METODOS PARA FABRICAR MATERIALES ZEOLICOS MESOESTRUCTURADOS.

Una cantidad de disolución suficiente para disolver una sustancia que controla el pH y/o disolver sustancialmente un surfactante sin un exceso sustancial de disolución se controla bajo un conjunto de condiciones de tiempo y de temperatura para transformar un material inorgánico que tiene cristalinidad completa en una mesoestructura que tiene cristalinidad completa.

El método emplea condiciones concentradas que tienen una consistencia similar a una suspensión espesa. La viabilidad económica del escalado de tales métodos en suspensión espesa es mejorada con relación a los métodos más diluidos de la técnica anterior de transformar un material inorgánico en una mesoestructura

Métodos para fabricar materiales zeolíticos mesoestructurados.

Campo de la invención

La invención se refiere en general a métodos para fabricar una mesoestructura a una escala adecuada para la producción comercial.

Antecedentes de la invención

Se han descrito métodos para fabricar zeolitas mesoestructuradas que tienen amplia cristalinidad, también descrita como cristalinidad completa. Según tales métodos anteriores, un material inorgánico completamente cristalino se expone a un medio de pH controlado y a un surfactante en presencia de una cantidad de disolución adecuada para suspender sustancialmente la zeolita en la disolución. La suspensión de zeolita se pone bajo condiciones de tiempo y de temperatura para formar una pluralidad de mesoporos que tienen una sección transversal controlada dentro del material inorgánico completamente cristalino.

Los equipos (por ejemplo, recipientes de procesado) que pueden emplearse para producir mesoestructuras para la producción comercial (es decir, la producción en masa) tienen una capacidad limitada. Así, el escalado para la producción industrial de mesoestructuras puede estar limitado por la cantidad de disolución requerida para hacer la transformación de un material inorgánico a una mesoestructura (es decir, los recipientes de procesado tienen una capacidad limitada de almacenamiento). El éxito del escalado para la producción en masa de métodos que suspenden la zeolita en una cantidad de disolución está limitado debido, en parte, a la cantidad de disolución. Por ejemplo, la cantidad de disolución que pone en suspensión al material inorgánico limita la cantidad de mesoestructura que puede producirse durante la producción mediante, por ejemplo, procedimientos de producción discontinuos. Según el escalado de tales métodos, la cantidad de material mesoestructurado que puede fabricarse está limitada por la puede fabricarse está limitada por la capacidad del recipiente (por ejemplo, un recipiente cerrado A). Por ejemplo, la cantidad de disolución que es necesaria para suspender sustancialmente al material zeolítico limita la cantidad de zeolita utilizada como materia prima a convertir que se introducirá en el recipiente cerrado A. Con el fin de mejorar la capacidad de producción, puede construirse una fábrica de mayor tamaño que incluya recipientes más grandes; sin embargo, una fábrica de mayor tamaño, el tiempo requerido para construir una nueva fábrica y los costes asociados son prohibitivos. Por tanto, la viabilidad económica potencial de escalar métodos que requieran la suspensión de la zeolita en una disolución está limitada.

Sumario de la invención

Sorprendentemente, según un método mejorado de fabricación de una mesoestructura, se ha descubierto que se pueden emplear juntos una sustancia que controle el pH y/o un surfactante con una menor cantidad de disolución. La menor cantidad de disolución es una cantidad significativamente menor, por ejemplo, un orden de magnitud menor que la previamente usada y que se creía era la que se requería para fabricar una mesoestructura. Específicamente, para realizar la transformación de un material inorgánico que tiene cristalinidad completa a una mesoestructura que tiene cristalinidad completa puede emplearse sólo una cantidad de disolución suficiente para disolver la sustancia que controla el pH y/o disolver sustancialmente el surfactante sin un exceso sustancial de disolución. El método mejorado proporciona una mesoestructura, que tiene las características deseadas de las mesoestructuras producidas por la técnica anterior, formadas por métodos que emplean una cantidad de disolución adecuada para suspender el material inorgánico materia prima que tiene cristalinidad completa. Así, la sustancia que controla el pH y/o el surfactante están en una mayor concentración con relación a los métodos descritos por la técnica anterior, debido a que se emplea una menor cantidad de disolución.

