对碱金属硅胶和碱金属多孔金属氧化物组合物的处理的制作方法
【专利说明】对碱金属硅胶和碱金属多孔金属氧化物组合物的处理
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请61/792，457的优先权；通过引用将该申请的公开内容并入本文。
发明领域
[0004]本发明涉及处理自燃的第I族金属/硅胶组合物以将它们转化成不再是自燃的第I族金属/硅胶组合物的方法。
[0005]本发明还涉及处理自燃的第I族金属/多孔金属氧化物组合物以将它们转化成不再是自燃的第I族金属/多孔金属氧化物组合物的方法。
[0006]本发明还涉及处理非自燃的第I族金属/硅胶组合物以将它们转化成对普通空气和湿度具有改善的抵抗力(即在“环境空气”中至少数小时内是稳定的)的第I族金属/硅胶组合物的方法。
[0007]本发明还涉及处理非自燃的第I族金属/多孔金属氧化物组合物以将它们转化成对普通空气和湿度具有改善的抵抗力(即在“环境空气”中至少数小时内是稳定的)的第I族金属/多孔金属氧化物组合物的方法。
【背景技术】
[0009]碱金属(S卩，周期表的第I族金属)，和碱金属的合金在它们的金属态或中性状态下非常具有反应性。碱金属和它们的合金对空气和水分非常具有反应性且当其暴露于这些媒介物(agent)时可自发着火(即是自燃的)。为了避免与它们的活性有关的固有危险，中性金属或合金必须通常贮存在真空中或在惰性液体例如油中以阻止其与大气接触，其可引起氧化或其它反应。例如，钠金属通常贮存在液体石蜡油(为避免非期望的杂质，其必须在用于化学反应中之前去除)中。这使得对金属钠Na°的装运和使用有了严格的限制。
[0010]此外，液态碱金属和液态碱金属合金也非常具有反应性。例如，Na和K的液态合金是非常容易自燃的，这是熟知的。暴露于空气导致自发和剧烈的着火。
[0011]美国专利号7，211，539(通过引用将其全部内容合并在本文中)描述了第I族金属/硅胶组合物，其被制备成将碱金属和它们的合金处理成更稳定而没有显著损失金属反应性的形式。美国专利7，211，539公开了被称为阶段0、阶段1、阶段II和阶段III的四种类型的第I族金属/硅胶组合物，取决于制备它们所使用的条件来形成具有不同性质的所述组合物。
[0012]特别地，通过将液态第I族金属和硅胶(“SG”)在惰性气氛中在足以将所述液态第I族金属吸收于硅胶气孔内的等温条件下混合来形成阶段O第I族金属/硅胶组合物。所产生的第I族金属/硅胶组合物与干O2反应而因此可为自燃的。用“自燃的”表示所述组合物与环境空气足够放热地反应以致着火。
[0013]阶段I第I族金属/硅胶组合物通过将液态第I族金属和硅胶在足以将所述液态第I族金属吸收于硅胶气孔内的放热条件下混合来形成。所生产的阶段I第I族金属/硅胶组合物通常不与干O2反应。然而，已观察到有时阶段I材料例如阶段I钠硅胶(即Na-SG)组合物含有存在于其表面上没有被吸收于硅胶气孔内的钠金属Na°，其与氧气和空气反应和因此可为自燃的。
[0014]阶段II第I族金属/硅胶组合物通过将液态第I族金属和硅胶在足以将所述液态第I族金属吸收于硅胶气孔内的条件下混合并且加热所得混合物至介于约215°C和约400°C的温度来形成。所生产的阶段II第I族金属/硅胶组合物不与干O2反应且在空气中是稳定的。
[0015]阶段III第I族金属/硅胶组合物通过将液态第I族金属和硅胶在足以将所述液态第I族金属吸收于硅胶气孔内的条件下混合并且加热所得混合物至约400°C以上的温度来形成。所生产的阶段III第I族金属/硅胶组合物不与干O2反应且在空气中是稳定的。
