陶瓷制品及其制备方法技术

本发明专利技术公开了陶瓷制品诸如催化剂载体，其包括连续基质和作为多个离散区域分布在该基质内的分散相。该基质和离散区域具有不同的染料渗透测试值。本发明专利技术还涉及制造和表征陶瓷制品的方法，以及包括这些陶瓷制品的催化剂主体。体。体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷制品及其制备方法


[0001]本公开整体涉及一种陶瓷制品，该陶瓷制品包括形成连续基质的多个第一氧化铝颗粒和分散在基质内的多个第二氧化铝颗粒，并且第一多个氧化铝颗粒和第二多个氧化铝颗粒具有不同的染料渗透测试值。本公开还涉及在陶瓷制品的表面上结合有催化活性材料的催化剂。
技术介绍

[0002]催化剂通常通过用催化活性材料(例如金属)浸渍载体(通常是由陶瓷材料制成的陶瓷制品)来制备。催化活性材料与载体的重量比太高的催化剂在某些方面可能是不期望的。例如，即使催化剂由于催化活性材料的高负载而具有长寿命，但如果用于期望反应器中每单位体积催化剂负载较低的反应器中，则该催化剂可能过于昂贵并且在经济上不可行。因此，在本领域中需要用于催化剂的陶瓷载体，其中陶瓷载体的结构允许调节催化剂主体中活性催化剂材料的负载。

