生产金属氟化物材料的方法

专利名称：生产金属氟化物材料的方法
技术领域：
本申请涉及用作催化剂或作其它任何应用的金属氟化物的制造。
背景技术：
本领域中的那些技术人员会知道，在许多情况下金属氟化物可通过将金属或金属化合物(例如金属盐)与氢氟酸相混合来生产。其中金属化合物是金属氯化物，反应是基本上如下这些
在金属氯化物和氢氟酸之间的反应可以是吸热的。在此情况下，为了使反应进行到完成，反应物必须从它们的环境中吸收热量。当反应是吸热的时，已经观察到热量输送到反应物中的速率越大和在反应时温度越高，所形成的金属氟化物颗粒越小。一般说来，金属氟化物颗粒越小，每单位重量的金属氟化物而言的暴露表面积越大。考虑到催化剂是表面活性剂，通常与较小颗粒有关的每单位重量的较大表面积预计显示出更大的催化活性，和并且已经证明是此种情况。
对于在金属氯化物和无水氢氟酸之间的反应是放热的情况，反应需要释放热量以进行到完成。在这种情况下，以上所给出的结论预计与放热反应情况相反。
掺混金属氯化物和氢氟酸的方法会有多少发生变化的结果，这取决于所使用的金属氯化物；然而，为了举例说明一般性反应，这里给出了通过掺混三氯化铁和无水氢氟酸制造三氟化铁的特定情况。
掺混三氯化铁和无水氢氟酸的方法引起一些事件发生三氯化铁在液体无水氢氟酸中溶解和离子化；溶解和离子化三氯化铁的个体分子将第一个氯原子与来自液体、离子化、无水的氢氟酸源的氟原子进行交换，在这种情况下个体分子反应产物保持为可溶性和离子化为FeFCl2(二氯氟化铁)，同时有氯化氢气体的放出(在一个大气压下和在高于-84.9℃的温度下)。
个体溶解和离子化二氯氟化铁将第二和第三个氯原子与来自液体、离子化、无水的氢氟酸源的两个氟原子交换，在这种情况下，所形成的三氟化铁分子不溶于液体无水氢氟酸中和沉淀为石灰绿固体，同时释放出附加的氯化氢气体。
目前接受的实践是将液体无水氢氟酸添加到固体三氯化铁中，当制造三氟化铁时，如在例如US专利No.4,938,945中详细描述，它的公开内容被全部引入这里供参考。这一方法是由于在US专利No.4,938,945中列举的各种理由来实施的。将液体无水氢氟酸添加到固体三氯化铁中的附加理由是安全性。一般可以接受的是，反应有较低的溅起的倾向，因此这一方法被认为是比将三氯化铁添加到无水氢氟酸更安全的方法。然而，在这一方法中十分明显的是，第一重量等分部分的三氯化铁暴露于非常有限量的无水氢氟酸(无水氢氟酸与三氯化铁的极低重量比)。各后续的等分部分的三氯化铁也暴露于无水氢氟酸与三氯化铁的有限重量比，但添加最终足够的无水氢氟酸，直至建立觉察到的最佳重量比为止。然而，在此时全部的三氯化铁按照比最佳水平低得多的无水氢氟酸与三氯化铁的重量比进行反应。主张该方法的这一方面会导致较大的初级颗粒，初级颗粒的聚结，慢反应时间，不完全反应，低的到根本没有的催化活性，以及对于所形成的三氟化铁产品的化学和物理特性而言的差质量控制。
此外，目前接受的做法是在三氟化铁制造过程中在大气压力下掺混各成分。鉴于液体无水氢氟酸在标准大气压下在19.8℃(67.6°F)下沸腾的事实，无水氢氟酸的沸点限制了在反应之前和过程中反应物的环境所升高到的温度。在没有温度控制装置和/或设备的情况下，现有技术制造方法倾向于在各成分被掺混的同时进行冷却，因为反应的吸热性质。其后，一旦反应完成，最终产物倾向于调节在环境温度或在19.8℃(67.6°F)(在标准大气压下无水氢氟酸的沸点)下，如果环境温大于19.8℃(67.6°F)的话。
