DE2813904C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer mineralischen, porösen und permeablen Membran, bei dem
auf ein poröses und permeables Substrat eine Suspension aufgebracht,
getrocknet und auf 500 bis 1100°C erhitzt wird,
sowie die Verwendung einer nach diesem Verfahren hergestellten
Membran zur Isotopentrennung von Gasen, zur Filtration
und zur Ultrafiltration.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung dieser Art von
Membranen besteht darin, daß man auf einem porösen und
permeablen Substrat ausgehend von einer Suspension von Körnern
oder Agglomeraten von Körnern eines Pulvers in einer
Flüssigkeit ein oder mehrere aktive Schichten eines einfachen
oder gemischten Oxids aufbringt, danach trocknet,
komprimiert und die solchermaßen erhaltene Anordnung sintert.
Bei dieser bekannten Arbeitsweise ist eine Kompression
unumgänglich erforderlich. Diese Kompression ist notwendig,
um eine Reorganisation der auf dem Substrat aufgebrachten
Schicht(en) unter Bildung einer mikroporösen, homogenen
Struktur, die keine Makroporosität aufweist, zu erzielen und
um eine gute mechanische Festigkeit durch Erhöhung der
Kohäsion im Inneren der Schicht(en) und gegebenenfalls ihrer
Adhäsion auf dem Substrat zu erhalten.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht
darin, poröse und permeable Membranen zu schaffen, welche
gleich gute Eigenschaften aufweisen, wie die nach dem vorstehend
beschriebenen Verfahren, ohne daß eine Kompression
durchgeführt werden muß.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs
beschriebenen Art, bei dem als Suspension ein Gel verwandt
wird, das ein peptisiertes Aluminiumhydroxid enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es mineralische,
poröse, permeable Membranen auf einem porösen Substrat herzustellen,
wobei die angewandte Arbeitsweise bedeutend einfacher
ist als die vorstehend beschriebene und wobei es insbesondere
nicht erforderlich ist, die Schicht zu komprimieren.
Das verwendete Gel kann ein Aluminiumhydroxidgel oder
ein mit zusätzlich mindestens einem Gel gemischtes
Aluminiumhydroxidgel sein, das durch Pyrolyse in einen
Aluminiumspinell überführbar ist, wie ein Gel aus
Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid. Vorzugsweise
wird das peptisierte Aluminiumhydroxidgel oder das
gemischte Gel aus Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid
auf dem porösen, permeablen Substrat durch
Engobieren aufgebracht.
Die angewandte Technik des Engobierens erfolgt mittels
einer Suspension von festen Teilchen in einer Flüssigkeit,
die mit der Innen- und/oder der Außenwand eines
porösen Substrates in Kontakt gebracht wird. Dadurch
wird die gewünschte Schicht auf dem porösen Substrat
niedergeschlagen. Genauer gesagt, erfolgt dieses Inkontaktbringen,
indem das Substrat mit einem Behälter
in Verbindung gebracht wird, der diese Suspension der
festen Teilchen enthält. Der Behälter ist mit einer
deformierbaren Membran versehen, die es gestattet,
daß durch Flüssigkeitsdruck Änderungen des Volumens
im Inneren des Behälters erzeugt werden, die zu einem
Ansteigen und Abfallen der Suspension der festen Teilchen
längs des porösen Substrates führen.
Nach dem Trocknen der so erhaltenen Anordnung und nachfolgender
thermischer Behandlung zwischen 500 und 1100°C
erhält man eine mineralische, permeable Membran, die
eine dünne aktive Schicht auf einem porösen Substrat
aufweist. Die dünne Schicht ist mikroporös und homogen
und weist eine Dicke von einigen Mikron und eine poröse
Struktur von einigen 1,0 nm auf. Die Struktur wird je
nach der beabsichtigten Anwendung der Membran gewählt.
Das verwendete poröse und permeable Substrat soll auf
der Oberfläche, die die Gelschicht aufnimmt, eine poröse
Struktur mit Porenradien unterhalb 2 µm aufweisen.