Según el método mejorado, la cantidad de disolución que se emplea es una cantidad de disolución necesaria para disolver y/o disolver sustancialmente los ingredientes requeridos sin un exceso sustancial de disolución. En una realización, la cantidad de disolución que se requiere es la cantidad necesaria para proporcionar condiciones hidrotérmicas bajo, por ejemplo, presión hidrotérmica. Por ejemplo, la cantidad de disolución que se proporciona es suficiente para llevarla a ebullición en las condiciones de tiempo y de temperatura empleadas según el método (por ejemplo, en un recipiente cerrado). La cantidad de disolución que se requiere es suficiente para disolver la sustancia que controla el pH y/o disolver sustancialmente el surfactante sin un exceso sustancial de disolución. Las condiciones de tiempo y de temperatura empleadas se seleccionan para introducir en el material inorgánico, una pluralidad de mesoporos. Según el método mejorado, el material inorgánico materia prima que tiene cristalinidad completa se expone a reactivos químicos concentrados (por ejemplo, una cantidad de disolución suficiente para disolver una sustancia que controla el pH y/o disolver al menos parcial o sustancialmente un surfactante) que tienen una consistencia similar a y pueden describirse como una suspensión espesa o un gel espeso. Los métodos de la técnica anterior para fabricar mesoestructuras que tengan cristalinidad completa suspenden el material inorgánico que tiene cristalinidad completa en reactivos químicos diluidos (por ejemplo, una suspensión de un medio que controla el pH y un surfactante) que tienen una consistencia similar a y pueden describirse como una suspensión diluida.

La menor cantidad de disolución requerida permite un aumento de la cantidad de zeolita utilizada como materia prima que puede transformarse en una mesoestructura dentro del recipiente, por ejemplo el recipiente cerrado A. Así, en un procedimiento, por ejemplo, en un procedimiento discontinuo, la cantidad de mesoestructura que se fabrica en un recipiente cerrado A en condiciones de suspensión espesa se acrecienta con relación a los métodos con suspensiones diluidas más diluidas. El método mejorado de fabricar una mesoestructura permite que se emplee el equipamiento de procesado disponible, ahorrando de este modo tiempo y los costes asociados requeridos para construir nuevo equipamiento y/o instalaciones de procesado.

En un aspecto, la invención se refiere a un método para fabricar una mesoestructura. El método incluye exponer un material inorgánico que tiene cristalinidad completa a una disolución que incluye una sustancia que controla el pH y un surfactante, y añadir una cantidad de un disolución suficiente para disolver la sustancia que controla el pH sin un exceso sustancial de disolución. El método incluye controlar la exposición del material inorgánico a la sustancia que controla el pH y controlar la adición de la cantidad de disolución suficiente para disolver la sustancia que controla el pH bajo un conjunto de condiciones de tiempo y de temperatura para introducir, en el material inorgánico, una pluralidad de mesoporos que tengan una sección transversal controlada que formen una mesoestructura que tiene cristalinidad completa.

En una realización, el material inorgánico es expuesto simultáneamente a la sustancia que controla el pH y al surfactante. En otra realización, el material inorgánico es expuesto secuencialmente a la sustancia que controla el pH y al surfactante, dando como resultado la disolución que incluye la sustancia que controla el pH y el surfactante.

En una realización del método, el material inorgánico que tiene cristalinidad completa se expone a una sustancia que controla el pH y a un surfactante. Se añade una cantidad de una disolución suficiente para disolver la sustancia que controla el pH y disolver sustancialmente el surfactante sin un exceso sustancial de disolución. El método incluye controlar la exposición del material inorgánico a la sustancia que controla el pH y el surfactante, y controlar la adición de la cantidad de disolución suficiente para disolver la sustancia que controla el pH y disolver sustancialmente el surfactante sin un exceso sustancial de disolución bajo un conjunto de condiciones de tiempo y de temperatura para introducir, en el material inorgánico, una pluralidad de mesoporos que tengan una sección transversal controlada que formen una mesoestructura que tiene cristalinidad completa.

En una realización, la relación de la disolución al material inorgánico varía de aproximadamente 10 ml/g a aproximadamente 0,1 ml/g (es decir, de aproximadamente 10 mL de la disolución a 1 gramo de material inorgánico hasta aproximadamente...