[0016]或者，美国专利号7，259，128(通过引用将其全部内容合并在本文中)描述了第I族金属/多孔金属氧化物组合物，其也被制备成将碱金属和它们的合金处理成更稳定而没有显著损失金属反应性的形式。美国专利7，259，128公开了被称为阶段0、阶段I和阶段II的三种类型的第I族金属/多孔金属氧化物组合物，取决于制备它们所使用的条件来形成具有不同性质的所述组合物。
[0017]阶段O第I族金属/多孔金属氧化物组合物通过将液态第I族金属或合金与选自多孔二氧化钛和多孔氧化铝的多孔金属氧化物在惰性气氛中在足以将所述液态第I族金属或合金吸收于所述多孔金属氧化物气孔内的接近环境温度的等温条件下混合而形成。所生产的第I族金属/多孔金属氧化物组合物与干O2反应和因此可为自燃的。
[0018]阶段I第I族金属/多孔金属氧化物组合物通过将第I族金属或合金与选自多孔二氧化钛和多孔氧化铝的多孔金属氧化物在足以将所述第I族金属或合金吸收于所述多孔金属氧化物气孔内的可高于环境温度的放热条件下混合而形成。所生产的第I族金属/多孔金属氧化物组合物不与干O2反应。然而，若金属例如金属钠Na ° (举例而言)不完全吸收于硅胶气孔内，其与氧气和空气反应，和因此可为自燃的。
[0019]阶段II第I族金属/多孔金属氧化物组合物通过将液态第I族金属或合金与多孔金属氧化物在足以将所述液态第I族金属或合金吸收至多孔金属氧化物气孔内的条件下混合并且加热所得混合物至约150°C或更高的温度来形成。所生产的第I族金属/多孔金属氧化物组合物不与干O2反应。
[0020]虽然美国专利7，211，539的第I族金属/硅胶组合物和美国专利号7，259，128的第I族金属/多孔金属氧化物组合物均代表优于处理碱金属和碱金属合金的现有方法的显著改善，但仍存在各自的阶段O (和可能地阶段I)组合物，其保留了与干O2或空气的反应性，因此可为自燃的。例如，通过将液态合金与煅烧硅胶在室温下混合所制备的在硅胶(SG)中的NaK合金(NaniKn)的阶段O试样是自燃的。NaK合金或钠-钾合金在本领域中公知具有通常为约0.5至约3.0的m与η的摩尔比率。典型的NaK合金的实例包括例如NaKjPNa2K合金。这类阶段O组合物具有有光泽的黑色表面和可能涂布有合金，其在空气中着火，导致所述试样变热并且完全燃烧或转化成阶段II材料，其不再含有游离的金属颗粒。
[0021]考虑到上述情况，需要一种方法用于进一步处理自燃的第I族金属/硅胶组合物以及自燃的第I族金属/多孔金属氧化物组合物以便它们不会与干O2或空气反应，因此不再是自燃的。用“不再是自燃的”或“不自燃的”来表示组合物不与环境空气足够放热地反应以致着火。
【发明内容】
[0023]可自燃的第I族金属/硅胶组合物例如阶段O第I族金属/硅胶组合物和阶段I第I族金属/硅胶组合物可通过使它们暴露于少量的干氧或干氧混合物，如干空气来处理直至它们不再是自燃的或与干氧或环境空气反应。
[0024]可自燃的第I族金属/多孔金属氧化物组合物例如阶段O第I族金属/多孔金属氧化物组合物和阶段I第I族金属/多孔金属氧化物组合物可通过使它们暴露于少量的干氧或干氧混合物来处理直至它们不再是自燃的或与干氧或环境空气反应。
[0025]附图简述
[0026]图1为显示Na-SG制剂在根据本发明方法的处理后的DSC变化的差示扫描量热(DSC)图。
[0027]图2为显示商业化生产的Na-SG试样在根据本发明方法的处理后的DSC的差示扫描量热(DSC)图。
[0028]图3为显示另一种商业化生产的Na-SG试样在根据本发明方法的处理后的DSC的差示扫描量热(DSC)图。
[0029]图4为显示Na2K-SG试样的制剂在根据本发明方法的处理后的DSC曲线差异的差示扫描量热(DSC)图。