Ferner sollen Unregelmäßigkeiten der Oberfläche unterhalb
einigen Mikron liegen. Dies um ein wesentliches
Eindringen des Gels in die Poren des Substrates und
die Bildung von Rissen oder makroporösen Fehlern zu
vermeiden. Ein solches Substrat mit guten mechanischen
Eigenschaften, hoher Permeabilität und zufriedenstellendem
Oberflächenzustand wird beispielsweise durch einen
groben Träger gebildet, der größeren Porenradius aufweist
(beispielsweise zwischen 4 und 20 µm) und der
mit einer dünnen Schicht von einigen 10 µm bedeckt ist,
die eine feinere Struktur aufweist (0,05 bis 2 µm) und
die aus Metall (beispielsweise Nickel) oder einem keramischen
Material (beispielsweise Aluminiumoxid)
bestehen kann.
Die Viskosität des verwendeten Gels wird zur Erzielung
einer geeigneten Benetzbarkeit des Substrates mit dem
Gel eingestellt. Das Einstellen der Viskosität kann
durch Änderung der Konzentration des Gels (durch Zugabe
eines Verdünnungsmittels oder während der Herstellung)
oder durch Zusatz eines Verdickungsmittels erfolgen.
Die Herstellung des Alumiumhydroxidgels kann beispielsweise
folgendermaßen durchgeführt werden:
Man geht von einem Aluminiumalkoholat aus, beispielsweise Aluminium-tert.-isobutylat oder Aluminiumisopropylat. Dieses Aluminiumalkoholat wird einer Hydrolyse mit einem großen Überschuß an Wasser (Mole H2O zu Molen Al 100) bei einer Temperatur von 80°C unterworfen. Danach wird das hydratisierte Aluminiumoxid, das auf diese Weise erhalten wurde, gleichfalls bei einer Temperatur von 80°C in Gegenwart einer starken Säure wie Salzsäure oder Perchlorsäure während einiger Stunden bis zu drei Tagen peptisiert. Man erhält ein peptisiertes transparentes Gel, das man auch als Sol (kolloidale Suspension) bezeichnen kann. Im Handel sind solche Aluminiumhydroxidsole (Boehmitsol) erhältlich. Die durch Eindampfen erreichte Konzentration des peptisierten Gels kann in Abhängigkeit von der auf dem porösen Substrat niederzuschlagenden Menge gewählt werden. Die maximale Gelkonzentration wird bei einem Verhältnis der Konzentration von starker Säure zu Alkoholat von 0,07 erreicht.
Man geht von einem Aluminiumalkoholat aus, beispielsweise Aluminium-tert.-isobutylat oder Aluminiumisopropylat. Dieses Aluminiumalkoholat wird einer Hydrolyse mit einem großen Überschuß an Wasser (Mole H2O zu Molen Al 100) bei einer Temperatur von 80°C unterworfen. Danach wird das hydratisierte Aluminiumoxid, das auf diese Weise erhalten wurde, gleichfalls bei einer Temperatur von 80°C in Gegenwart einer starken Säure wie Salzsäure oder Perchlorsäure während einiger Stunden bis zu drei Tagen peptisiert. Man erhält ein peptisiertes transparentes Gel, das man auch als Sol (kolloidale Suspension) bezeichnen kann. Im Handel sind solche Aluminiumhydroxidsole (Boehmitsol) erhältlich. Die durch Eindampfen erreichte Konzentration des peptisierten Gels kann in Abhängigkeit von der auf dem porösen Substrat niederzuschlagenden Menge gewählt werden. Die maximale Gelkonzentration wird bei einem Verhältnis der Konzentration von starker Säure zu Alkoholat von 0,07 erreicht.
Die Ablagerung des peptisierten Aluminiumhydroxidgels
auf einem porösen Substrat mit den vorstehend genannten
Eigenschaften erfolgt beispielsweise mittels Engobieren.
Die erhaltene Anordnung wird dann bei mäßiger
Temperatur getrocknet und danach einer thermischen
Behandlung bei einer Temperatur zwischen 500 und 1100°C
unterworfen. Die thermische Behandlung hat einen doppelten
Zweck. Zum einen wird das Aluminiumhydroxid Al(OH)3
zu kristallisiertem Aluminiumoxid Al2O3 überführt, wozu
eine Mindesttemperatur von 500°C erforderlich ist.
