用于選擇性去除硅氧烷的過濾材料制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及用于從氣體中選擇性去除硅氧烷的過濾材料，其中所述過濾材料包含鈦化合物，所述鈦化合物為有機(jī)鈦酸酯和/或可通過有機(jī)鈦酸酯的水解獲得的化合物。本發(fā)明專利技術(shù)還涉及制備所述過濾材料的方法、所述過濾材料用于從氣體中選擇性去除硅氧烷的用途以及包含所述過濾材料的氣體傳感器。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】本專利技術(shù)涉及用于從氣體中選擇性去除硅氧烷的過濾材料。本專利技術(shù)還涉及制備所述過濾材料的方法、所述過濾材料用于從氣體中選擇性去除硅氧烷的用途以及包含所述過濾材料的氣體傳感器。硅氧烷是有機(jī)硅化合物中一個(gè)普遍種類。它們是其中相鄰的硅原子通過氧原子橋接并通常具有通式R13Si-O-[SiR12O]n-SiR13的低聚或聚合化合物，其中R1獨(dú)立地為氫或烷基。這類硅氧烷的典型代表為六甲基二硅氧烷（HMDS）。它們多樣的應(yīng)用可能性和非毒性導(dǎo)致硅氧烷日益廣泛的遍及。它們例如用作染料、漆料、化妝品、膠粘劑、浸漬劑和絕緣材料和建筑材料的成分以及用作塑料加工中的助劑，其中由于硅氧烷的高蒸氣壓，在環(huán)境氣氛中通常達(dá)到若干ppb至ppm范圍的硅氧烷濃度。此外，硅氧烷以上述濃度例如還作為伴生氣體存在于生物氣、沼氣和填埋氣中。如果硅氧烷參與燃燒過程，則在此產(chǎn)生二氧化硅。硅氧烷向二氧化硅的轉(zhuǎn)化及其隨后作為固體的沉積可引起對(duì)技術(shù)設(shè)備和測(cè)量?jī)x器的嚴(yán)重?fù)p壞。例如，在通過燃燒用于獲得能量的生物氣和沼氣中存在的硅氧烷由于轉(zhuǎn)化為二氧化硅和由此得到的沉積物而導(dǎo)致對(duì)內(nèi)燃機(jī)的損壞。因此，生物氣必須通過復(fù)雜的處理使其不含硅氧烷（M.Ajhar等人,BioresourceTechnology2010,101,2913-2923）。甚至在根據(jù)熱效應(yīng)原理的氣體傳感器或所謂的半導(dǎo)體傳感器的情況下，二氧化硅的形成可導(dǎo)致安全相關(guān)的損壞。如果硅氧烷存在于待分析的氣體氣氛中（例如塑料加工工廠或在凈化設(shè)備中），它們?cè)跓嵝?yīng)-和半導(dǎo)體傳感器的氣體敏感層處轉(zhuǎn)化為二氧化硅，這些二氧化硅在氣體敏感層上沉積。由此阻止分析物進(jìn)入氣體敏感層并降低氣體傳感器的靈敏度（所謂的傳感器中毒）。在待分析的氣體氣氛高度負(fù)載硅氧烷的情況下，可由于所述傳感器中毒在若干小時(shí)內(nèi)使傳感器的靈敏度降低至一半或甚至更小。此時(shí)該傳感器不再能或只能在有限范圍內(nèi)警告爆炸危險(xiǎn)性氣氛。正是由于有時(shí)常見的長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的校準(zhǔn)時(shí)間間隔，這出于安全原因是令人擔(dān)憂的。在負(fù)載有硅氧烷的氣體氣氛的情況下，密集維護(hù)的功能檢查因此必須更頻繁地進(jìn)行。在非常高的負(fù)載下，甚至必須完全放棄根據(jù)熱效應(yīng)-或半導(dǎo)體原理的測(cè)量傳感器而另選成本高且具有其它缺點(diǎn)的測(cè)量原理（例如IR-吸收）。為了將硅氧烷從氣體中去除，因此采取各種方法。例如通常通過在-25°C溫度下的冷凝，在生物氣處理過程中去除硅氧烷的。然而，這種方法在技術(shù)上是復(fù)雜的且需要非常大量的能量用于冷卻至所需的低溫。在生物氣處理中以及在氣體傳感器中，有時(shí)還使用基于硅膠、高度分散的氧化鋁、沸石或活性炭的吸附劑。然而這些材料僅微弱且非選擇性地結(jié)合硅氧烷。為了確保硅氧烷被足夠程度地吸收，因此必須提供非常大的吸收載量。由于低的選擇性，這導(dǎo)致還吸收其它氣體成分，這在技術(shù)應(yīng)用中導(dǎo)致技術(shù)上可利用的氣體成分的損失或在分析應(yīng)用中導(dǎo)致氣體試樣的虛假。