在反应完成之后，目前接受的做法是三氟化铁产物浸没在液体无水氢氟酸中达到三至十天。更长的停留时间(“酸洗时间”)一般导致更完全的反应，进而得到更纯的三氟化铁产物。
在反应时间和停留时间之后，目前接受的做法是通过滗析和/或蒸发氢氟酸来将固体三氟化铁产物与剩余无水氢氟酸分离。其后，三氟化铁产物分阶段干燥，直到最高温度是大约250℃。在这种情况下，可以预料到任何游离的残留无水氢氟酸和/或任何游离水应该驱除，留下无水三氟化铁产物。该产物然后按照使它与环境隔离的方式来包装并避免水分等的吸收。
本发明概述使用现有技术的方法，在制造三氟化铁过程中或之后所获得的观察结果是如下无水氢氟酸温度越高，高达19.8℃(67.6°F)的最高值，所形成的三氟化铁颗粒越小。
无水氢氟酸与三氯化铁的重量比越大，达到60比1的重量比，所形成的三氟化铁颗粒越小。
反应产物在无水氢氟酸环境中停留时间越长则反应越完全，因此所形成的三氟化铁产物更加纯净。
在将无水氢氟酸添加到三氯化铁中的过程中进行搅拌或搅动而得到较小的三氟化铁颗粒，很显然缩短了三氯化铁在无水氢氟酸内的必要停留时间以便引起完全反应，它生产更纯净的三氟化铁。
在亚微米粒径范围内导致形成离散、未聚集的初级颗粒的三氟化铁产物已证明在某些特定的反应中显示出更大的催化效果，其中PTFE与钢和铝在环境温度和大气压力下起反应。参见，例如，US专利No.5,877,128，它的公开内容全部被引入这里供参考。因此，较小的亚微米三氟化铁颗粒被认为一般构成了更佳的催化产物。
这一特定催化剂材料必须显现下列性能和技术参数，当为了预定应用而制备完成时。
该催化剂材料必须具有不大于0.50微米的单个颗粒。
催化剂材料必须不聚集。各颗粒必须是离散的和必须不粘附于每一其它颗粒。
催化剂化学必须是至少99.9％纯度和缺少杂散元素和污染物，其中包括水。
该催化剂材料必须不显示出低于3.5的pH，当在软化水中按照1克材料对10克软化水的重量比被制成淤浆时。
催化剂材料必须有活性而能够作为催化剂，这可通过该材料在规定的试验条件下引起在PTFE(TEFLON)和钢之间的化学反应的能力来确定。
一种物质与另一种物质均匀地掺混的能力或趋势，和掺混到的程度，称作一种特定物质在另一种特定物质中的“溶解度”。特别重要的是某些含金属的固体、溶质、物质在某些液体、溶剂、物质中的溶解度。固体在液体中的溶解度可以发现对于在特定液体中它们各自的溶解度而言是从非常小到非常大的量而变化。然而，对于当固体溶于液体中时的每一种情况，溶解的固体完全地丧失了它的前一物质属性如粒度、晶体结构、硬度等，和其后以分子或离子状态存在，当固体保持溶于该液体中时。所溶解的分子和/或离子事实上完全地分散而形成真溶液。
本发明的方法包括将可溶性金属源(“金属源”)化合物(即金属盐)溶解在溶剂中，其中金属源化合物完全溶解而形成真溶液(“溶液”)。溶液然后与有机聚合物彻底地混合而形成聚合物溶液和/或稳定的胶态悬浮体。对于后一种情况，有机聚合物，体现特征于具有凝胶性能，变成外部相或分散相并用于包含和保持该溶液在悬浮中。作为定义，在这里使用的有机聚合物构成了其中溶液可溶于其中的一种物质和/或有机聚合物用作有分散相(溶液)被掺混在其中的胶体产生物质；然而，有机聚合物构成连续相和用于生产凝胶状或粘性的掺混产物。掺混的产物在这里称作“金属源聚合物”。一旦制备，金属源聚合物一滴一滴地被引入到无水氢氟酸中，直到在金属源聚合物内金属源的克分子的化学计量比率等于或低于无水氢氟酸的相关克分子的二分之一。
