转化固体颗粒并减小其尺寸的方法技术

一种将固体原料颗粒转化为固体中间体颗粒并减小中间体颗粒的中值粒径以得到产物颗粒的方法，该方法包括下列步骤：　　　　ａ）使原料颗粒的悬浮体流过一系列的至少两个转化容器，从而将至少一部分原料颗粒转化为中间体颗粒，　　　　ｂ）将超临界流体加入一个或多个转化容器中，从而形成超临界悬浮体，和　　　　ｃ）从超临界悬浮体中释放压力，从而使悬浮体膨胀并将中间体颗粒转化为产物颗粒。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】转化固体颗粒并减小其尺寸的方法本专利技术涉及一种将具有特定中值粒径的固体颗粒转化为具有较小中值粒径的固体产物颗粒的方法。减小颗粒尺寸的最常用方法之一是研磨。然而中值粒径小于约1微米的颗粒通常不能通过常规的研磨程序获得。如今，纳米技术是高期望值的发展中研究领域。这项技术需要所谓的纳米颗粒，在本说明书中纳米颗粒定义为中值粒度小于约1微米的颗粒。这样的颗粒通常不能通过对较大颗粒的简单研磨得到。美国专利5810267公开了一种通过将粉末悬浮到超临界态的流体中、对悬浮体加压、通过喷嘴注射该流体、降低悬浮流体的压力并在超临界或次临界条件下将流体以气态从固体颗粒中分离出来而对该粉末进行精细粉碎的方法。此文献中的实施例是将10微米的SiC颗粒减小为1微米的SiC颗粒。这些颗粒的尺寸发生改变，但它们的化学结构和有序度保持不变。然而，需要能在一项工艺中整合(a)改变颗粒的有序度和(b)将这些颗粒的尺寸减小到纳米范围(若需要)。本专利技术给出了这样的方法。本专利技术的方法涉及将固体原料颗粒转化为固体中间体颗粒并减小中间体颗粒的中值粒径以获得产物颗粒的联合方法，该方法涉及下列步骤：a)使原料颗粒的悬浮体流过一系列的至少两个转化容器，从而将至少一部分原料颗粒转化为中间体颗粒，b)将超临界流体加入一个或多个转化容器中，从而形成超临界悬浮体，和c)从超临界悬浮体中释放压力，从而使悬浮体膨胀并将中间体颗粒转化为产物颗粒。固体原料颗粒或者为无定形或具有特定有序度。在本专利技术方法中固体原料颗粒优选转化为(i)当原料颗粒为无定形时具有特定的有序度，或(ii)当原料颗粒具有特定有序度时具有不同的有序结构、不同的有序度或无序结-->构的中间体颗粒。术语“有序度”定义为存在可以通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜检术(SEM)、透射电子显微镜检术(TEM)或广延X射线吸收精细结构(EXAFS)检测的结晶或准结晶(即非无定形)相态。通常，有序度可通过X射线检测(作为峰或者宽峰)，但是在很小的晶粒情况下(即低于XRD检测的极限)，就需要采用更先进的技术以检测有序度：SEM、TEM或EXAFS。另一方面，无定形定义为不具有上述定义的有序度。如果晶粒可通过X射线检测，则可以例如从XRD峰(或宽峰)的宽度估计有序度。峰越窄，有序度将会越高。通过以上提及的技术检测不同的晶体结构或形态结构而跟踪不同的有序结构。无序结构表示无定形。本专利技术的方法特别适合用于生产纳米颗粒。因此本专利技术方法可有利地用于制备中值粒径小于1微米的产物颗粒，更具体为1-500nm，进一步具体为低于1-200nm，最优选1-100nm。中间体颗粒以及在大多数情况下还有原料颗粒具有比产物颗粒更大的中值粒径。优选，原料颗粒的中值粒径高于1微米，优选大约1-1000微米，更优选1-500微米，进一步优选1-200微米。颗粒的直径通过测量用电子显微测定法观察到的代表数量的颗粒直径而确定。中值粒径是粒径分布的中间值：50％数量的颗粒的粒径在中值粒径以上，且50％在中值粒径以下。原料、中间体和产物颗粒优选由无机材料制成。原料颗粒优选是低成本材料如氧化铝或氢氧化铝，例如铝土矿、结晶三水合铝(ATH)、三水铝石、铝土矿石浓缩体(BOC)或其热处理形式(例如煅烧和/或快速煅烧形式)；合成和天然粘土如高岭土、海泡石、水滑石、绿土或膨润土；二氧化硅矿石如砂子或硅藻土；镁源如镁盐、氧化镁或氢氧化镁如水镁石、碳酸镁、氢氧化镁碳酸镁复盐；锆化合物如氧化锆、锆石或二氧化锆矿；氧化钛或氢氧化钛；吸附剂、催化剂或催化剂前体，例如以微球即喷雾干燥的颗粒形式，等等。如果需要，原料颗粒可以在用于本专利技术方法中以前进行机械处理(例如研磨)以减小其粒度。