Ferner werden je nach Anwendungszweck die Porenabmessungen
beim Sintern in Abhängigkeit von der Temperatur im
Bereich zwischen 500 und 1100°C eingestellt. Beim Sintern
bei einer Temperatur von 500°C während einer Stunde
wird eine mikroporöse Schicht mit einer gamma-
Aluminiumoxidstruktur mit einem mittleren Porenradius von
2,0 nm erhalten. Bei einer Temperatur von 850°C während
einer Stunde erhält man eine mikroporöse gamma-
Aluminiumoxidschicht mit mittlerem Porenradius von
4,0 nm. Die Porosität liegt bei 62 bis 65%.
Die Permeabilität bezüglich Stickstoff der solchermaßen
erhaltenen Membran kann zwischen 15 und
225·10-7 Mol/mbar/cm2/min in Abhängigkeit von der
Dicke der mikroporösen Schicht zwischen 15 und 2 µm
variieren.
Die Herstellung des gemischten Hydroxidgels kann durch
Hydrolyse eines Aluminiumalkoholats und nachfolgender
Zugabe des gewünschten Metallsalzes erfolgen. Das Metall,
das in der Lage ist, mit dem Aluminium eine
Spinellstruktur zu bilden, kann beispielsweise Magnesium,
Kobalt, Kupfer, Eisen, Mangan oder Nickel sein. Im Fall
von Magnesium kann beispielsweise ein Acetat, ein Isopropylat
oder ein Perchlorat des Magnesiums zugegeben werden,
vorzugsweise gelöst in Wasser. Die Menge an Magnesium wird
so gewählt, daß man nach dem Brennen über 800°C einen
Spinell der Formel n Al2O3·MgO, wobei n größer oder gleich 1
ist, erhält. Anschließend wird in Gegenwart einer starken
Säure, wie Salzsäure oder Perchlorsäure, während einiger
Stunden bis zu drei Tagen peptisiert. Nach dem Abdampfen
der erhaltenen kolloidalen Suspension, um diese zu konzentrieren,
erhält man ein gemischtes Hydroxidsol, das
man durch ein Filter mit Poren von 0,4 µm filtrieren
kann, um eine gute Homogenität sicherzustellen. Man kann
die Peptisation des Aluminiumhydroxids auch vor Zugabe
des Metallsalzes durchführen.
Nach dem Einstellen der Viskosität des Geles wird es
beispielsweise durch Engobieren auf dem vorstehend beschriebenen
porösen und permeablen Substrat aufgebracht.
Die Anordnung wird dann bei mäßiger Temperatur getrocknet
und anschließend bei einer Temperatur oberhalb 800°C
und bis zu 1100°C gebrannt. Die thermische Behandlung
dient zwei Zwecken. Zum einen wird dadurch die Überführung
des gemischten Hydroxids in das gemischte Oxid
mit Spinellstruktur erreicht, wozu eine Temperatur von
mindestens 800°C erforderlich ist. Zum anderen werden
durch die thermische Behandlung je nach dem beabsichtigten
Anwendungszweck die Abmessungen der Poren eingestellt,
und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur
im Bereich zwischen 800 und 1100°C.
Bei einer Brenntemperatur von 850°C während einer
Stunde weist die erhaltene mikroporöse Schicht eine
homogene Spinellstruktur auf und hat einen mittleren
Porenradius von 4,0 nm. Bei einer Brenntemperatur
von 1000°C während einer Stunde beträgt der mittlere
Porenradius 5,0 nm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann man auf der fertiggestellten
Membran eine zweite Schicht des peptisierten Gels aufbringen.
Dadurch werden gegebenenfalls auftretende
Mängel aufgrund einer fehlerhaften Benetzung während
des Aufbringes der ersten Schicht ausgeglichen.
Außerdem werden gegebenenfalls beim Brennen der
ersten Schicht auftretende Risse ausgefüllt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen
näher erläutert.
