒)被用于将混合的物质彼此间进行分离的色谱柱。这些颗粒具有无孔、实心的核，外部是多孔壳。使用表面多孔氧化硅颗粒的高压液相色谱(HPLC)柱允许更短的传质距离，导致比传统柱更快的传质和分离。

准备表面多孔氧化硅颗粒的各种方法已经被报导(美国专利公开No.2007/0189944 A1)。第一种方法是喷雾干燥方法，其中，实心氧化硅颗粒或核与硅溶胶进行混合。混合物在高压下通过喷嘴被喷射到高温(例如，200℃)的干燥塔中。不幸地，该方法所准备的颗粒经常被不完全地或不均匀地包覆。这些颗粒还总是包含来自溶胶的、不想要的具有相似尺寸的全多孔颗粒的极浓聚物。该产品的淘洗分离经常不能将全多孔颗粒移除，使得喷雾干燥方法对于生产想要的表面多孔颗粒不是最优的。此外，喷雾干燥方法只可以制造尺寸大于5μm的颗粒，主要在30μm到100μm范围内，并且这些颗粒倾向于具有宽的粒径分布。

第二种传统的方法是多层方法，在该方法中通过将电性相反的纳米颗粒层和包括氨基功能组的聚合物层进行交替，实心的(即，无孔的)氧化硅核被反复地包覆胶体颗粒层，直到颗粒达到想要的尺寸(美国专利No.3,505,785；美国专利公开No.2007/0189944 A1)。该过程是劳动密集型的并且很难实现。当该方法被应用在尺寸小于2μm的小核上时，最后的颗粒表面倾向于变得更非球形并且更粗糙。该过程生成许多不同类型的聚合颗粒，从而使想要的颗粒产量亏损。

第三种传统的方法涉及凝聚。在该方法中，实心的(即，无孔的)氧化硅球体在酸性条件下被悬浮在包括尿素、甲醛和胶体硅溶胶(colloidal silica sol)的凝聚反应混合物中。因此，尿素-甲醛聚合物和超纯硅溶胶的凝聚层被形成，并且被包覆在实心球上(Kirkland 2000J.Chromatography A 890，3-13)。然后，尿素-甲醛聚合物通过在540℃煅烧而被移除。然后，颗粒通过在高温下烧结而被强化。对比于以上所描述的多层方法，该过程更简单并且更实用。然而，凝聚方法具有其缺点。一个缺点是某些实心颗粒经常未被包覆，从而在成品中存留无孔的颗粒。另一缺点是更小的、全多孔的颗粒连同被包覆和未被包覆的颗粒形成，从而还需要对全多孔颗粒和表面多孔颗粒进行进一步分类。