技术实现思路

[0003]本公开涉及包含氧化铝颗粒的刚性形成物的陶瓷制品。刚性形成物包含多个第一氧化铝颗粒和多个第二氧化铝颗粒。这两种多个颗粒随机分布在整个刚性形成物中。第二氧化铝颗粒具有不大于5原子％的ZnI2染料渗透测试值，并且第一氧化铝颗粒的ZnI2染料渗透测试值是第二氧化铝颗粒的ZnI2染料渗透测试值的至少两倍。刚性形成物具有总横截面积。每种多个颗粒占据总横截面积的一部分，并且第二氧化铝颗粒的横截面积在总横截面积的5％与50％之间。
[0004]在一些方面，陶瓷制品的实施方案的分散相(即，第二氧化铝粉末)的ZnI2染料渗透测试值低于连续基质(即，第一氧化铝粉末)的ZnI2染料渗透测试值。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中第一氧化铝颗粒的染料渗透测试值与第二氧化铝颗粒的染料渗透测试值的比率为至少2:1。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中通过包括扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱(EDS)中的一者或多者的方法获得染料渗透测试值。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中通过ZnI2染料渗透测试确定渗透测试值。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中形成连续基质的多个第一氧化铝颗粒具有等于或高于10原子％的ZnI2染料渗透测试值。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中形成分散相的多个第二氧化铝颗粒具有等于或小于5原子％的ZnI2染料渗透测试值。
[0005]在一些方面，陶瓷制品的实施方案具有在约0.2cm3/g与约0.7cm3/g之间的总孔体积。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中总孔体积在约0.3cm3/g与约0.6cm3/g之间。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中陶瓷制品的总孔体积在约0.35cm3/g与约0.5cm3/g之间。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中总表面积在约0.4m2/g与约3m2/g之间。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中总表面积在约0.4m2/g与约1.5m2/g之间。一个实施方案涉及一种陶瓷制品，其中总表面积在约0.5m2/g与约0.85m2/g之间。
[0006]本公开还涉及基于金属的催化剂主体，该基于金属的催化剂主体包括沉积在本文所述的陶瓷制品上的金属。一个实施方案涉及其中金属是银的催化剂主体。一个实施方案
涉及包括沉积在陶瓷制品上的银的催化剂主体，陶瓷制品包括连续氧化铝基质和作为多个离散区域分布在连续氧化铝基质内的分散氧化铝相，其中：该制品具有在0.3cm3/g与0.6cm3/g之间的总孔体积和在0.5m2/g与0.85m2/g之间的总表面积；连续氧化铝基质具有等于或高于10％的ZnI2染料渗透测试值，并且分散氧化铝相具有等于或小于5原子％的ZnI2染料渗透测试值，分散氧化铝相覆盖陶瓷制品的横截面积的5％至50％。
[0007]一个实施方案涉及一种制备陶瓷制品的方法，其中第一多个氧化铝颗粒和第二多个氧化铝颗粒包括α
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氧化铝。一个实施方案涉及一种制备陶瓷制品的方法，其中第二多个氧化铝颗粒包括熔融氧化铝。一个实施方案涉及一种制备陶瓷制品的方法，其中第二多个氧化铝颗粒包括板状氧化铝。一个实施方案涉及一种制备陶瓷制品的方法，陶瓷制品包括粘结材料并且其中粘结材料是硅酸镁。
附图说明
[0008]当结合附图阅读时，将更好地理解本专利技术的前述内容以及以下详细描述。
[0009]图1示出了陶瓷制品的表面积和吸水率随分散相的量的变化。
[0010]图2A至图2C分别以100X、250X和500X的放大倍数示出了本专利技术制品的微结构。
[0011]图3A和图3B示出了本专利技术制品的SEM图像，这些制品已固定在环氧树脂中、被剖切并抛光至1μm光洁度。
[0012]图4A和图4B示出了用于ZnI2染料渗透测试的能量色散X射线光谱(EDS)数据处理。
[0013]图5A和图5B示出了本专利技术另一个实施方案的EDS数据。
具体实施方式
[0014]本公开整体涉及可用于各种应用的陶瓷制品，包括催化剂载体应用，例如作为用于直接氧化乙烯以生产环氧乙烷的催化剂的催化剂载体。本文所述的陶瓷制品至少包括多个第一氧化铝颗粒和多个第二氧化铝颗粒。本公开还涉及由第一氧化铝颗粒和第二氧化铝颗粒制备制品的方法。
[0015]不希望受任何特定理论的束缚，据信如本文所述，可提供用于制备催化剂载体的陶瓷制品，其解决了如何调节待负载在载体上的活性催化剂材料的量的问题，从而提供经济上更具竞争力的催化剂，其中例如期望反应器中基于体积的催化剂负载较低。如本文所述，在整个银浸渍催化剂中添加高密度(即，低孔隙率)区域能够使催化剂模拟比在不包含低孔隙率区域的其他方面相同的催化剂中可能的工作速率更高的工作速率，从而能够减少反应器中银的量，同时维持反应器的生产速率。在一些实施方案中，此类调节可模拟催化剂体系，例如乙烯氧化(EO)催化剂体系中的高工作速率。通过将大的、高密度/低孔隙率区域引入载体内，现在在载体内存在活性催化剂材料不能渗透的区域。然而，在包围大的、高密度/低孔隙率区域的基质区域中，吸水率与表面积的比率保持不变，从而保持活性催化剂材料在基质区域中的预期浓度和粒度。通过保持基质区域中的吸水率与表面积的比率，与没有大的、高密度/低孔隙率区域的载体相比，预期初始催化性能得以保持，即使现在载体上活性催化剂材料的总负载量降低。在催化剂的预期寿命相对较短使得使用较高量的活性催化剂材料在催化剂寿命上不提供优势的情况下，使用较低量的活性催化剂材料(例如，银)可提供经济优势。另外，期望载体中使用的氧化铝的收缩适当地匹配，以避免在制造期间在
载体的热处理过程中在一个或多个氧化铝颗粒周围开裂。由于任何开裂而引入的孔隙率会改变基质相的吸水率与表面积的比率，这可能会有损本专利技术带来的一些优点。
[0016]一个实施方案涉及一种陶瓷制品，该制品包括含有多个第一氧化铝颗粒的连续基质和含有多个第二氧化铝颗粒的分散相。分布在连续基质内的第二氧化铝颗粒可称为多个离散区域。分散相具有与连续基质不同的ZnI2染料渗透测试值，并且在陶瓷制品的横截面中，分散相覆盖陶瓷制品的横截面面积的约8％至约40％。
[0017]如本文所用，词语“比率”被定义为特定特征的第一量(诸如重量、粒度、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】1.一种陶瓷制品，包括：(a)氧化铝颗粒的刚性形成物，所述刚性形成物包含多个第一氧化铝颗粒和多个第二氧化铝颗粒，其中这两种多个颗粒随机分布在整个所述刚性形成物中1)其中所述第二氧化铝颗粒具有不大于5原子％的ZnI2染料渗透测试值，并且其中所述第一氧化铝颗粒的ZnI2染料渗透测试值是所述第二氧化铝颗粒的ZnI2染料渗透测试值的至少两倍；2)其中所述刚性形成物具有总横截面积，并且每种多个颗粒占据所述总横截面积的一部分，并且所述第二氧化铝颗粒的横截面积在所述总横截面积的5％与50％之间；以及(b)分散在所述第一氧化铝颗粒和第二氧化铝颗粒上的催化活性金属。2.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一氧化铝的ZnI2染料渗透测试值为所述第二氧化铝的ZnI2染料渗透测试值的至少三倍。3.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一氧化铝的ZnI2染料渗透测试值为所述第二氧化铝的ZnI2染料渗透测试值的至少四倍。4.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一氧化铝的ZnI2染料渗透测试值大于10原子％。5.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一氧化铝的ZnI2染料渗透测试值大于15原子％。6.根据权利要求1所述的制品，其中所述第二氧化铝的染料渗透测试值不大于3原子％。7.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一氧化铝的染料渗透测试值与所述第二氧化铝的染料渗透测试值的比率为至少2:1。8.根据权利要求1所述的制品，其中所述第二氧化铝颗粒的横截面积在所述总横截面积的8％与40％之间。9.根据权利要求1所述的制品，其中所述第二氧化铝颗粒的横截面积在所述总横截面积的10％与30％之间。10.根据权利要求1所述的制品，还包含在约0.2cm3/g与约0.6cm3/g之间的总孔体积。11.根据权利要求10所述的制品，其中所述总孔体积在约0.3cm3/g与0.5cm3/g之间。12.根据权利要求10所述的制品，其中所述总孔体积在约0.35cm3/g与0.5cm3/g之间。13.根据权利要求1所述的制品，其中所述催化活性金属选自银、铂、钯、镍和铜。14.一种用于制造陶瓷制品的方法，所述陶瓷制品包括氧化铝颗粒的刚性形成物和与所述颗粒接触的催化活性金属，所述方法包括：(a)提供多个第一α氧化铝颗粒，所述第一α氧化铝颗粒具有已知重量和在约0.2微米与100微米之间的d
50
粒度；(b)提供多个第二α氧化铝颗粒，所述第二α氧化铝颗粒具有已知重量并选自熔融氧化铝和板状氧化铝，所述第二氧化铝颗粒具有在约5微米与400微米之间的d
50
粒度，其中所述第一氧化铝颗粒的d
50
粒度与所述第二氧化铝颗粒的d
50
粒度的比率在1:4与1:40之间，并且其中所述第一氧化铝的重量与所述第二氧化铝的重量的比率在1:1与15:...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：