[发明专利]地聚合物树脂材料、地聚合物材料及由其制备的材料

说明书

政府权益的说明

本研究工作是由Bio-Inspired Solar Fuel Production中心支持的，Bio-Inspired Solar Fuel Production中心是由U.S.Department of Energy,Office of Science,Office of Basic Energy Sciences以基金号DE-SC0001016资助的Energy Frontier Research Center。政府对本发明享有一定权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年9月21日提交的美国申请61/537,378和2012年5月22日提交的美国申请61/650,338的优先权，将这两个申请通过参考全部并入本申请。

技术领域

本发明涉及地聚合物(geopolymer)树脂材料、地聚合物材料、以及由它们形成的材料。

发明背景

本申请所使用的地聚合物树脂是通过使所选择的金属前体溶解于碱溶液中来形成的含水混合物。通过将铝硅酸盐在含水介质中的碱介导的溶解和缩聚反应联结起来，来形成某些地聚合物树脂。其它地聚合物树脂通过例如在酸性磷酸盐前体溶液和碱性金属氧化物前体之间的酸-碱反应来形成。通过固化地聚合物树脂来形成地聚合物。地聚合物通常涉及多个术语，包括低温铝硅酸盐玻璃、碱活化的水泥、地水泥(geocement)、碱键合的陶瓷(alkali-bonded ceramic)、无机聚合物混凝土和渗水陶瓷。

发明概述

在一方面，使第一材料与流体接触，除去至少一部分流体，得到产品。第一材料包括地聚合物树脂材料、地聚合物材料、或其组合。

实施可以包括下列特征中的一个或多个。例如，可以加热和/或老化初始的地聚合物树脂材料，得到第一材料，之后使第一材料与流体接触。第一材料与流体的接触可以粉碎(break up)或分裂(disintegrate)第一材料，从而形成颗粒。即，作为与流体接触的响应且在没有外部机械应力的情况下，第一材料可发生粉碎或分裂。

在一些情况中，第一材料包括一种或多种有机化合物，各自的分子量小于1000g/mol(例如，第一材料不包括分子量为1000g/mol或更多的有机化合物，如有机聚合物)。第一材料可以包括蔬菜油、植物油(plant oil)、动物油、废弃蔬菜油、废弃动物油、脂肪、生物柴油、脂肪酸、脂质、酯、羧酸、或其组合。第一材料可以是整体料。在一个实例中，第一材料包括地聚合物树脂材料，流体与第一材料可混溶，产品是均匀的混合物。在另一实例中，第一材料包括地聚合物树脂材料，产品包括不同的地聚合物树脂材料。在又一实例中，第一材料包括地聚合物树脂材料，流体与第一材料不可混溶，产品包括不同的地聚合物树脂材料。在某些情况中，第一材料包括地聚合物树脂材料，产品包括地聚合物材料。

在一个实例中，第一材料包括地聚合物树脂材料，地聚合物树脂材料包括与碱溶液反应的有机化合物，来制备一种或多种分子量小于400g/mol的羧酸根离子。在另一实例中，第一材料包括地聚合物树脂材料，地聚合物树脂材料包括分子量小于400g/mol的羧酸根离子。第一材料与流体的接触可以包括将羧酸根离子从第一材料转移到流体中，从而增加在流体中的羧酸根离子浓度。

产品可以是呈颗粒、颗粒团聚体和/或颗粒聚集体的形式的纳米结构沸石。在某些情况中，至少50％的颗粒的外部尺寸为1nm至100nm。纳米结构的沸石可以具有在一个或多个尺寸中为1nm至100nm的内部结构或表面结构，或大于60m²/cm³的基于体积的外部比表面积。产品可以是多孔的，其中过半数的孔是微孔、介孔或大孔。在一些情况中，产品是多级孔结构的。

流体可以是水或水溶液。在某些情况中，流体包括有机溶剂，溶解的、分散的或悬浮的物种，或二者。在一些情况中，流体包括蒸汽。

因此，已描述了具体的实施方式。可以基于所描述和说明的内容进行所述实施方式的变化、变型和增进以及其它实施方式。此外，可以结合一种或多种实施方式的一个或多个特征。在以下附图、说明书和权利要求中阐明了一种或多种实施以及多个特征和方面的细节。

附图说明

图1A-1E是显示由地聚合物树脂材料和地聚合物材料形成材料的方法的流程图。

图2A和2B分别显示了在实施例2中的产品的透射电子显微镜(TEM)图像和扫描电子显微镜(SEM)图像。