[發明專利]多相催化中的具有組成梯度的陶瓷泡沫

無效

• 申請號: 200980125701.5
• 申請日: 2009-06-15
• 公開（公告）號: CN102083770A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: P·戴-嘉羅;T·沙爾捷;M·科尼拉克;R·福爾;D·加里;F·羅西尼奧
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司;科學研究國家中心;利摩日大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;B01D39/20;B01J35/00;B01J37/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 林柏楠;彭飛

本發明涉及包含陶瓷或金屬泡沫的構造，其特征在于該泡沫具有至少在10至90％之間的2至60ppi的連續軸向和徑向孔隙率、和至少一個從0.01重量％到100重量％、優選從0.1重量％到20重量％的連續和/或不連續的、軸向和/或徑向的催化活性相濃度梯度，且特征在于該構造具有下述微結構：包含0.1至30平方米/克的比面積、100納米至20微米的粒度和高于95％的骨架致密化。

獲得本發明構造的一種方法可基于制備具有連續軸向和/或徑向孔隙率的陶瓷泡沫載體，所述方法包括：選擇至少一種聚合海綿、用陶瓷漿浸漬該聚合海綿、將所述經過浸漬的海綿干燥、使包括該聚合海綿的有機物熱解、和燒結，且特征在于我們實施了預先步驟以獲得連續軸向和徑向孔隙率梯度、以及在該陶瓷泡沫載體上形成連續和/或不連續的、軸向和/或徑向的催化活性相濃度梯度的附加步驟。

多孔陶瓷具有使它們成為各種用途(例如過濾膜、傳感器、陶瓷-金屬密封件、生物材料、能量節約、絕熱或催化)的優秀候選物的物理-化學性質，無論是熱穩定性、化學穩定性、生物相容性還是機械強度。由于它們的開孔性，這些材料特別因它們的低密度、它們的高交換面積和它們的高滲透性而被使用。

在陶瓷中制造孔隙的技術有：

-陶瓷粒子的不完全燒結；

-在燒結前通過該材料的乳狀液引入孔隙；

-使用在燒結前除去的成孔劑；

-成型操作，如擠出、注射成型、快速原型法；和

-使用陶瓷纖維。

在Roy?W.Rice，″Porosity?of?ceramics″，Marcel?Dekker，1998，第20-21頁中列舉了這些方法。

使用成孔劑是用于制造在孔隙的體積分數、形狀和尺寸分布方面受控的材料的最適當的方法之一，這些成孔劑在燒結前例如通過熱解除去，并因其離去而在陶瓷中留下孔隙。將微粒成孔劑(例如淀粉、膠乳、石墨或樹脂)合并到陶瓷懸浮液或漿料中能夠在致密陶瓷基質中獲得均勻分布的開孔。根據成型方法——壓縮、在模具中鑄造、流延成型、擠出或注射成型，獲得具有平面幾何、管狀幾何或更復雜形狀的幾何的材料。

在公開號為US?4,777,153、US?4,883,497、US?5,762,737、US?5,846,664和US?5,902,429的美國專利和Lykfeldt等人和Apté等人的出版物(O.Lyckfeldt，E.Liden，R.Carlsson，″Processing?of?thermal?insulation?materials?with?controlled?porosity″，Low?Expansion?Materials，第217-229頁；S.F.Corbin，P.S.Apté，J.Am.Ceram.Soc，82，7，1999，第1693-1701頁)中公開了將成孔粒子合并到陶瓷懸浮液中的這種技術的幾種實施方案。Apté等人特別描述了使用含成孔粒子的陶瓷懸浮液的流延成型和該帶材的熱壓以在燒結后獲得具有不連續孔隙率梯度的多孔材料的方法。

US?4,780,437公開了通過用陶瓷懸浮液浸滲可熱解成孔纖維絨來制備薄多孔材料的方法。通過該方法獲得的材料具有取向的各向異性孔隙。

FR?2,817,860教導了用陶瓷懸浮液浸滲聚合物泡沫以獲得具有顯著開孔率的的松密度陶瓷。最初在US?3,090,094中描述了通過用陶瓷漿浸漬聚合泡沫來制備陶瓷泡沫。自此以來，已廣泛探索這種技術制造開孔陶瓷泡沫(其主要用在過濾裝置中)。另一些用途涉及耐火材料的制造或多孔催化劑載體的制造。

在多相催化反應器(尤其用于吸熱反應，例如蒸汽重整、干重整等)的情況下，床的溫度直接影響該方法的性能。收率與催化床的溫度直接相關。因此，需要從容器壁到催化床中心的最佳傳熱(以使催化床內的熱損失最小化的方式)。

也可以從另一方面考慮該問題：可以通過所述床的反應性(對于放熱和吸熱反應)控制該催化床內的溫度。

因此，問題在于提供實現良好傳熱的構造。

本發明的一個解決方案是包含陶瓷或金屬泡沫的構造，其特征在于該泡沫具有在10至90％之間的、孔徑為2至60ppi的恒定軸向和徑向孔隙率、和至少一個從0.01重量％到100重量％、優選地從0.1重量％到20重量％的連續和/或不連續的、軸向和/或徑向的催化活性相濃度，且特征在于該構造具有下述微結構：包括0.1至30平方米/克的比面積、100納米至20微米的粒度和高于95％的骨架致密化。

優選地，所述構造本身是催化活性床，但它也可以是可在其上沉積活性催化層的載體。