EP0094863A1和WO00/43765A1描述了根據(jù)熱效應(yīng)原理的用于可燃?xì)怏w的傳感器，其中催化活性的傳感器元件嵌入在多孔吸收性材料如特別是沸石材料中，由此該傳感器應(yīng)對(duì)傳感器毒物如硅氧烷不敏感。然而已經(jīng)表明，在此類氣體傳感器中，吸收材料降低待分析的氣體的擴(kuò)散速度，這導(dǎo)致降低的靈敏度、嚴(yán)重延長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間和因此可檢測(cè)的氣體的顯著受限。通常，此類傳感器的響應(yīng)時(shí)間和靈敏度僅對(duì)于甲烷和氫氣是足夠，而較高級(jí)烷烴例如丙烷和丁烷以及其它可燃物質(zhì)不再能可靠檢測(cè)。因此存在對(duì)如下氣體傳感器的需求，其對(duì)于待分析的氣體氣氛中存在硅氧烷是基本上不敏感的并且同時(shí)特別是對(duì)于烷烴例如丙烷和丁烷具有合適的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間。此外存在對(duì)如下過濾材料的需求，其允許通過去除硅氧烷處理用于技術(shù)應(yīng)用或分析的氣體試樣或氣體流，由此基本上避免對(duì)該氣體試樣或氣體流中的其它成分的影響。該目的根據(jù)本專利技術(shù)通過用于從氣體中選擇性去除硅氧烷的過濾材料來實(shí)現(xiàn)，其中所述過濾材料包含鈦化合物，該鈦化合物為有機(jī)鈦酸酯和/或可通過有機(jī)鈦酸酯的水解獲得的化合物。令人驚奇地已顯示，本專利技術(shù)的過濾材料展現(xiàn)出對(duì)硅氧烷例如六甲基二硅氧烷的高親合性和選擇性，并因此極其適合用于從氣體試樣或氣體流中選擇性去除硅氧烷，而不對(duì)它們的其它成分產(chǎn)生過度影響。本專利技術(shù)的過濾材料尤其適合用于通過選擇性去除硅氧烷保護(hù)例如根據(jù)熱效應(yīng)原理的氣體傳感器或所謂的半導(dǎo)體傳感器免于由硅氧烷引起的傳感器中毒，且同時(shí)確保尤其還對(duì)于烷烴如丙烷和丁烷的足夠的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間。本專利技術(shù)的過濾材料包含用于選擇性結(jié)合硅氧烷的至少一種鈦化合物，其中所述鈦化合物是指有機(jī)鈦酸酯和/或可通過有機(jī)鈦酸酯的部分或完全水解獲得的化合物。作為有機(jī)鈦酸酯，特別考慮原鈦酸H4TiO4的衍生物。優(yōu)選式Ti(OR)4的有機(jī)鈦酸酯，其中R各自獨(dú)立地表示氫或具有1至10個(gè)碳原子的烴基，其中這些烴基的每一個(gè)任選被一個(gè)或更多個(gè)–O–、–NH–、–N=和/或–C(O)–間斷和/或被一個(gè)或更多個(gè)–OH和/或NH2取代，且其中任選地這些烴基的兩個(gè)或三個(gè)相互鍵合并形成單環(huán)或雙環(huán)。在此，所述烴基選自直鏈、支化或環(huán)狀烴基。此外，這些直鏈、支化或環(huán)狀烴基的每一個(gè)選自飽和、不飽和和芳族烴基。換句話說，優(yōu)選式Ti(OR)4的有機(jī)鈦酸酯，其中R各自獨(dú)立地表示氫或具有1至10個(gè)碳原子的烴基。此外，還優(yōu)選式Ti(OR)4的有機(jī)鈦酸酯，其中R各自獨(dú)立地表示氫或具有1至10個(gè)碳原子的烴基，并且其中這些烴基的每一個(gè)被一個(gè)或更多個(gè)–O–、–N–和/或–C(O)–間斷。還優(yōu)選式Ti(OR)4的有機(jī)鈦酸酯，其中R各自獨(dú)立地表示氫或具有1至10個(gè)碳原子的烴基，并且其中這些烴基的兩個(gè)或三個(gè)相互鍵合并形成單環(huán)或雙環(huán)。