金属氧化物/氢氧化物材料制造技术

本发明专利技术涉及包括具有被改性以促进与外部环境相互连贯性表面的金属氧化物／氢氧化物或复合金属氧化物／氢氧化物材料，金属氧化物／氢氧化物或复合金属氧化物／氢氧化物材料具有高的介孔面积。本发明专利技术也涉及制备和使用这些材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及具有相互连贯(co-continuous)结构的金属氧化物/氢氧化物材料。更具体的，本专利技术针对具有已被改性为具有相互连贯结构表面的金属氧化物/氢氧化物或复合金属氧化物/氢氧化物材料。金属氧化物/氢氧化物或复合材料的相互连贯结构允许或促进材料的表面与外部环境的可接近性。本专利技术的材料表面的易接近的，也就是相互连贯的性质允许材料用于需要高表面积金属氧化物/氢氧化物材料的应用中。在本专利技术材料中产生如此高的表面积的方法也通常提供有用的介孔特性，该特性在需要介孔金属氧化物/氢氧化物材料的各种应用中是有用的。本专利技术金属氧化物/氢氧化物可用作催化剂，例如在除SO2、NO和HCl中，在能量产生和储存中，例如在超电容器生产中或在电极或燃料电池的制备中，在水处理中，例如在水过滤除去有机物、细菌、病毒、重金属和其它污染物中，在分离工艺中，例如从溶液中除去金属离子，或作为金属氧化物纳米颗粒制备的模板。本专利技术另外提供用于生产这些金属氧化物/氢氧化物和复合金属氧化物/氢氧化物材料的方法和在例如上述那些应用中的用途。
技术介绍
说明书中对任何现有技术的参考不是也不应该作为这种现有技术在澳大利亚或任何其它国家形成公知常识一部分的确认或任何形式的建议。在说明书结尾收集了关于本说明书参照的出版物的细节。介孔金属氧化物/氢氧化物和复合金属氧化物/氢氧化物材料，例如活性碳/金属氧化物复合物、活性碳/金属氢氧化物和介孔二氧化硅/金属氧化物材料，具有范围从水处理和分离工艺到化学反应催化或有毒气体去除，和直到能量产生和储存应用的大量的应用，例如在超电容器的生产和例如用于燃料电池的电极制备中。在现有技术中已经描述了各种用于制备和使用这些材料的方法，然而对于能获得的材料的每单位重量的表面积，这些方法受到了限制。在Oliviera，Luiz C.A.；Rios，Rachel V.R.A.；Fabris，JoseD.；Garg，V.；Sapag，Karam；Lago，Roche l M.Carbon 402177-2183，2002.中已经描述了具有磁性能的用于水处理的复合活性碳/氧化铁材料的生产。这种方法包括在升高温度的FeCl3和FeSO4溶液中悬浮活性碳，然后进行大量过量氢氧化钠(＞形成中性溶液的化学计量比率需求的4-5倍)的处理以沉淀磁性离子氧化物、磁铁矿和磁赤铁矿(maghemite)。然后获得这些氧化物，在烘箱中干燥以生产具有由BET确定的658m2/g的表面积的复合材料。当在没有活性炭条件下制备氧化铁材料时，获得的表面积只有66m2/g。Perez-Maqueda，Luis A.；Criado，Jose Manuel；Real，Concepcion；Balek，Vladimir；Subrt，Jan.Journal of theEuropean Ceramic Society，222277-2281(2002)中描述了通过使用恒定速率热分析设备对针铁矿进行热分解的多孔赤铁矿的制备。多孔赤铁矿产品具有低的表面积，获得的最大值是85m2/g。Schwickardi，Manfred；Jaohann，Thorsten；Schmidt，Wolfgang；Schuth，Ferdi，Chem.Mater.143913-3919(2002)中描述了使用活性碳的高表面积氧化物的制备。通过混合活性碳和金属硝酸盐，在高温下对混合物进行煅烧一段短的时间来制备这些材料。当使用Fe(NO3)3时，在450℃煅烧1小时。通过这种方法的这种材料获得的最好表面积是123m2/g。Tseng，Hui-Hsin；Wey，Ming-Yen，Liang，Yu-Shen；Chen，Ke-Hao，Carbon 411079-1085(2003)中描述了使用载于活性碳的金属氧化物从焚烧烟气中催化去除SO2、NO和HCl。