使用孔隙填料在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法技术

使用某些孔隙填料在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法，以及涂覆有多孔无机涂层的多孔载体。这些多孔无机涂层可以作为适用于例如液体－液体、液体－微粒、气体－气体、或气体－微粒分离应用中的薄膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用一些孔隙填料在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法，以及涉及涂覆有多孔无机涂层的多孔载体。这些多孔无机涂层可以作为适用于例如液体-液体、液体-微粒、气体-气体、或气体-微粒分离应用中的薄膜。
技术介绍
无机膜可作为例如多孔涂层示于在多孔陶瓷载体上。无机膜提供优于有机膜的一些优点。例如，无机膜通常具有高化学和热稳定性，使得这些薄膜能用于极端pH和化学环境中。另外，可以通过施加高温处理例如烧制简单地对无机膜进行清洁。在环境、生物、食品饮料、半导体、化学、石化、气体和能源工业，无机膜可用于过滤和分离应用。这些工业经常要求纯化的气体/蒸汽或纯化的液体，它们的来源是由不同气体和/或液体/微粒组合构成的混合进料流。具体例子包括纯化和分离氢气、隔绝二氧化碳气体、过滤油/水混合物、废水处理、过滤葡萄酒和果汁、从流体流中滤除细菌和病毒、从生物质分离乙醇、以及为半导体和微电子工业生产高纯气体和水。在无机膜的制造中，可以例如通过将陶瓷载体浸入涂布泥釉(coating slip)中制备一层或多层多孔无机涂层。随后从泥釉中取出经过涂覆的陶瓷载体，然后干燥和烧制。为了在无机膜中获得高通量和分离效率，该载体的孔径应当尽可能大(例如，使通量最大化)，而要求其上的涂层由尽可能小的无机粒子构成(例如，形成具有分离或过滤功能的小孔隙从而使分离效率最大化)。但是，可能用小粒子难以有效覆盖载体表面上的大孔隙。例如，在常规涂覆过程期间，可能因为无机粒子部分填充载体中的孔隙而在涂层中形成裂缝和针孔。另外，在常规涂覆过程期间，涂覆粒子倾向于穿透至载体孔隙中而不是在载体上形成连续层。对于具有较宽孔径分布的载体而言粒子穿透更为严重。以上问题会对分离效率产生负面影响。在使这些问题最小化的努力中， 一些方法包括施加多层无机粒子涂层，其中，施加多个具有大粒子的层之后，施加多个具有逐层縮小的粒子的层。但是，这种方法经常无效，原因是它要求数量过分的多次涂覆步骤，尤其是当载体孔径大于5微米时。而且，这些多层涂层可能产生厚而粗糙的各层，这是不利的。其他方法试图在涂覆表面之前对载体表面进行改性，从而力图使裂缝和针孔最小化。例如， 一些方法可能在用无机粒子涂覆之前用水饱和载体，或者如美国专利第4412921号中讨论的用丙酮饱和。这些方法的一个问题是，该液体(即，水或丙酮)可能仍然会将无机涂覆材料引入载体孔隙中。Kira等，AdvancedMaterials (先进材料)，14 (15) ， 2002 ( 1078-1081)中讨论的另一种方法涉及用聚乙烯醇(PVA)溶液预处理陶瓷载体。由这种方法制备的膜仍然包含针孔，并且当载体包含大于5微米的孔时具有不连续的结构。同样，EP 0 320033 Al和EP 0 524 678 Al中讨论的方法涉及在施加无机涂层之前使载体改性的技术。鉴于以上内容，本领域中需要在具有较大孔径或孔径分布的载体上沉积较小无机粒子膜的更有利的方法。专利技术概述本专利技术涉及使用一些孔隙填料(即，在施加无机涂层之前填充多孔载体的孔隙的孔隙填料)在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法，以及涉及涂覆有多孔无机涂层的多孔载体。本专利技术的方法包括提供多孔载体，其包括第一端、第二端、以及多个内通道，这些内通道的表面由多孔壁限定，这些内通道从第一端延伸通过载体至第二端；通过向内通道表面施用某种组合物对载体的内通道表面进行改性，该组合物包含有机孔隙-填充材料，该材料选自蛋白质粒子、淀粉粒子、合成聚合物粒子及其组合；向经过改性的内通道表面施加包含无机粒子的涂层；并且加热经涂覆的载体以去除有机孔隙-填充材料，在多孔载体上留下多孔无机涂层。一种包含有机孔隙-填充材料的示例组合物是脱脂乳，其包含蛋白质粒子。 以下详细说明中将更全面地讨论本专利技术的各实施方式提供的这些和其他 特征。附图简要说明附图说明图1是适用于本专利技术实施方式的多通道多孔载体的示意图。图2a-2c是扫描电子显微镜(SEM)图象，图示空白单块载体表面形态(图 2a)、涂覆有AA-3氧化铝粒子的单块载体表面形态(图2b)、以及涂覆有较 大的C701氧化铝粒子的单块载体表面形态(图2c)。图3a和3b是SEM图象，图示根据本专利技术实施方式经过涂覆的载体的表面 形态(图3a)和横截面(图3b)。图4a-4c是SEM图象，图示空白单块载体表面形态(图4a)、通过施用脱 脂乳改性的载体表面形态(图4b)、以及通过施用2%牛乳改性的载体表面形 态(图4c)。图5a-5c是SEM图象，图示已经通过施用稀释脱脂乳改性的载体通道中的 氧化铝涂层(图5)、施用脱脂乳改性的载体通道中的氧化铝涂层(图5b)、 以及施用2%牛乳改性的载体通道中的氧化铝涂层(图5c)。图5d-5f是相较于图5a-5c更高放大倍数的已经通过施用稀释脱脂乳(图 5d)、脱脂乳(图5e)、以及2%牛乳(图5f)改性的载体上的相同氧化铝涂 层的横截面的SEM图象。图6a和6b是空白载体(图6a)以及根据本专利技术实施方式在载体上涂覆的 氧化铝膜(图6b)的SEM图象。图7a-7c是图示单块载体的不同通道中的氧化铝膜涂层的横截面的光学显 微镜图象，其中，该载体已经用优化的脱脂乳预处理方法改性。图8a-8c是图示单块载体的不同通道中的氧化铝薄膜涂层的横截面的光学 显微镜图象，其中，该载体尚未用优化的脱脂乳预处理方法改性。