Es wurde eine mineralische, permeable Membran durch
Aufbringen einer einzigen Schicht eines peptisierten
gemischten Gels aus Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid
entsprechend einem Verhältnis Al/Mg = 6 auf
ein poröses und permeables Substrat hergestellt. Dies
wurde in folgender Weise ausgeführt.
Es wurde von einem Boehmitsol, nämlich einer Suspension
in Wasser mit 30 g Oxid je 1 ausgegangen.
Diese Lösung wurde auf 150% mit permutiertem und dann
destilliertem Wasser verdünnt. Zur Lösung wurde dann
eine wäßrige Magnesiumacetatlösung zugegeben, wobei
auf 40 Teile Boehmitsol 10 Teile einer Magnesiumacetatlösung
mit 81 g/l eingesetzt wurden.
Es wurden zwei poröse Substrate a und b in Form von
Rohren aus α-Aluminiumoxid verwendet. Sie wiesen auf
ihrer inneren Oberfläche eine Schicht mit einem mittleren
Porenradius von 0,4 µm bzw. 0,6 µm auf (diese Schicht
befand sich auf dem Träger, der einen Porenradius von
6 µm hat). Diesen Radien entspricht ein bulloskopischer
Durchgang mit einer Durchtrittsleistung an Luft von
120·10-3 Mol/min von 600 mbar bzw. 490 mbar, was einer
Fehlmenge von oberhalb 0,8 µm bzw. 0,96 µm entspricht.
Das Gel wurde durch Engobieren auf der inneren Oberfläche
des Substrates aufgebracht. Die Anordnung wurde
dann 15 h bei Raumtemperatur und feuchter Atomsphäre
von 60% getrocknet. Anschließend wurde sie bei
850°C eine Stunde gebrannt. Auf diese Weise wurde
eine Membran erhalten, die eine Schicht mit Spinellstruktur
3 Al2O3·MgO aufwies und die die in Tabelle I
angegebenen Eigenschaften hatte.
Es wurde eine mineralische, permeable Membran durch Aufbringen
einer einzigen Schicht eines peptisierten gemischten
Gels aus Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid
auf ein poröses und permeables Substrat hergestellt.
Es wurde ein Boehmitsol entsprechend Beispiel 1 verwendet,
der durch ein Filter mit Poren von 0,4 µm filtriert
wurde. Dieses Sol wurde dann mit 100% Wasser und 50%
Alkohol verdünnt. Anschließend wurde eine wäßrige
Magnesiumacetatlösung zugegeben, wobei auf 40 Teile
Boehmitsol 10 Teile einer Magnesiumacetatlösung mit
81 g/l eingesetzt wurden.
Das verwendete poröse Substrat entsprach dem Substrat
a des Beispiels 1.
Das erhaltene peptisierte gemischte Gel wurde durch
Engobieren auf der inneren Oberfläche des Trägers bei
Raumtemperatur aufgebracht.
Anschließend wurde die Anordnung 15 h bei Raumtemperatur
in feuchter Atmosphäre von 60% getrocknet und danach
eine Stunde bei 850°C gebrannt.
In Tabelle II sind die Eigenschaften der Membran, die
eine homogene Spinellstruktur 3 Al2O3·MgO zeigte,
zusammengefaßt.
Die erhaltene Membran wurde zur Anreicherung durch Gasdiffusion
einer natürlichen Mischung von Argon 36 und
Argon 40 verwendet. Sie zeigte ein Trennvermögen zwischen
0,749 und 0,722.
Es wurde eine mineralische permeable Membran mit
Spinellstruktur 3 Al2O3·MgO durch Ablagerung von zwei
Schichten eines peptisierten Gels auf einem porösen
Substrat hergestellt.
Es wurde die gemäß Beispiel 2 hergestellte Membran
eingesetzt und darauf eine zweite Schicht des gleichen
peptisierten Gels entsprechend der in Beispiel 2
beschriebenen Arbeitsweise aufgebracht. Diese
Schicht wurde dann entsprechend Beispiel 2 getrocknet
und gebrannt.