将原料颗粒转化为中间体颗粒的例子有将硫酸铝和硝酸铝的沉淀混合物转化为勃姆石，将铝土矿石浓缩体(BOC)转化为勃姆石，将准结晶勃姆石转化为微晶勃姆石，将便宜的硅酸盐矿石(例如砂子)转化为二氧化硅或-->基于二氧化硅的材料，将硅源(例如砂子、硅溶胶、水玻璃、硅藻土)和固体镁源(例如MgO、水镁石、水菱镁矿或镁盐)转化为层状硅酸镁，将氧化锆矿石(如锆石或二氧化锆矿)再结晶为高度结晶的氧化锆，将硅源和固体铝源(例如氧化铝或氢氧化铝)以及任选的晶种和/或模板转化为分子筛(例如X沸石、Y沸石、A沸石、ZSM型沸石、β沸石、中孔分子筛)，将三价和二价的固体金属源(例如铝源和镁源)转化为阴离子粘土(例如水滑石)，将两种二价固体金属源转化为层状羟基(复)盐，将硅源和固体铝源以及任选的膨润土晶种转化为膨润土，和将硅源、固体铝源和固体镁源转化为绿土。此外，上述转化的各种结合可用于形成各种复合材料例如含有阴离子粘土和勃姆石的复合材料，或含有阴离子粘土、勃姆石和沸石的复合材料。产物颗粒通常由与中间体颗粒相同的材料组成，不同的是它们具有较小的粒度。然而，如果中间体颗粒为层状材料如阴离子粘土(例如水滑石)、阳离子粘土(例如绿土、高岭土、膨润土、海泡石等)或层状羟基(复)盐，压力释放可引起层状结构的脱层和/或剥离。本专利技术方法涉及使原料颗粒的悬浮体流过一系列的至少两个转化容器作为第一步，以及释放悬浮体的压力作为最后一步。可以按照下列三个实施方案改变超临界流体引入的时间。在第一个实施方案中，在大气压或超计大气压下例如采用最先的一个、两个或三个转化容器在非超临界液体中将原料颗粒转化为中间体颗粒。在本专利技术方法中采用的合适非超临界液体包括水、醇(如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等)以及烃类液体(如甲苯、己烷、石油溶剂、汽油等)。在随后的转化容器中，任选在减少其液体含量后和/或进行机械处理后，将含有中间体颗粒的悬浮体与超临界流体结合得到超临界悬浮体。然后，通过喷嘴或小孔将超临界悬浮体泵送入随后的容器中，从而使超临界悬浮体膨胀并形成产物颗粒。在第二个实施方案中，在将原料颗粒转化为中间体颗粒的过程中加入超临界流体。因此向中间体颗粒的部分转化在超临界条件下发生。又有，在将悬浮体和超临界流体结合以前，可以例如通过干燥或脱水以减少悬浮体中的液体含量，并且可对悬浮体进行机械处理(例如研磨)。在达到所需-->的转化程度后，通过喷嘴或小孔将超临界悬浮体泵送到随后的容器中，从而使超临界悬浮体膨胀并形成产物颗粒。在这两个在先实施方案中，不含有超临界流体的转化容器通常保持在比装有超临界流体的容器较低的压力下。为了能在各个容器间产生大的压差，所述设备可配备有高压浆液泵。这可以实现连续加工。或者可以通过在(a)将超临界流体装入其中一个容器和(b)使超临界悬浮体膨胀的顺序步骤中中断中间体颗粒的制备而半连续地进行该方法。在此中断期间，超临界条件下的转化容器与非超临界条件下的转化容器断开。在第三个实施方案中，将原料颗粒转化为中间体颗粒的整个工艺在超临界条件下进行。因此将超临界流体加入一系列的至少两个转化容器的第一个容器中。最后，在形成中间体颗粒以后，超临界悬浮体通过喷嘴或小孔泵送到随后的容器中，从而使超临界悬浮体膨胀并形成产物颗粒。超临界流体的例子有超临界CO2、超临界氮、超临界乙烯、超临界氙、超临界乙烷、超临界一氧化二氮、超临界丙烷、超临界氨、超临界戊烷、超临界异丙醇、超临界甲醇、超临界甲苯和超临界水。超临界CO2是用于本专利技术方法的优选超临界流体。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种将固体原料颗粒转化为固体中间体颗粒并减小中间体颗粒的中值粒径以得到产物颗粒的方法，该方法包括下列步骤：a)使原料颗粒的悬浮体流过一系列的至少两个转化容器，从而将至少一部分原料颗粒转化为中间体颗粒，b)将超临界流体加入一个或多个转化容器中，从而形成超临界悬浮体，和c)从超临界悬浮体中释放压力，从而使悬浮体膨胀并将中间体颗粒转化为产物颗粒。2.根据权利要求1的方法，其中固体产物颗粒具有小于1微米的中值粒径。3.根据权利要求2的方法，其中固体产物颗粒具有1-500nm的中值粒径。4.根据权利要求3的方法，其中固体产物颗粒具有1-200nm的中值粒径。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·奥康纳，E·J·莱海伊，D·施塔米雷斯，E·M·贝伦茨，
申请(专利权)人：阿尔伯麦尔荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：