特別優(yōu)選式Ti(OR)4的有機(jī)鈦酸酯，其中R各自獨(dú)立地表示氫或具有1至10個(gè)碳原子的烴基，其中這些烴基的每一個(gè)被一個(gè)或更多個(gè)–O–、–N–和/或–C(O)–間斷并且其中這些烴基的兩個(gè)或三個(gè)相互鍵合并形成單環(huán)或雙環(huán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，基團(tuán)R的至少一個(gè)表示具有2至10個(gè)碳原子的烴基，其被一個(gè)或多個(gè)–O–、–NH–、–N=和/或–C(O)–間斷和/或被一個(gè)或多個(gè)–OH和/或NH2取代。在另一個(gè)實(shí)施方案中，基團(tuán)R的至少兩個(gè)表示烴基，其相互鍵合并形成單環(huán)或雙環(huán)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，R各自獨(dú)立地表示氫或具有1至10，特別是1至6和優(yōu)選1至4個(gè)碳原子的直鏈、支化或環(huán)狀烴基，其中這些烴基優(yōu)選不被間斷、取代或相互鍵合。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，R各自表示具有1至10，特別是1至6和優(yōu)選1至4個(gè)碳原子的直鏈或支化的飽和烴基或具有6至10個(gè)碳原子的芳族烴基。鈦酸四烷基酯和鈦酸四芳基酯是特本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
用于從氣體中選擇性去除硅氧烷的過濾材料，其中所述過濾材料包含鈦化合物，所述鈦化合物為有機(jī)鈦酸酯和/或可通過有機(jī)鈦酸酯的水解獲得的化合物。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】2013.11.02 DE 102013018457.61.用于從氣體中選擇性去除硅氧烷的過濾材料，其中所述過濾材料包含鈦化合物，所
述鈦化合物為有機(jī)鈦酸酯和/或可通過有機(jī)鈦酸酯的水解獲得的化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的過濾材料，其中所述鈦化合物為可通過有機(jī)鈦酸酯的部分或完全
水解獲得的化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的過濾材料，其中所述有機(jī)鈦酸酯具有式Ti(OR)4，其中R各自獨(dú)立
地表示氫或具有1至10個(gè)碳原子的烴基，其中這些烴基的每一個(gè)任選地被一個(gè)或多個(gè)–O–、–
NH–、–N=和/或–C(O)–間斷和/或被一個(gè)或多個(gè)–OH和/或NH2取代且其中任選地這些烴基的
兩個(gè)或三個(gè)相互鍵合并形成單環(huán)或雙環(huán)，并且其中所述有機(jī)鈦酸酯優(yōu)選為鈦酸四烷基酯
和/或鈦酸四芳基酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的過濾材料，其中所述有機(jī)鈦酸酯選自鈦酸四甲酯、鈦
酸四乙酯、鈦酸四正丙酯、鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丁酯、鈦酸四叔丁酯、鈦酸四正己酯、鈦
酸二異丙酯二正丁酯、鈦酸四苯基酯、雙(三乙醇胺)-二異丙氧基鈦、雙(三乙醇胺)-二正丁
氧基鈦、(三乙醇胺合)-異丙氧基鈦、雙(乙酰丙酮)-二異丙氧基鈦、雙(乙酰丙酮)-二正丁
氧基鈦和它們的混合物，并且優(yōu)選選自鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丁酯和它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的過濾材料，其包含10至55重量%，特別是15至50重量%，
優(yōu)選20至45重量%，優(yōu)選30至40重量%和...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：J奧斯瓦爾德，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：德爾格安全股份兩合公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：德國(guó);DE