在金属源聚合物内的金属源和无水氢氟酸将在接触时立即反应，和它们将在分子和/或离子水平上反应而形成金属氟化物反应产物因为该反应在分子或离子水平上发生，所形成的颗粒具有亚微米尺寸。
一旦金属源已经与无水氢氟酸反应和金属源聚合物的金属组分已经转化成金属氟化物，则金属氟化物可以与材料的剩余部分分离。
如果在反应之后金属氟化物保持可溶性，金属氟化物可通过聚合物/溶剂混合物的蒸发和/或分解来从聚合物/溶剂中分离。
如果金属氟化物不溶于聚合物/溶剂混合物中和从溶液中沉淀析出，则固体金属氟化物沉淀物可以通过将聚合物/溶剂滗析到合适设计的单独容器中来从液体中分离或它可通过其它普通方法如过滤等来分离。固体金属氟化物产物然后分阶段慢慢地干燥至100℃，直到全部挥发性物质(包括水)已经被驱除为止，其后，温度可以升高到剩余溶剂蒸发和/或分解和金属氟化物变得完全不含聚合物/溶剂混合物的某一种温度。
剩下的聚合物/溶剂/无水氢氟酸物质可通过使用众所周知的方法如蒸馏，冷冻，萃取，分解等来分离。
某些金属源材料发现以全部它们的各种化合物(即盐)形式不溶于在本发明的过程中使用的全部实际溶剂中。其它金属源材料，当转化成它们的各种化合物时，证明实际上仅仅溶于含水碱性溶剂中。
在以上例举的几乎不太可能的前一种情况，其中金属源的全部化合物证明不溶于所有溶剂，本发明的方法在金属源属于固相和溶剂属于液相的情况是不可应用的。
对于以上列举的后一种情况，水溶性金属源化合物应该溶于最低量的水中和所形成的溶液则可以与亲水性有机聚合物物质共混，该物质选自碳水化合物(即蔗糖，淀粉，纤维素等)，碳水化合物衍生物，亲水性均聚物，乙二醇聚合物，乙二醇酯聚合物，乙二醇、2-羟基亚乙基-甲基丙烯酸酯类、甲基丙烯酸羟烷基酯类、丙烯酸羟基烷基酯类、丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮的共聚物类，聚氨酯，聚氨酯-丙烯酸酯，聚氨酯-甲基丙烯酸酯共聚物，动物来源蛋白质-明胶，等等。
一般被发现是水溶性的和适用于本发明的方法的金属源化合物包括金属氯化物，碳酸盐，氢氧化物，异丙醇化物，硝酸盐，乙酸盐，环氧化物，草酸盐，和它们的混合物。
在本发明的情况下，水溶性金属源化合物应该以最低量溶于水中形成溶液。然后溶液与亲水性有机聚合物物质按照一比一(1∶1)的合适重量比进行共混，但是在任何情况下有足够量的亲水性有机聚合物物质使得在溶液中金属源化合物保持溶解状态。其后，溶液和亲水性有机聚合物物质的这一混合物应该与无水氢氟酸掺混。这一掺混优选通过将溶液非常缓慢地、一滴一滴地引入到在合适设计的反应容器中的无水氢氟酸中，直至在金属源聚合物内金属源的克分子的化学计量比等于或低于无水氢氟酸的相关克分子的二分之一为止。在一个实施方案中，化学计量比是在无水氢氟酸的相关克分子的二分之一和六十分之一之间。
尽管有金属源化合物可溶于水中的的事实，但是证明理想的是使用一些其它溶剂代替水，因为水的引入会不可避免导致水合的产物，这是不希望有的。
本发明的一个目的是生产离散的、未聚集的亚微米粒度颗粒形式的金属氟化物。
本发明的一个目的是生产没有杂质引入到产物中的金属氟化物。
本发明的一个目的是生产化学纯和物理形式均匀的金属氟化物。
本发明的一个目的是提供生产由单或多组分金属氟化物类组成的高纯度、亚微米、未聚集、离散的化学纯颗粒的通用、低成本的方法。
