[發明專利]一類球形無機氧化物材料及其合成方法,改性方法和用途

無效

• 申請號: 200710053375.4
• 申請日: 2007-09-27
• 公開（公告）號: CN101397137A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: (請求不公開姓名)
• 申請（專利權）人: 劉文紅
• 主分類號: C01B33/113
• 分類號: C01B33/113;C02F1/28;C01G25/02;B01J20/02;B01J20/10;B01J20/20;B01J21/06;B01J21/08;B01D15/08
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技術領域

本發明涉及一類具有骨架和灌流孔結構的球形無機氧化物材料 及其合成方法，表面改性方法和用途。

背景技術

相對于球形高分子聚合物材料，球形無機氧化物材料由于機械強 度高、耐溶劑性能優、耐高溫性能好、表面容易改性等優點，在色譜、 催化、反應載體、能源存儲等方面有著更為廣泛的用途。以色譜分離 領域為例，建立在無機氧化物—球形硅膠為基礎的分離介質占據了液 相色譜應用80％以上的市場份額。

球形無機氧化物材料按照其孔結構目前主要可分為兩大類：多孔 球形無機氧化物和無孔球形無機氧化物。多孔球形無機氧化物，顧名 思義，是指在球形無機氧化物表面和內部分布著大大小小的各種類型 的孔，這些孔具有一定的深度和尺寸，孔和孔之間彼此孤立。多孔球 形無機氧化物由于孔的存在，從而能夠提供大的比表面，對于分離而 言，則可以提供多的作用位點；對于催化，則可以提供多的活性中心。 但由于孔具有一定的孔穴深度，樣品與這些位點的作用，必須經過一 定的擴散距離。擴散是一種緩慢的傳質過程，其速率與孔徑的大小、 孔穴的深度相關，孔徑越大、孔穴越淺，則傳質速率越快。當多孔球 形無機氧化物的孔徑較小時，對于小分子的分離、催化等應用，傳質 效率尚可接受，而隨著待分離、待催化樣品的分子量增加，如蛋白質 分子，多孔球形無機氧化物必須提供大的孔徑才能滿足基本應用需 求。對于一些快速分離、快速制備，快速催化的領域，要求球形無機 氧化物具有更大的孔徑，然而隨著孔徑的增加，球形無機氧化物的比 表面、機械強度均顯著下降，這成為一對矛盾。對于無孔球形無機氧 化物，其傳質效率較高，然而比表面偏小，作用位點有限，雖然微球 粒徑的降低能部分程度緩和這種矛盾，隨著粒度的降低，物料流動阻 力增大，背壓增加，對設備耐高壓要求增加，動力消耗增加，給實際 應用帶來很大不便。

與球形無機氧化物類似，球形聚合物材料也主要分為有孔和無孔 兩大類。然而在有孔球形聚合物材料中，有一類具有特殊的孔道，如 附圖所示，其含有雙孔結構——灌流孔1和擴散孔2，色譜流動相、 催化反應中的反應前驅體可直接經灌流孔流入球體內部，實現對流傳 質，球體內部的擴散孔由于與灌流孔相連通，其孔穴深度較淺，因而 也具有較快的擴散傳質效率。球形聚合物材料這種特殊的孔結構，能 大大提高整體傳質效率，在實際應用中尤其是生物大分子如多肽、蛋 白質等的分離純化中獲得了廣泛的應用。這類雙孔球形聚合物材料材 料的另一個優點是在較高的流速下依然能保持較高的效率，并且由于 孔隙率高，材料的背壓非常低，有利于降低設備投入，降低能源消耗， 提高生產效率。目前雙孔球形聚合物材料在很多領域的應用已經充分 證明了這類材料的優勢。然而聚合物材料的耐溶劑性能差，耐高溫性 能差，表面改性途徑少，機械強度低，極大制約了雙孔球形聚合物材 料的應用發展，如高溫催化、高速催化，超臨界分離等。

由于合成技術難度高，目前尚未見具有骨架和灌流孔結構的球形 無機氧化物材料的報道。

本專利就是針對此不足，提出具有骨架和灌流孔結構的球形無機 氧化物材料，并闡明其合成方法，表面改性方法和用途。

發明內容

本發明提供了一類具有骨架和灌流孔結構的球形無機氧化物材 料及其合成方法，表面改性方法和用途。

本發明提供的技術方案是：1.以無機源或有機源為前驅體，前驅 體溶解或水解于水相/或油相中，向其中添加致孔劑和表面活性劑， 分散至油相/或水相中進行反應，反應完成后洗滌，即可獲得具有骨 架和灌流孔結構的球形無機氧化物材料，或者經灼燒或者其他熱處理 后，制得無定型和/或晶形具有骨架和灌流孔結構的球形無機氧化物 材料；2.以無機源或有機源為前驅體，前驅體溶解或水解于水相/或 油相中，向其中添加致孔劑，反應后，使用高壓氣體驅動物料經過噴 嘴霧化干燥，反應完成后洗滌，即可獲得具有骨架和灌流孔結構的球 形無機氧化物材料，或者經灼燒或者其他熱處理后，制得無定型和/ 或晶形具有骨架和灌流孔結構的球形無機氧化物材料。