In der nachstehenden Tabelle III sind die Eigenschaften
der so erhaltenen Membran zusammengestellt.
Ein Vergleich der Werte der Tabelle III mit jenen der
Tabelle II zeigt, daß eine Membran mit zwei Schichten
weniger durchlässig ist jedoch ein höheres Trennvermögen
bezüglich einer Argonmischung aufweist.
Es wurde eine mineralische permeable Membran mit Spinellstruktur
3 Al2O3·MgO durch Aufbringen einer einzigen
Schicht eines peptisierten Gels auf einem porösen Substrat
hergestellt.
Es wurde ein Boehmitsol entsprechend den Beispielen 1
bis 3 verwendet, das durch einen Filter mit Poren von
0,4 µm filtriert wurde. Das Sol wurde mit 75% Wasser
verdünnt. Danach wurde ein organisches Bindemittel,
nämlich Polyvinylalkohol, in einer Menge von 20 bis
30 Gew.-% bezogen auf Aluminiumoxid zugegeben. Danach
wurde eine wäßrige Magnesiumacetatlösung mit 81 g/l
zugegeben, wobei auf 40 Teile Boehmitsol 10 Teile
Magnesiumacetat eingesetzt wurden. Das peptisierte Gel
wurde in Gegenwart von Butanol unter Vakuum entgast.
Als poröses Substrat wurde jenes des Typs a des
Beispiels 1 eingesetzt.
Das peptisierte Gel wurde durch Engobieren bei Raumtemperatur
auf der inneren Oberfläche des Substrats
aufgebracht.
Die erhaltene Struktur wurde in einem Ofen 3 h bei 80°C
getrocknet und anschließend gebrannt, wobei bis 600°C
die Temperatur um 25°C je Stunde erhöht wurde, um das
organische Bindemittel zu entfernen, und dann die
Temperaturerhöhung bis 850°C 100°C/h betrug und eine Stunde
bei 850°C gehalten wurde.
Die Eigenschaften der erhaltenen Membran mit Spinellstruktur
3 Al2O3·MgO sind in Tabelle IV
zusammengefaßt.
Es ist ersichtlich, daß bei dieser Arbeitsweise, bei
der zusätzlich ein organisches Bindemittel eingesetzt
wird, eine dickere Schicht erhalten wird, d. h. eine
solche, die weniger durchlässig ist als jene der
vorhergehenden Beispiele.
Es wurde eine mineralische permeable Membran mit Spinellstruktur
6 Al2O3·MgO durch Aufbringen einer einzigen
Schicht eines peptisierten Gels auf einem porösen Substrat
hergestellt.
Es wurde ein Boehmitsol entsprechend jenem der Beispiele 1
bis 3 verwendet, das durch einen Filter mit mittleren
Porenabmessungen von 0,4 µm filtriert wurde. Danach
wurde das Sol mit 50% Wasser verdünnt. Dann wurde eine
wäßrige Magnesiumacetatlösung mit 81 g/l zugegeben, wobei
auf 80 Teile Boehmitsol 10 Teile Magnesiumacetat
eingesetzt wurden. Das Gel wurde dann bei Anwesenheit
von Butanol unter Vakuum entgast.
Das eingesetzte Substrat entsprach dem Typ a des
Beispiels 1.
Das peptisierte Gel wurde auf der inneren Oberfläche
des Substrates bei Raumtemperatur durch Engobieren
aufgebracht. Die Struktur wurde dann bei Raumtemperatur
12 h getrocknet und eine Stunde bei 850°C gebrannt,
wobei die Temperatur um 100°C/h erhöht
wurde.
In der nachstehenden Tabelle V sind die Eigenschaften
der erhaltenen Membran mit homogener Spinellstruktur
6 Al2O3·MgO zusammengestellt.
Permeabilität bezüglich Stickstoff (10-7 Mol/mbar/cm²/min) |
Permeatrischer Durchmesser der Schicht |
90|6,0 nm |
Dieses Beispiel zeigt, daß bei Zugabe einer geringeren
Menge an Magnesiumacetat ein Aluminiumspinell n Al2O3·MgO
erhalten wird, wobei n größer als 3 ist.