本发明的一个目的是提供生产由单或多组分金属氟化物类组成的高纯度、亚微米、未聚集、离散的化学纯颗粒的工艺，在该工艺中不需要高度专业化的、控制的气氛。
前面相当广泛地列出了本发明的特征和技术优势，以便使下面的本发明的详细叙述能够更好地被理解。下面描述本发明的附加特征和优点，它们构成了本发明的权利要求的主题。应该认识到，所公开的概念和特定实施方案可以容易地用作改进或设计用于实现本发明的同一目的的其它结构的基础。还应该认识到，这些等同的结构不偏离在所附权利要求中定义的本发明范围。当与附图相结合考虑时，被认为是本发明的特性(同时对于其组织和操作方法)的新型特征与其它目的和优点一起将从下面叙述得到更好理解。然而，特别需要理解的是，每一个附图仅仅用于举例和叙述的目的并且不认为是本发明的各种限制的定义。
附图的简述

图1是说明在无水氢氟酸的蒸气压和温度之间的关系的曲线图。
详细说明虽然在这里公开的举例性实施方案中生产的金属氟化物可用作催化剂，但是本发明不局限于生产金属氟化物催化剂。相反，根据本发明生产的金属氟化物可以用于几乎任何应用中。
对于在这里标记为“现有技术”方法的反复实验所进行的前面所述的观察以获得了几个重要结论，它们支配了改进“现有技术”方法的几项重要要求，它们列举如下较高的反应温度提高在三氯化铁和无水氢氟酸之间进行反应的温度会导致获得三氟化铁产物的更小直径颗粒。用于实现高温反应的方式是如下在压力下加热通过制造由完全地内衬有PTFE或能够在额定反应容器操作温度和压力下经受住无水氢氟酸的严酷接触的其它聚合物的镍、镍合金或其它金属构成的耐压型反应容器，无水氢氟酸的温度能够在反应容器的压力定额下升高至该酸的沸点，但没有氢氟酸因为蒸发所引起的损失。该反应容器在逻辑上需要装有释压阀，既为了安全目的和又为了在反应过程中产生的氯化氢气体能够逃逸。
预热反应物，无水氢氟酸和三氯化铁，在被混合之前，可进行预热。例如，无水氢氟酸能够预热到该酸的蒸气压等于反应容器的工作压力的那一温度。参见，例如，在图1中示出的在无水氢氟酸的蒸气压和温度之间的关系。类似地，在三氯化铁与无水氢氟酸掺混之前将三氯化铁预热到约300℃。(附注三氯化铁具有306℃的熔点和319℃的沸点；然而，它开始在它的306℃熔点或稍微低于它的熔点发生分解。)利用各种方式的连续加热如果反应容器由PTFE或一些其它耐无水氢氟酸的聚合物构成但不由金属构成，则它可通过使用微波能来加热，但要求通过该加热操作不超过反应容器的压力定额。重要的是需要指出，微波加热能够导致在液体无水氢氟酸的表面下方形成蒸气泡并且该蒸气泡上升到表面而导致严重的安全危险。如果该反应容器由金属构成，则它可通过更普通的方式如电阻加热，电感应加热，火焰或蒸汽来连续加热。另外，一些加热和混合可通过对反应容器应用高能量超声波来实现。
无水氢氟酸与三氯化铁的高重量比维持无水氢氟酸与三氯化铁的高重量比(例如高达60比1)会得到三氟化铁产物的较小直径颗粒，导致更快速和更完全的反应，和得到更接近纯净的反应产物。用于实现反应物的高重量比的方式是如下将固体三氯化铁添加到液体无水氢氟酸中众所周知的是，在无水氢氟酸和三氯化铁之间的反应是按可辩别的几个步骤发生的，但是整个反应立刻发生。反应进行到完成、形成较纯最终产物的程度将取决于反应物的重量比和停留时间的量。在间歇式制造方法中，无水氢氟酸与三氯化铁的重量比可以维持在最佳值，如果固体三氯化铁被添加到封闭了的反应容器(为了安全而封闭)内的液体无水氢氟酸中，而使得能够进行容易的混合，保持压力，和使得能够加热到无水氢氟酸的常压沸点以上。
