碱土金属铝酸盐尖晶石及其制备方法和用图
【专利说明】碱±金属错酸盐尖晶石及其制备方法和用途
[0001] 本申请要求2013年3月6日提交的美国临时申请61/773, 507号的权益。所引用 的申请的内容通过引用并入本申请。 阳00引发明背景 A.技术领域
[0003] 本发明设及碱±金属侣酸盐尖晶石及其制备方法和用途。
[0004] B.相关技术说明 阳0化]高表面积化SA)材料用于广泛的化学过程。HSA材料通常通过生产小的多孔材料 制成。运些多孔材料例如可W通过从溶液中沉淀来制备。
[0006] 举例来说，已发现热稳定的、高表面积介孔材料可适用于催化、分离、吸着、传感和 燃料电池。在一种技术中，可W通过在作为模板剂的表面活性的存在下从溶液中沉淀来合 成HSA介孔材料。尽管合成HSA金属氧化物是可实现的任务，但在高溫般烧后不容易维持 高表面积。理想地，工业应用中的HSA金属氧化物载体可W促进活性金属的高负载，伴随着 化学反应的转化频率灯0巧的相应增加。在活性增强的HSA材料上具有活性金属负载的催 化剂将是令人满意的，使得可W用更小的反应体积实现T0F值。
[0007] 虽然在HSA材料如尖晶石的领域中已经做出了重要的研究和发展，但是仍需要在 高溫般烧后可W保持其全部或大部分表面积的改进的材料。本公开的组合物和方法满足了 该需求和其他需求。
【发明内容】
[0008] 概括地说，本公开一般地设及碱±金属侣酸盐尖晶石及其制备方法和用途。
[0009] 在一个方面，本公开提供了用于制备碱±金属侣酸盐尖晶石的方法，所属方法包 括形成碱±金属盐、硝酸侣和聚丙締酷胺（本文中也称为PAA)的水溶液；将水溶液的抑调 节到约9. 5至约10. 5的值W形成沉淀；蒸煮沉淀；和最后般烷烃蒸煮的沉淀。
[0010] 在另一方面，本公开提供根据本文描述的方法制备的碱±金属侣酸盐尖晶石。
[0011] 在再一个方面，本文描述的用于制备碱±金属侣酸盐尖晶石的方法可W包括碱上 金属盐如巧盐、儀盐和领盐中的任何单种或组合。
[0012] W下讨论本发明的运些和其它优点。另外的优点会在随后的说明书中部分地陈 述，并部分地根据说明会是明显的，或可W通过下述方面的实践获知。会通过所附的权利要 求中特别指出的元素和组合实现和获得下述优点。应理解前面的一般描述和后面的详细描 述仅仅是示例性和解释性的，而并不表示是限制性的。
【附图说明】
[0013] 并入本说明书且构成本说明书一部分的附图示出下述的几个方面。
[0014] 图1示出根据本公开的各个方面的在800°C般烧的MgAl和MgAl/PAA样品的氮气 吸附/解吸等溫线。
[0015] 图2示出根据本公开的各个方面的在800°C般烧的CaAl和CaAl/PAA样品的氮气 吸附/解吸等溫线。
[0016] 图3示出根据本公开的各个方面的在800°C般烧的MgCaAl和MgCaAl/PAA样品的 氮气吸附/解吸等溫线。 阳017] 图4示出根据本公开的各个方面的使用BJH解吸方法获得的在800°C般烧的MgAl 和MgAl/PAA样品的孔径分布。
[0018] 图5示出根据本公开的各个方面的使用BJH解吸方法获得的在800°C般烧的CaAl 和CaAl/PAA样品的孔径分布。
[0019] 图6示出根据本公开的各个方面的使用BJH解吸方法得到的在800°C般烧的 MgCaAl和MgCaAl/PAA样品的孔径分布。
[0020] 图7详细说明根据本公开的各个方面的使用和不使用PAA合成的包含化和Mg的 碱±金属侣酸盐的六种不同样品的成物理吸附结果。
[0021] 图8示出根据本公开的各个方面的不使用PAA(Ca)和使用PAAKa-PAA)合成的 CaAl2〇4的X-射线衍射数据。 阳02引图9示出根据本公开的各个方面的不使用PAA(Mg)和使用PAA(Mg-PAA)合成的MgAl2〇4的X-射线衍射数据。 阳02引图10示出根据本公开的各个方面的不使用PAA(MgCa)和使用PAA(Mg化-PAA)合 成的MgCaAl2〇4的X-射线衍射数据。
[0024]图11示出根据本公开的各个方面的不使用PAA(A)和使用PAA做合成的CaAl2〇4 的扫描电镜图。 阳02引图12示出根据本公开的各个方面的不使用PAA (A)和使用PAA做合成的MgAl2〇4的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[00%] 在公开和描述本发明的化合物、组合物、制品、装置和/或方法之前，应理解下述 的方面不限于具体的合成方法，具体的实施例本身当然是可W变化的。还应理解本文所使 用的术语仅仅用于描述特定的方面，而不打算进行限制。
