專利名稱：多孔膜微結(jié)構(gòu)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及微結(jié)構(gòu)器件領(lǐng)域，更具體地，涉及結(jié)合了多孔膜的微結(jié)構(gòu)器件。
雖然本發(fā)明能應(yīng)用于很寬的范圍，但是特別適用于在微流體反應(yīng)器系統(tǒng)領(lǐng)域的提取器、分離器、擴散器以及接觸器。
背景技術(shù)：
結(jié)合了多孔膜的反應(yīng)器系統(tǒng)通常稱作膜反應(yīng)器，這種反應(yīng)器通常被用來分離多相復(fù)雜原料，或過濾單相物料。一般而言，常規(guī)膜反應(yīng)器中的多孔膜可具有微孔隙至大孔隙，可以用各種材料制造。多孔材料通常根據(jù)其(平均)孔尺寸進行分類。微孔材料的孔徑一般小于或等于10納米(nm)，中孔材料的孔尺寸通常在約2.0-50.0nm范圍，而大孔材料通常包含約250nm大的孔。參見，IUPAC Manual of Symbolsand Terminology，Appendix 2，Part 1，Colloid and Surface Chemistry，Pure Appl.Chem.31，578(1972)。除其它因素外，依據(jù)平均孔徑，如果特定應(yīng)用需要，一些多孔膜可以用作催化材料的負載結(jié)構(gòu)。
目前，在膜反應(yīng)器中使用的多孔膜通常依據(jù)膜在指定反應(yīng)器中的作用或功能來分類，通常，膜反應(yīng)器內(nèi)的多孔膜根據(jù)三個功能之一進行分類。如果膜的功能主要是從反應(yīng)器中選擇性除去受平衡限制的反應(yīng)的產(chǎn)物，以在常規(guī)反應(yīng)器中得到收益，或者除去復(fù)雜混合物中的一種或多種組分，這種膜反應(yīng)器通常分類為“提取器”。在其它應(yīng)用中，膜的功能是計量可能引起連續(xù)反應(yīng)的反應(yīng)物。由于目標產(chǎn)物經(jīng)常是初級加成(primary addition)的產(chǎn)物，通過透過膜來調(diào)節(jié)這種反應(yīng)物的濃度可以提高選擇性。當與常規(guī)反應(yīng)器相比時，可以加入同樣量的反應(yīng)物，但是，其中一種反應(yīng)物通過該膜沿催化劑床分布。因此，這種類型的膜反應(yīng)器通常稱為“分布器”或“擴散器”。第三種類型的膜反應(yīng)器通常利用了膜的獨特幾何特點，即分離兩種媒介的可透過壁。當膜也是催化劑的載體時，可以從膜的兩面輸入反應(yīng)物(例如，氣體從一面輸入，液體從另一個面輸入)，或迫使反應(yīng)混合物通過反應(yīng)性壁。在第一種情況中，可以促進催化劑與反應(yīng)物之間的接觸，這種接觸限制了常規(guī)反應(yīng)器的性能(如，在氣-液-固過程中的氣體，疏水性反應(yīng)物與親水性催化劑等)。在第二種情況中，反應(yīng)物和產(chǎn)物在活性孔中的停留時間受到操作常數(shù)(通過膜的壓降)控制，但不受擴散控制。這樣可能導致更好地控制活性或選擇性。這兩種情況下，膜的作用是促進反應(yīng)物和催化劑之間的接觸。這種膜反應(yīng)器通常稱作“接觸器”。更具體地，上面所述的第一接觸器的模式被稱作“界面接觸器”，而第二模式被稱作“流通接觸器”。
本領(lǐng)域使用的典型的膜反應(yīng)器由同心管構(gòu)造(膜是內(nèi)管)。一種特定的管型膜反應(yīng)器稱為填充床膜反應(yīng)器(PBMR)。這種膜反應(yīng)器結(jié)合了管狀多孔陶瓷膜和置于該陶瓷管內(nèi)芯空間中的固定床催化劑。這種膜反應(yīng)器組件(module)通常由包含復(fù)合膜管的不銹鋼殼構(gòu)成，管內(nèi)裝填有催化劑。一般而言，膜管端部是搪瓷的，并裝有如石墨密封件的壓縮配件，以確保內(nèi)室(保留物(retentate)或管側(cè))和外室(滲透物或殼側(cè))之間的密封性。在這種常規(guī)管型膜反應(yīng)器中，流體簡單地從管的一端傳送到反應(yīng)器，而反應(yīng)器的另一端用作出口端。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的，這種管型反應(yīng)器的工業(yè)化和平行化(parallelization)很復(fù)雜，并且難以實施。此外，控制反應(yīng)需要在反應(yīng)器外部，特別是在進口端的上游實施復(fù)雜的流體控制。除了這些缺陷外，管型膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)對催化劑材料的機械負載性能差，不容易密封。因此，這種器件通常會產(chǎn)生泄漏，會明顯地對效率產(chǎn)生負面影響。
隨著微反應(yīng)器技術(shù)的出現(xiàn)，近年來嘗試減小膜反應(yīng)器的規(guī)模，并由此盡可能減少上面所述的密封以及效率方面的缺陷。在一種微反應(yīng)器方法中，多孔膜的周邊用金屬框架支撐，形成在微反應(yīng)器內(nèi)的許多疊加層之一。多孔膜通常是微機加工的金屬層，如不銹鋼或銅，但是如塑料和陶瓷的材料也一直是試驗的目標。制造這種多孔層所需的微層壓加工技術(shù)和其它技術(shù)通常是高成本的，因而阻礙了大規(guī)模生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)采用這些技術(shù)制造的多孔膜在化學處理方面的應(yīng)用受到限制。