对于被添加到液体无水氢氟酸中的每一等分部分的固体三氟化铁，该反应物的重量比是当使用固定量的两种反应物时最有利的、可能的。这是因为当每一重量等分部分的三氯化铁被引入到含有无水氢氟酸的反应容器中时，该反应立刻发生和所形成的产物三氟化铁将沉淀和下降到反应容器的底部。在这一方法中，应当消耗仅仅较小份额的无水氢氟酸。因此，当将下一重量等分部分的三氯化铁引入到反应容器中时，它将遵照与初始等分部分的三氯化铁大约相同的无水氢氟酸与三氯化铁的重量比。如果该方法是以60比1(无水氢氟酸与三氯化铁)的初始重量比率开始，则十个等分部分的三氯化铁的最后一个应该遵照不低于56比1的重量比。
当三氯化铁与无水氢氟酸混合时发生的化学反应在下面给出，其中在反应中各化合物的化学计量掺混重量在每一种此类化合物下方给出，如下
162.2031 60.0189 112.8402 109.3818预先假定1克分子或162.2031克的三氯化铁将与一定量的无水氢氟酸按照六十(60)份无水氢氟酸比一(1)份三氯化铁的重量比进行掺混。第一等分部分的1克分子或162.2031克的三氯化铁将被引入到9,732.1860克的无水氢氟酸中(按60比1重量比)。该反应将导致60.0189克的无水氢氟酸的消耗，留下9,672.1671克的未反应的无水氢氟酸。
第二等分部分的1克分子或162.2031克的三氯化铁被引入到剩余9,672.1671克的无水氢氟酸中引起另外60.0189克的无水氢氟酸的反应和消耗，留下9,612.1482克的未反应的无水氢氟酸。对于第二等分部分的添加的掺混比率应该是无水氢氟酸与三氯化铁的59.63比1。
类似地，被引入到最初量(9,672.1671克)的无水氢氟酸(“AHF”)中的首先十个等分部分的1克分子(对于每个等分部分)或162.2031克的三氯化铁(“FeCl3”)的掺混比率是如下

在这一假想十步反应过程之后，剩余无水氢氟酸能够被回收和再次使用。
在过程中添加相称量的无水氢氟酸一旦明显地建立无水氢氟酸与三氯化铁的最佳重量比，可推荐的是在下一等分部分的三氯化铁被添加之前以最佳化学计算重量比率将无水氢氟酸添加到反应容器中，这当然取决于最佳重量比对于具体的反应的重要性。
长的停留时间长的停留时间是不需要的。就象前面陈述的一样，在三氯化铁和无水氢氟酸之间的反应立刻发生。使用目前接受的做法进行反应过程的方式会导致对长停留时间的需要，以便让反应进行到完成。可以推断，升高反应温度，保持最佳的无水氢氟酸与三氯化铁重量比，和足够的搅动和/或搅拌将导致完全反应而生产出催化活性的三氟化铁的亚微米、未聚集颗粒，无需让反应物接受长的停留时间。
搅拌或搅动搅拌或搅动已经推断有益于本发明的方法。搅拌和搅动可以按照下列方式完成旋转反应容器以某种方式内支撑，该方式允许反应容器在反应过程中在一个或多个平面上旋转。
超声波不考虑构成反应容器的材料，反应容器的成分使用高能量超声波源来搅拌。该超声波在较低程度上也用于为反应容器加热。
磁力搅拌设备该反应容器能够用磁力搅拌设备搅拌。
普通的搅拌设备反应容器能够借助于采用电动机和一个或多个旋转叶片的普通搅拌设备(如Lightening混合器)来进行搅拌，该设备通过加压填充压盖(pressure packing gland)所引入。