1. Un método para fabricar una mesoestructura, que comprende:

exponer un material inorgánico que tiene cristalinidad completa a una disolución que comprende una sustancia que controla el pH y a un surfactante bajo condiciones de tiempo y temperatura suficientes para introducir, en dicho material inorgánico, una pluralidad de mesoporos que tienen una sección transversal controlada formando una mesoestructura que tiene cristalinidad completa, en el que la cantidad de dicha disolución es suficiente para disolver dicha sustancia que controla el pH y disolver sustancialmente dicho surfactante sin un exceso sustancial de disolución.

2. El método según la reivindicación 1, en el que la relación de dicha disolución a dicho material inorgánico varía de aproximadamente 10 ml/g a aproximadamente 0,1 ml/g.

3. El método según la reivindicación 1, en el que dicha cantidad de dicha disolución produce una presión autógena en un recipiente cerrado bajo dichas condiciones de tiempo y temperatura.

4. El método según la reivindicación 1, en el que dicha disolución es una disolución acuosa.

5. El método según la reivindicación 1, en el que dicha disolución y dichas condiciones de tiempo y temperatura producen una mesoestructura que tiene sustancialmente la misma estabilidad hidrotérmica que dicho material inorgánico.

6. El método según la reivindicación 5, en el que la estabilidad hidrotérmica de dicho material inorgánico es sustancialmente la misma tal como se mide comparando una propiedad de dicho material inorgánico antes de su exposición a vapor de agua con dicha propiedad de dicho material inorgánico tras su exposición a vapor de agua, y la estabilidad hidrotérmica de dicha mesoestructura se mide comparando dicha propiedad de dicha mesoestructura antes de su exposición a vapor de agua con dicha propiedad de dicha mesoestructura tras su exposición a vapor de agua.

7. El método según la reivindicación 1, en el que dicha sustancia que controla el pH es una base.

8. El método según la reivindicación 1, en el que dicho material inorgánico es expuesto simultáneamente a dicha sustancia que controla el pH y a dicho surfactante.

9. El método según la reivindicación 1, en el que dicho material inorgánico es expuesto secuencialmente a dicha sustancia que controla el pH y a dicho surfactante, dando como resultado dicha disolución que comprende dicha sustancia que controla el pH y dicho surfactante.

10. Una mesoestructura producida por el método de la reivindicación 1.

11. La mesoestructura según la reivindicación 10, en la que dicha pluralidad de mesoporos tienen un volumen de poros y dicho volumen de poros está controlado.

12. La mesoestructura según la reivindicación 11, en la que dicho volumen de poros es de aproximadamente 0,05 cm³/g a aproximadamente 2 cm³/g.

13. La mesoestructura según la reivindicación 12, en la que dicha sección transversal controlada tiene un diámetro que varía de aproximadamente 2 nm a aproximadamente 60 nm.

14. La mesoestructura según la reivindicación 10, en la que dicha sección transversal controlada tiene un diámetro y dicho diámetro tiene un intervalo de distribución controlado.

15. La mesoestructura según la reivindicación 10, en la que dicha pluralidad de mesoporos tiene una disposición de poros y dicha disposición de poros está controlada.

16. La mesoestructura según la reivindicación 10, en la que dicha pluralidad de mesoporos tiene una disposición de poros y dicha disposición de poros está organizada.

17. La mesoestructura según la reivindicación 10, en la que el espesor de pared entre mesoporos adyacentes es de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 50 nm.

18. La mesoestructura según la reivindicación 10, en la que dicha mesoestructura tiene una red cristalina de composición química sustancialmente igual que la red cristalina de composición química de dicho material inorgánico antes de introducir dicha pluralidad de mesoporos.

19. La mesoestructura según la reivindicación 10, en la que dicha mesoestructura tiene una conectividad sustancialmente igual que la conectividad de dicho material inorgánico antes de introducir la pluralidad de mesoporos.

20. La mesoestructura según la reivindicación 10, en la que dicho material inorgánico es una zeolita y dicha mesoestructura tiene una relación de aluminio tetracoordinado/aluminio octacoordinado sustancialmente igual que la relación de aluminio tetracoordinado/aluminio octacoordinado de dicha zeolita antes de introducir dicha pluralidad de mesoporos.

21. La mesoestructura según la reivindicación 10, en la que dicha mesoestructura tiene una celda unidad del cristal sustancialmente igual que la celda unidad del cristal de dicho material inorgánico antes de introducir la pluralidad de mesoporos.