[发明专利]使用孔隙填料在多孔载体上制备多孔无机涂层的方法

说明书

本申请要求2007年7月19日提交的美国申请第11/880066号和2007年5 月31日提交的美国临时申请第60/932469号的优先权，这两份申请都通过参 考结合于此。

发明领域

本发明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。

发明背景

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，施加多个具有逐层缩小的粒子的层。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。Kim等，Advanced Materials(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 0 320 033 A1和EP 0 524 678 A1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。

发明概述

本发明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。本发明的方法包括：

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发明的各实施方式提供的这些和其他 特征。

附图简要说明

图1是适用于本发明实施方式的多通道多孔载体的示意图。