催化活性以上述观察结果为基础，认为如果采用和执行以上概括的推荐，所形成的三氟化铁产物不仅由离散的、未聚集的亚微米颗粒组成，而且它还显示出对于这里所述试验条件而言的催化活性。
生产金属氟化物催化剂的方法已公开于2002年10月28日申请的标题为“METHOD FOR PRODUCING HIGH CATALYTIC ACTIVITY，SUBMICRON，METAL FLUORIDE CATALYST MATERIALS”的US临时专利申请No.60/421,716，和2003年9月15日申请的标题为“PROCESS FOR THEPRODUCTION OF METAL FLUORIDE MATERIALS”的悬而未决的US专利申请No.10/662,992中，它们的公开内容全部被引入这里供参考。本发明提供了生产具有亚微米粒度和具有高催化活性的金属氟化物催化剂材料的另一种方法。本发明还提供了固有地较好的质量控制和提供了具有一致的化学和物理特性的反应产物。
本发明的优选实施方案在下面更详细地讨论。这些方法可用于生产具有亚微米粒度和具有高催化活性的金属氟化物催化剂材料。这些方法提供了固有地较好的质量控制和提供了具有一致的化学和物理特性(与现有技术方法相比)的反应产物。
情况1(有机溶剂)基本上化学纯的无水三氯化铁溶于一组溶剂的一种或多种中，该组是由水，醇，醚，苯，丙酮等组成，三氯化铁可溶于该组的溶剂中。尽管三氯化铁可溶于水中，当最终产物用作催化剂时水对于本发明而言不是适宜的溶剂，因为所形成的最终产物很可能是所需金属氟化物的水合形式。金属氟化物的水合形式一般发现不是催化活性的。
溶解操作可以在大气压下和在环境温度下进行，但是必须非常小心地防止在溶于溶剂中之前该三氯化铁的水合。足够量的三氯化铁应该溶解到基本上用三氯化铁饱和该溶剂，应该记住的是，其中三氯化铁、溶剂和聚合物的混合物与无水氢氟酸掺混的后续操作和在金属源(三氯化铁)和无水氢氟酸之间的反应应该是吸热的。这一反应会导致温度的显著下降，如果热量没有以足以补偿在反应中的吸热的速率追加到体系中。如果让物质的混合物或体系冷却，有可能的是在反应之前三氯化铁从溶液中析出。这是因为三氯化铁在溶剂内的溶解度随温度而变和一般来说三氯化铁在较低温度下是较少可溶性的。
因此之故，三氯化铁在特定溶剂中的溶解度应该在预计在整个过程中遇到的最低温度(例如0℃)下测试和测量。三氯化铁的溶解度得以确定，优选作为X克/每Y克的溶剂和所确定的三氯化铁与溶剂的重量比应当一开始就使用。
三氯化铁/溶剂溶液然后与聚合物掺混。
在这一情况1下，甲醇是用作溶剂和将必需量的三氯化铁溶于甲醇溶剂中。
其后，三氯化铁/甲醇溶液与聚合物掺混。在这一情况1下，聚合物是聚乙二醇。将足够的聚乙二醇(例如Dow Chemical Grade 4500聚乙二醇粉末)添加到三氯化铁/甲醇混合物中以完全溶解和/或包封三氯化铁/甲醇混合物。这些成分的掺混需要剧烈的混合，直至成分的体系变成透明、均匀为止并且是稳定的。
接着，将以上列举的混合物添加到含有无水氢氟酸的合适容器中。该添加缓慢地、一滴一滴地进行，直至在混合物内三氯化铁的克分子的化学计量比等于或低于无水氢氟酸的相关克分子的二分之一。在情况1的这一步骤中混合物的添加伴随有强烈搅拌。
一旦三氯化铁已经与无水氢氟酸反应和已经转化成三氟化铁，则三氟化铁可以与材料的剩余部分分离。
分离出的三氟化铁材料然后分阶段慢慢地干燥，达到100℃，直到全部的挥发性物质(包括所包含的任何水分)已经被驱出为止，然后温度升至240℃，达到了剩余溶剂和聚合物蒸发和/或分解和该三氟化铁完全不含所有溶剂和/或聚合物的程度。