Es wurde eine mineralische permeable Membran durch Aufbringen
einer einzigen Schicht aus peptisiertem Gel
bestehend aus einer Hydroxidmischung von Aluminium und
Magnesium auf ein poröses und permeables Substrat
hergestellt.
Boehmitsol entsprechend der vorstehenden Beispiele wurde
durch ein Filter mit mittleren Porenabmessungen von 0,4 µm
filtriert. Anschließend wurde mit 100% Wasser und 50%
Alkohol verdünnt. Danach wurde eine wäßrige Magnesiumacetatlösung
mit 81 g/l zugegeben, wobei auf 40 Teile
Boehmitsol 10 Teile Magnesiumacetat eingesetzt wurden.
Danach wurde bei Anwesenheit von Butanol unter Vakuum
entgast.
Das verwendete rohrförmige Substrat aus Aluminiumoxid
wies eine innere Oberfläche mit mittleren Porenradien
von 50,0 nm auf.
Das Sol wurde auf der inneren Oberfläche des Substrates
bei Raumtemperatur durch Engobieren aufgebracht. Die
solchermaßen erhaltene Anordnung wurde 12 h bei Raumtemperatur
mit Luft getrocknet und anschließend eine
Stunde bei 850°C gebrannt, wobei die Temperatur um
100°C/h erhöht wurde.
In der nachstehenden Tabelle VI sind die Eigenschaften
der erhaltenen Membran zusammengestellt.
Es wurde eine mineralische permeable Membran durch Aufbringen
einer einzigen Schicht eines peptisierten
Aluminiumhydroxidgels auf einem porösen Substrat
hergestellt.
Ein Boehmitsol mit 70 g/l wurde durch ein Filter mit
Porenabmessungen von 3 µm filtriert. Danach wurde das
Gel durch Abdampfen des Wassers konzentriert bis eine
Konzentration zwischen 150 und 250 g/l erhalten wurde.
Die Viskosität der konzentrierten Lösung lag zwischen
150 und 200 mPa · s. Danach wurde in Gegenwart von Butanol
unter Vakuum entgast.
Der eingesetzte poröse rohrförmige Träger bestand aus
α-Aluminiumoxid und wies eine innere Oberfläche mit
einem mittleren Porenradius von 0,4 µm auf.
Auf der inneren Oberfläche des Trägers wurde das
konzentrierte Sol durch Engobieren bei Raumtemperatur
aufgebracht.
Die Anordnung wurde dann bei Raumbedingungen während
12 h mit Luft getrocknet und anschließend bei 600°C
gebrannt, wobei die Temperatur um 100°C/h erhöht wurde.
Danach wurde eine weitere Stunde bei 600°C gebrannt.
In der nachstehenden Tabelle VII sind die Eigenschaften
der erhaltenen Membran mit γ-Aluminiumoxidstruktur
zusammengestellt.
Es wurde ein Sol unter Verwendung von Magnesiumperchlorat
als Magnesiumsalz hergestellt. Zum Peptisieren wurde Salzsäure
oder Perchlorsäure verwendet.
Es wurde von einem sekundären Aluminiumbutylat, das in
einem Reaktor mit einem großen Überschuß an Wasser
(100 Mole H2O je Mol Alkoholat) während etwa 2 h hydrolysiert
wurde, ausgegangen.
Die Menge an zugesetztem Magnesiumperchlorat wurde so
gewählt, daß das molare Verhältnis von Al zu Mg 6 betrug.
Anschließend wurde unter Rückflußbedingungen peptisiert,
und zwar entweder in Gegenwart von Salzsäure mit Konzentrationen
an Salzsäure zwischen 0,09 und 0,15 (Mole HCl/Mole
Alkoholat) oder bei Anwesenheit von Perchlorsäure
mit Konzentrationen an Perchlorsäure zwischen 0,09 und
0,20 (Mole HClO4/Mole Alkoholat).
Die Peptisierungszeit variierte zwischen 2 h und 4 Tagen.
Es zeigte sich, daß die Lösung nach einigen Stunden
durchsichtig wurde.