图9是适用于本专利技术实施方式的流涂方法和设备的示意图。附图中提出的实施方式是说明性的，并不意图对权利要求定义的本专利技术进 行限制。而且，详细说明中将更全面地讨论附图和本专利技术的各个特征。专利技术详述本专利技术的一种实施方式是在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法，其包括提供多孔载体，其包括第一端、第二端、以及多个内通道，这些内通道的 表面由多孔壁限定，这些内通道从第一端延伸通过载体至第二端；通过向内通道表面施用某种组合物而对载体的内通道表面进行改性，该组合物包含有机孔隙-填充材料，该材料选自蛋白质粒子、淀粉粒子、合成聚合 物粒子及其组合；向经改性的内通道表面施加包含无机粒子的涂层；并且加热经过涂覆的载体以去除无机孔隙-填充材料，在多孔载体上留下多孔 无机涂层。本专利技术中使用的多孔载体可以为例如蜂窝体单块的形式。本专利技术的方法能 有益地用于在小直径的蜂窝体通道内沉积薄膜。多孔载体例如蜂窝体单块的通 道密度可能为例如50-600个孔/平方英寸。美国专利第3885977和3790654号 中揭示了示例蜂窝体单块载体，这两份专利的内容都通过参考结合于此。为了使流过载体的流体流和经涂覆的载体本身之间的接触更为紧密，例如 当用于分离应用时，在一些实施方式中要求在载体一端堵塞至少一部分的通 道，而其他通道在载体另一端堵塞。在某些实施方式中，要求在载体的各端， 堵塞和/或未堵塞的通道彼此形成棋盘图案。在某些实施方式中，要求一个通 道在载体的一端(称为参考端)堵塞，而在相反一端未堵塞，与其最邻近 的(与所考虑通道分享至少一个壁的那些)至少一些(例如大部分)通道(在 某些其他实施方式中优选为所有通道)在载体的该相对端堵塞、而在参考端未 堵塞。而且，可以以各种方式堆叠或包装独立载体例如蜂窝体，从而形成具有 不同尺寸、使用持续时间等的较大的载体，以符合不同使用条件的需要。在一种实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法，其包括：　提供多孔载体，其包括第一端、第二端、以及多个内通道，这些内通道的表面由多孔壁限定，这些内通道从第一端延伸通过载体至第二端；　通过向内通道表面施用某种组合物对载体的内通道表面进行改性，该组 合物包含有机孔隙－填充材料，该材料选自蛋白质粒子、淀粉粒子、合成聚合物粒子及其组合；　向经过改性的内通道表面施加包含无机粒子的涂层；并且　加热经涂覆的载体，以去除有机孔隙－填充材料，在多孔载体上留下多孔无机涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-31 60/932,469;US 2007-7-19 11/880,0661.一种在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法，其包括提供多孔载体，其包括第一端、第二端、以及多个内通道，这些内通道的表面由多孔壁限定，这些内通道从第一端延伸通过载体至第二端；通过向内通道表面施用某种组合物对载体的内通道表面进行改性，该组合物包含有机孔隙-填充材料，该材料选自蛋白质粒子、淀粉粒子、合成聚合物粒子及其组合；向经过改性的内通道表面施加包含无机粒子的涂层；并且加热经涂覆的载体，以去除有机孔隙-填充材料，在多孔载体上留下多孔无机涂层。2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所提供的多孔载体为蜂窝体单块 的形式。3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所提供的多孔载体是无机材料。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，多孔无机载体是陶瓷。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，多孔陶瓷载体包括堇青石、ci-氧化铝、多铝红柱石、钛酸铝、氧化钛、氧化锆、氧化铈或其组合。6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所提供载体的内通道是圆形的， 平均直径为0. 5-2毫米。7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所提供载体的多孔壁的孔隙的中 值孔径等于或大于5微米。8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，有机孔隙-填充材料包括蛋白质 粒子。9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，包含蛋白质粒子的组合物包括蛋 白质粒子的含水悬浮液。10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，包含蛋白质粒子的组合物是脱 脂乳。11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，有机孔隙-填充材料包含淀粉粒子。12. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，淀粉粒子包括苋属植物淀粉、 奎奴亚藜淀粉、芋头淀粉或其组合。13. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，有机孔隙-填充材料包括合成聚 合物粒子。14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，合...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾云峰，刘伟，J王，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]