将成品放入到容器中防止三氟化铁变成水合的。
所形成的无水三氟化铁产物是基本上化学纯的和显现为具有约0.2微米的平均粒度和约150米2/克的表面积的离散、未聚集、均匀的颗粒。此外，所形成的三氟化铁产物显示在4.0和7.0之间的pH，当1克的三氟化铁与10克的软化水混合时，和较高的表面积导致高得多的催化活性/每单位重量，与由大部分已知的其它方法制造的三氟化铁相比。
情况2(水溶剂)将530克的基本上化学纯的催化剂等级三氯化铁溶于100mL的蒸馏过的温水中。将这一盐溶液与20克的Dow Chemical Grade 4500聚乙二醇粉末掺混和搅拌到混合物变成透明溶液为止。
接着，将以上列举的混合物添加到含有无水氢氟酸的合适设计的容器中。该添加缓慢地、一滴一滴地进行，直至在混合物内三氯化铁的克分子的化学计量比等于或低于无水氢氟酸的相关克分子的二分之一。在情况2的这一步骤中混合物的添加伴随有强烈搅拌。
一旦三氯化铁已经与无水氢氟酸反应和已经转化成三氟化铁，则三氟化铁可以与材料的剩余部分分离。
分离出的三氟化铁材料然后分阶段慢慢地干燥，达到100℃，直到全部的挥发性物质(包括所包含的任何水分)已经被驱出为止，然后温度升至240℃，达到了剩余溶剂和聚合物蒸发和/或分解和该三氟化铁完全不含所有溶剂和/或聚合物的程度。
将成品放入到容器中防止三氟化铁变成水合的。
所形成的无水三氟化铁产物是基本上化学纯的和显现为具有约0.2微米的平均粒度和约150米2/克的表面积的离散、未聚集、均匀的颗粒。此外，所形成的三氟化铁产物显示在4.0和7.0之间的pH，当1克的三氟化铁与10克的软化水混合时，和较高的表面积导致高得多的催化活性/每单位重量，与由大部分已知的其它方法制造的三氟化铁相比。
虽然本发明和它的优点已经详细描述，应当理解，在不脱离由所附权利要求定义的本发明范围的前提下可以作各种变化、取代和改变。另外，本申请的范围不希望限于在说明书中描述的过程，机器，制造，事件的组合，方式，方法和步骤的具体实例。从本公开物容易地认识到，目前存在的或以后开发的发挥出与这里所述的相应实施方案基本上相同功能或实现基本上相同结果的过程，机器，制造，事件的组合，方式，方法或步骤都可以使用。因此，所附权利要求希望在其范围内包括此类过程，机器，制造，事件的组合，方式，方法，或步骤。
权利要求
1.生产金属氟化物的纳米级粒度粉末的方法，包括将包含至少一种金属阳离子盐的连续相与氢化聚合物或有机聚合物分散相混合；形成金属阳离子盐/聚合物凝胶和让凝胶暴露于无水氢氟酸而将金属阳离子盐转化成金属阳离子氟化物盐；在已暴露于无水氢氟酸之后，在足以驱除该凝胶内的水和有机物的温度下，热处理该凝胶；和留下作为残留物的金属氟化物的纳米级粒度粉末。
2.权利要求1的方法，其中亲水性有机聚合物分散相包括选自碳水化合物，衍生物，聚合物，和从动物性蛋白质-明胶衍生的蛋白质中的有机材料。
3.权利要求1的方法，其中凝胶在22℃-240℃范围内的温度下热处理。
4.权利要求1的方法，其中至少一种金属阳离子盐选自氯化物，碳酸盐，异丙醇盐，硝酸盐，乙酸盐，环氧化物，和草酸盐。
5.权利要求1的方法，其中金属阳离子是选自元素周期表的1A，2A，3A，4A，5A，6A，1B，2B，3B，4B，5B，6B，7B，和8族的至少一种金属。