[0027] 公开了可W用于组合物和所公开的方法的产品、可W结合组合物和所公开的方法 的产品使用、可W用于制备组合物和所公开的方法的产品、或是组合物和所公开的方法的 产品的材料、化合物、组合物和组分。本文公开了运些和其他材料，但是应理解，当公开了运 些材料的组合、子集、相互作用、组等时，虽然可能没有明确公开每种不同个体和集体组合 和运些化合物的排列的具体引用，但是在本文中具体地设想和描述了每一种。例如，如果公 开和讨论了碱±金属盐并且讨论了对碱±金属盐所做的多种改变，则具体地设想了可能的 碱±金属盐及其组合的每种和全部的组合和排列，除非另有相反的说明。因此，如果公开 了碱±金属Ml、M2和M3W及一类阴离子A1和A2,并且公开了组合分子的实例M1A2,则即 使没有单独记载每一种，也单独和整体地设想了每一种。因此，在该实例中，具体设想了组 合]?141、]\1142、]\1241、]\1242、]\041和]\042中的每一种，并应视为由公开]\11、]\12、]\0、41和八2 W及实例组合M1A1中公开的。同样地，还具体地设想和公开了运些的任何子集、组合或混 合。该概念适用于本公开的所有方面，包括但不限于制作和使用所公开的组合物的方法的 步骤。因此，如果有可w进行的多种另外的步骤，应理解运些另外的步骤中的每一个都可w与所公开的方法的任何具体的实施方案或实施方案的组合一起进行，并且每一运种组合都 被具体地设想并应被视为公开了。
[0028]必须指出，如本说明书和所附的权利要求中使用的，除非上下文明确指出，否则单 数形式包括复数个指称对象。
[0029]"任选的"或"任选地"指随后描述的事件或情况可W发生或可W不发生，并且说明 包括事件或情况发生的情形和事件或情况不发生的情形。
[0030] 范围在本文可W表示为从"约"一个特定值和/或至"约"另一个特定值。当表示 运种范围时，另一个方面包括从一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当数值表示为 近似值时，通过使用先行词"约"，会理解特定值形成另一个方面。还会理解每一个范围的端 点对于与另一个端点相关和与另一个端点无关的两种情况下都是重要的。
[0031] 除非另有相反的具体陈述，否则组分的重量是基于其中包含该组分的制剂或组合 物的总重量而言的。
[0032]如上简述的，本公开提供碱±金属侣酸盐尖晶石材料。在一个方面，运种尖晶石材 料可W用作各种化学反应的催化载体，例如在蒸气和二氧化碳重整过程中。本公开还提供 用于制备和使用运种尖晶石材料的方法。在一个方面，方法包括使用水溶性非离子聚合物 如聚丙締酷胺（PAA)作为模板剂W形成所得到的尖晶石材料。
[003引在一个方面，PPA已经用作操作如挤出已形成的尖晶石材料中的润滑剂，但是其通 常在干燥和/或般烧步骤中被烧掉。相比之下，本申请在较早的合成阶段中使用PAA作为 结构控制剂。在该方面，PAA可W作为模板剂和孔径调整剂。此外，如果用于运样的方面， 当挤出例如最终的尖晶石材料的丸粒时，不需要添加另外的润滑剂。
[0034] 在多个方面，金属氧化物的碱度对于C〇2吸附和抑制催化剂表面上的碳沉积会是 重要的。在一个方面，添加碱±金属如儀可W增强所得材料的碱度，从而改善对碳沉积的抑 审IJ。迄今为止，传统的碱±尖晶石材料遇到表面积低、热稳定性差、机械强度差和/或孔径 分布宽中的一个或更多个问题。
[0035] 在一个方面，本发明的碱±侣酸盐尖晶石材料可W表现出高表面积，甚至在例如 约800°C的高溫下般烧之后也是如此。
[0036] 一般来说，本公开的方法提供在水溶性非离子聚合物如PAA的存在下使一种或更 多种至少部分水溶性的碱±金属盐沉淀。然后可W蒸煮得到的浆料W提供具有通式MAI2O4 或M1M2AI2O4的高表面积单一或混合的碱上侣酸盐尖晶石，其中M包括领、巧或儀，其中MiMz 包括Mg化、M浊a或Ba化。
[0037] 在一个实施方案中，用于制备碱±侣酸盐尖晶石的方法包括：使碱±金属盐或其 溶液、硝酸侣和聚丙締酷胺接触W形成溶液；将溶液的抑调节到约9. 5至约10. 5的值W形 成沉淀；蒸煮沉淀；和般烷烃蒸煮的沉淀。
[00測碱±金属例如被、儀、觀锁、领和错作为阳离子通常具有+2电荷。如果带负电的 反荷离子是合适