通过用亚硝酸盐的水溶液浸渍预处理活性碳材料，然后进行搅拌和加热以除去大部分液体来制得这些材料。然后干燥浸渍的活性碳，再在高温下(500℃)煅烧4小时。对Fe2O3，复合材料获得的最好表面积是897m2/g。材料也具有0.0503cm3/g的低的介孔容积。Ching-Chen Hung(U.S.专利5,948,475和5,876,687)描述了用于制备各种金属氧化物、金属和复合材料的方法，该方法包括将石墨氧化物暴露于金属氯化物以形成包括有金属、氧和氯元素的中间碳质产品。然后加热产品以除去氯和/或碳。后者的处理包括加热到250℃以上的温度。从说明书中提供的数据可清楚看到利用这些方法获得的表面积非常低。Oh等人在WO01/89991中描述介孔碳材料、碳/金属氧化物复合材料和由它们制得的电化学电容器的制备。没有提供含金属氧化物材料的表面积数据。在本专利技术中，已确认了新的金属氧化物/氢氧化物和金属氧化物/氢氧化物复合材料，该材料具有高表面积和/或高介孔面积，使它们在大量的重要应用中特别有用。也已确认了生成这些材料的方法，该方法相对于现有技术方法可使用便宜的材料和在相对低的温度下进行。这些方法可用于生产与现有技术材料相比具有更大的与外部环境相连贯的表面积的金属氧化物/氢氧化物和金属氧化物/氢氧化物复合材料。这种状态在这里被称作“相互连贯”(co-continuous)。专利技术概述在整个说明书和随后的权利要求中，除非上下文不同的要求，否则，“包括”和各种“包括”的变化，将理解为意味包含所述整数或步骤或多个整数或多个步骤的组，但不排除任何其它的整数或步骤或多个整数或多个步骤的组。本专利技术主要涉及具有相互连贯结构和其它性能的金属氧化物氢氧化物和复合金属氧化物氢氧化物材料的产生。具体的，本专利技术提供具有相互连贯结构的金属氧化物氢氧化物和复合金属氧化物氢氧化物材料，其中“相互连贯”意味着材料的表面与外部环境的易接近性得到促进。相互连贯性主要能通过大量的孔或孔状结构获得。孔或孔状结构可单独存在或每个多孔区域可包括大量孔或孔状结构，产生潜在的高的与外部环境相互连贯的大量表面。表面与外部环境的易接近性(即相互连贯性)促进了在化学和电化学工艺中和分离和吸附应用中与材料的接触。因此，本专利技术提供金属氧化物/氢氧化物或复合金属氧化物/氢氧化物材料，该材料包括被改性以促进与外部环境相互连贯性的表面。根据本专利技术的优选的方法，通过用碱处理金属盐以沉淀金属氧化物/氢氧化物、然后在生成具有容易与外部环境相互连贯表面的材料的条件下除去溶剂，来制备金属氧化物/氢氧化物材料。用于溶剂去除的条件也可将任何金属氢氧化物转变为金属氧化物。在溶剂除去后，处理固体残余物以除去任何残余的盐。因此，本专利技术提供用于生成具有被改性以促进与外部环境相互连贯性表面的金属氧化物/氢氧化物材料的方法，包括在含水介质中用碱处理金属盐，处理时间和条件足以在所述含水介质中沉淀金属氧化物/氢氧化物，通过蒸发从含水介质中除去水以提供固体残余物，并从固体残余物中除去盐从而生成所述具有被改性以促进与外部环境相互连贯表面的金属氧化物/氢氧化物材料。术语“金属氧化物/氢氧化物”被理解为指的是单一金属氧化物、金属氧化物混合物、单一金属氢氧化物、金属氢氧化物的混合物、相同或不同金属的金属氧化物和氢氧化物的混合物，和羟基氧化物和其混合物。金属材料以氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属氧化物／氢氧化物或复合金属氧化物／氢氧化物材料，其包括被改性以促进与外部环境相互连贯性的表面，所述金属氧化物／氢氧化物或复合材料具有高的介孔面积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ哈伯，PG哈特利，
申请(专利权)人：联邦科学和工业研究组织，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]