6.权利要求2的方法，其中亲水性聚合物是选自环氧乙烷，2-羟基亚乙基甲基丙烯酸酯，羟基烷基甲基丙烯酸酯，羟基烷基丙烯酸酯，丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮的亲水性均聚物和共聚物。
7.生产催化剂的方法，包括将无水三氯化铁溶于溶剂中产生三氯化铁/溶剂溶液；将三氯化铁/溶剂溶液与聚合物共混而产生混合物；添加混合物到无水氢氟酸中，从而将三氯化铁转化成三氟化铁；分离三氟化铁；和干燥三氟化铁。
8.权利要求7的方法，其中无水三氯化铁是基本上化学纯的。
9.权利要求7的方法，其中溶剂包括醇，甲醇，醚，苯，和丙酮中的一种或多种。
10.权利要求7的方法，其中溶解足够量的三氯化铁，以使三氯化铁基本上饱和该溶剂。
11.权利要求7的方法，其中聚合物是聚乙二醇。
12.权利要求7的方法，进一步包括混合该三氯化铁/溶剂溶液和聚合物，直到掺混的成分变成透明，均匀和稳定的为止。
13.权利要求7的方法，其中添加步骤进一步包括搅拌。
14.权利要求7的方法，其中添加步骤进一步包括将混合物添加到无水氢氟酸中，直至在混合物内三氯化铁的克分子的化学计量比是在无水氢氟酸的相关克分子的二分之一和六十分之一之间。
15.权利要求7的方法，其中三氟化铁分阶段慢慢地干燥，达到100℃，直到任何水分已经驱除为止，然后温度升至240℃。
16.权利要求15的方法，其中任何剩余溶剂和聚合物在高温下蒸发，从而使三氟化铁脱除溶剂和/或聚合物。
17.权利要求7的方法，进一步包括将干燥的三氟化铁放入到容器中防止三氟化铁变成水合的。
18.权利要求7的方法，其中所形成的无水三氟化铁产物是基本上化学纯的和显现为具有约0.2微米的平均粒度和约150米2/克的表面积的离散、未聚集、均匀的颗粒。
19.权利要求7的方法，其中所形成的三氟化铁产物显示在4.0和7.0之间的pH，当1克的三氟化铁与10克的软化水混合时。
20.生产催化剂的方法，包括将三氯化铁溶于蒸馏过的温水中形成盐溶液；将盐溶液与聚乙二醇粉末掺混而形成混合物；搅拌混合物，直到混合物变成透明溶液为止；将混合物添加到无水氢氟酸中，从而使三氯化铁与无水氢氟酸反应和转化成三氟化铁；分离三氟化铁；和干燥所分离的三氟化铁。
21.权利要求20的方法，其中一滴一滴地将混合物添加到无水氢氟酸中，直至在混合物内三氯化铁的克分子的化学计量比等于或低于无水氢氟酸的相关克分子的二分之一为止。
22.权利要求20的方法，其中添加步骤伴随有搅拌。
23.权利要求20的方法，其中分离出的三氟化铁材料分阶段慢慢地干燥，达到100℃，直到全部的挥发性物质已经被驱出为止，和其中三氯化铁的温度升高到剩余溶剂和聚合物蒸发和/或分解以使三氟化铁完全不含所有溶剂和/或聚合物的某温度。
24.权利要求20的方法，进一步包括将干燥的三氯化铁放入到容器中防止三氟化铁变成水合的。
全文摘要
生产纳米金属氟化物粉末的方法，包括以下步骤将包含至少一种金属阳离子盐的连续水相或有机相与亲水性或有机聚合物分散相混合而形成金属阳离子盐/聚合物凝胶，然后用无水氢氟酸处理凝胶将金属阳离子盐转化成金属阳离子氟化物和在足以驱除在凝胶内的水和/或有机物的温度下热处理该凝胶，留下纳米级粒度金属氟化物粉末的残留物。
文档编号C01B9/08GK1714043SQ200380103977
公开日2005年12月28日 申请日期2003年10月27日 优先权日2002年10月28日
发明者F·C·格里尔 申请人:铂知识产权有限合伙公司