In allen Fällen wurde eine Spinellstruktur 3 Al2O3·MgO
erhalten, wobei die Brenntemperatur während einer Stunde
zwischen 850 und 1000°C variiert wurde.
In der nachstehenden Tabelle VIII sind die Strukturen der
erhaltenen Proben gemessen nach der Methode BJH (Barret,
Joyner, Halenda; JACS 73, 373 (1951)) zusammengestellt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nach der thermischen
Behandlung mikroporöse Schichten, die sehr fest
an dem Substrat haften, erhalten. Sie zeigen keine Heterogenitäten,
weder in der Dicke nocht bezüglich der Durchlässigkeit.
Sie zeigen ferner keine Risse oder Makroporen.
Je nach Brenntemperatur und Brennzeit ist es möglich, sehr
homogene Porenradien zwischen 2,0 und 50,0 nm zu erreichen.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen mineralischen
permeablen Membranen können in Abhängigkeit von
ihren Permeabilitätseigenschaften und ihrem mittleren
Porenradius in verschiedener Weise eingesetzt werden.
Vorzugsweise werden Membranen mit Permeabilitäten zwischen
15,0 und 45,0 · 10-7 Mol/mbar/cm²/min in Verbindung
mit mittleren Porenradien unter 5,0 nm zur Gastrennung
oder Isotopengastrennung verwendet. Membranen mit
hohen Permeabilitäten bis zu 300 · 10-7 Mol/mbar/cm2/min
in Verbindung mit mittleren Porenradien zwischen 5,0 und
20,0 nm eignen sich für die Ultrafiltration oder die
Filtration im allgemeinen.
Claims (16)
1. Verfahren zur Herstellung einer mineralischen,
porösen, permeablen Membran, bei dem auf ein poröses und
permeables Substrat eine Suspension aufgebracht, getrocknet
und auf 500 bis 1100°C erhitzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Suspension ein Gel verwendet wird, das ein peptisiertes
Aluminiumhydroxid enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Gel verwendet wird, das aus Aluminiumhydroxidgel besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Gel eine Mischung aus einem Aluminiumhydroxidgel und
zusätzlich mindestens einem Gel verwendet wird, das durch
Pyrolyse in einen Aluminiumspinell überführt werden kann.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
als zusätzliches Gel Magnesiumhydroxidgel verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein durch Hydrolyse von Aluminiumalkoholat und anschließende
Peptisierung in Gegenwart von Salzsäure und/oder
Perchlorsäure hergestelltes Aluminiumhydroxidgel verwendet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine durch Hydrolyse eines Aluminiumalkoholats, Zugabe
eines Salzes eines Metalls, ausgewählt aus Magnesium, Kobalt,
Kupfer, Eisen, Mangan und Nickel und nachfolgende
Peptisierung in Gegenwart von Salzsäure und/oder Perchlorsäure
hergestellte Mischung verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine durch Hydrolyse eines Aluminiumalkoholats, Peptisierung
in Gegenwart von Salzsäure und/oder Perchlorsäure
und Zugabe eines Salzes eines Metalls ausgewählt aus
Magnesium, Kobalt, Kupfer, Eisen, Mangan oder Nickel hergestellte
Mischung verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Magnesiumsalz Magnesiumacetat verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Magnesiumsalz Magnesiumperchlorat verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Substrat verwendet wird, dessen Oberfläche einen Porenradius
von weniger als 2 µm aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Substrat verwendet wird, das aus einem Träger, der
Poren mit einem Radius zwischen 4 und 20 µm aufweist, besteht
und der eine dünne Schicht mit einem Porenradius
zwischen 0,05 und 2 µm trägt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein aus einem keramischen Material bestehendes Substrat verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
aus aus α-Aluminiumoxid bestehendes Substrat verwendet
wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein aus einem Metall bestehendes Substrat verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gelschicht mittels Engobieren aufgebracht wird.
16. Verwendung einer nach dem Verfahren gemäß den
Ansprüchen 1 bis 15 hergestellten Membran zur Isotopentrennung
von Gasen, zur Filtration und zur Ultrafiltration.
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