[发明专利]用于制造具有增强的性能的多孔体的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求于2015年6月2日提交的美国临时专利申请No.62/169706和No.62/169766的权益，每个申请的全部内容和公开内容通过引用的方式并入本发明。

技术领域

本发明涉及多孔体，尤其涉及可以在多种应用中使用的多孔体，所述应用包括例如作为过滤器、膜或催化剂载体。

背景技术

在化学工业和化工行业中，经常依赖使用多孔体，包括多孔陶瓷体，它能够执行或促进分离或反应和/或提供用于进行这样的分离和反应的区域。分离或反应的实例包括：气体和液体的过滤、吸附、反渗透、渗析、超滤、或多相催化。虽然这些多孔体的期望的物理和化学性质根据特定的应用而有所变化，但在这些多孔体中存在通常合乎期望的某些性质而不管它们将被使用的最终应用。

例如，多孔体可以是基本上惰性的，使得多孔体本身不参与在它们附近、在它们上或通过它们以不希望的、意外的、或有害的方式进行的分离或反应。在其中希望有穿过多孔体或扩散到多孔体的进行反应或分离的组分的应用中，低扩散阻力(例如，高的有效扩散系数)将是有利的。

在一些应用中，多孔体被设置在反应空间或分离空间中，因此它们具有高孔隙体积和/或高表面积是有利的，以便增大所希望的反应物的装载和分散，并提供在其上能进行反应或分离的增大的表面积。这些应用还需要有足够的机械完整性，以避免在运输或放置过程中受到损坏，即压碎、切损或破裂。然而，因为强度随着孔隙率的增加呈指数下降，在多孔体中高机械强度与高孔隙体积的组合不容易实现。

鉴于上述情况，有必要提供拥有具有增强的流体输送特性特别是气体扩散性质以及高机械完整性的孔结构的多孔体。这样的孔结构可以仅通过本发明中所描述的精确控制多孔体前体混合物和多孔体的制备方法来实现。

发明内容

为了减少多孔体中的缺陷水平，本公开内容涉及用于制备其中这些缺陷可被最小化的多孔陶瓷体的方法。在一些实施方式中，本发明描述的方法提供了具有相当可观的孔隙体积、压碎强度、和/或表面积的多孔体。在其他实施方式中，本发明描述的方法提供具有表现出增强的流体输送特性和高机械完整性的孔结构的多孔体。

本发明的多孔体可以通过首先提供前体混合物来制备，其中所述前体混合物包含：(i)具有0.1至6微米的粒径的经研磨α-氧化铝粉末，(ii)任选地，具有10至100微米的粒径的未研磨的α-氧化铝粉末，(iii)勃姆石粘合剂，优选纳米级的，其中所述勃姆石用作α-氧化铝粉末的粘合剂，(iv)具有1-10微米的粒径的燃尽材料，以及(v)任选地，其它添加剂，例如溶剂和润滑剂。多孔体前体混合物的所有组分均匀混合。

本发明的另一个实施方式涉及用于制备多孔体的方法，其中上述前体混合物形成成型体，并且使形成的成型体进行热处理工艺以除去挥发物(例如，水和燃尽材料)并将所述成型体烧结成多孔体。在具体的实施方式中，制备方法包括：(i)使勃姆石在水中分散，以产生勃姆石的分散体；(ii)将具有0.1至6微米的粒径的经研磨的α-氧化铝粉末加入勃姆石的分散体中，并混合直到获得第一均匀混合物，其中所述勃姆石用作α-氧化铝粉末的粘合剂；(iii)加入具有1至10微米的粒径的燃尽材料，并混合直至获得第二均匀混合物；(iv)形成第二均匀混合物，以形成所述第二均匀混合物的成型体；(v)使所形成的成型体进行在35至900℃的温度范围内的热处理步骤以除去水并燃尽所述燃尽材料以产生预烧制的多孔体；以及(vi)使所述预烧制多孔体进行在900至2000℃的温度范围内的烧结步骤，以产生所述多孔体。

在其它方面，本公开内容还涉及通过上述方法制备的多孔体，以及过滤器、膜、催化剂担体、和类似物，特别是包含上述多孔体(即，载体)以及催化量的银的乙烯氧化(即，环氧化)的催化剂。在一些实施方式中，所得到的环氧化催化剂表现出增强的催化剂活性和/或维持或改善的选择性。

本公开内容还涉及用于通过使用上述催化剂将乙烯气相转化成环氧乙烷(EO)的方法。该方法包括在上述的乙烯环氧化催化剂的存在下使包含乙烯和氧的反应混合物反应。

具体实施方式