因此，目前所需要的但在本領(lǐng)域似乎難以得到的是，克服了本領(lǐng)域已知的膜微反應(yīng)器存在的缺點、結(jié)合有多孔膜的微結(jié)構(gòu)器件及這種微結(jié)構(gòu)器件的制造方法。
發(fā)明概述本發(fā)明一個方面涉及整體微結(jié)構(gòu)。這樣一種微結(jié)構(gòu)包括第一板、第二板以及設(shè)置在第一板和第二板之間的玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷多孔膜，所述第一板具有多個限定第一凹進的第一壁，所述第二板具有多個限定第二凹進的第二壁。將第一板、第二板和多孔膜結(jié)合在一起，使多孔膜與多個第一和第二壁合作，限定第一微通道和與第一微通道保持流體連通的第二微通道。
另一種這樣的微結(jié)構(gòu)包括限定第一凹進的第一玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷板，限定第二凹進的第二玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷板，夾在第一板和第二板之間的非金屬多孔膜。將第一板、第二板和多孔膜結(jié)合在一起，并放置多孔膜來覆蓋第一和第二凹進，以限定在第一板和多孔膜之間的第一微通道，以及與第一微通道保持流體連通的、在第二板和多孔膜之間的第二微通道。
本發(fā)明另一方面涉及制造微結(jié)構(gòu)的方法。一種示范性例子包括在具有多個限定第一凹進的第一壁的第一板的頂部設(shè)置前體材料，并將第一板與具有多個限定第二凹進的第二壁的第二板組裝，使前體材料位于第一和第二板之間并覆蓋第一和第二凹進的至少一部分。組裝后的第一和第二板加熱至一定溫度，足以使前體材料轉(zhuǎn)變?yōu)榕c第一和第二板相結(jié)合的玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷的多孔膜。
揭示的膜微結(jié)構(gòu)器件及制造膜微結(jié)構(gòu)器件的方法與本領(lǐng)域已知的其他微結(jié)構(gòu)器件及制造技術(shù)相比，有許多的優(yōu)點。例如，揭示的多孔膜微結(jié)構(gòu)器件的整體結(jié)構(gòu)提供了對多孔膜的顯著的機械支撐，這點迄今在本領(lǐng)域未能實現(xiàn)。此外，這種結(jié)構(gòu)能夠在膜微結(jié)構(gòu)內(nèi)進行基本密封的催化和非催化的化學處理。
此外，揭示的這種膜微結(jié)構(gòu)器件能用于提取器、擴散器和接觸器應(yīng)用，例如但不限于，可將膜微結(jié)構(gòu)用于H2/烴分離、甲烷蒸氣重整、烷烴選擇性氧化、液相加氫和氧化、氫生產(chǎn)、通過沸石吸收除去污染物、從水中分離揮發(fā)性有機化合物以及使用質(zhì)子膜產(chǎn)生能量(微燃料電池)。
另一些優(yōu)點可以由限定在所揭示的膜微結(jié)構(gòu)器件內(nèi)的微通道的微規(guī)格的內(nèi)尺寸得到。一般而言，微規(guī)格的微通道尺寸能提供高的表面/體積比值，該比值又能使流體與多孔膜的相互作用最大。在多孔膜浸漬一種或多種催化劑或負載有一種或多種催化劑的情況下，流體/催化劑的接觸通過多孔膜而被最大化。結(jié)果，提高了生產(chǎn)率或產(chǎn)率。
所揭示的微結(jié)構(gòu)和方法的其它特征和優(yōu)點將在下述具體實施方式
中說明，它們中的一部分在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了說明書之后是容易明白的，或者在實施了本文中所描述的發(fā)明后是容易理解的。
要明白，前面的概述和下面的詳細描述僅僅是對本發(fā)明的例舉，用于提供理解所要求保護的本發(fā)明的本質(zhì)和特點的概括或構(gòu)架。所包含的附圖用于提供對所揭示的微結(jié)構(gòu)和制造方法的進一步的理解，說明了本發(fā)明的各個實施方式，并與說明書一起用來解釋所揭示的微結(jié)構(gòu)和方法的原理和操作。
附圖簡要說明

圖1A-1C所示是第一示范性膜微結(jié)構(gòu)從各個方向看的視圖。
圖2A-2C所示是第二示范性膜微結(jié)構(gòu)從各個方向看的視圖。
圖3所示是圖1C中示出的用作分離器的膜微結(jié)構(gòu)。
圖4所示是圖1C中示出的用作提取器的膜微結(jié)構(gòu)。
圖5所示是圖1C中示出的用作擴散器的膜微結(jié)構(gòu)。
圖6所示是圖1C中示出的用作接觸器的膜微結(jié)構(gòu)。
圖7示意性地說明在圖1A-1C示出的膜微結(jié)構(gòu)的制造方法。
圖8-10示意性地示出用催化劑涂覆多孔膜的示范性方法。
優(yōu)選實施方式的詳細描述揭示的多孔膜微結(jié)構(gòu)器件可用于分離器、提取器、擴散器和接觸器的應(yīng)用。制造所述多孔膜微結(jié)構(gòu)器件時不需要常規(guī)的微層壓處理步驟，明顯節(jié)約了成本。揭示的多孔膜微結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)造除了其它功能外，還提供對多孔膜充分的機械支撐，并基本上消除了化學處理時的泄漏現(xiàn)象。揭示的制造多孔膜微結(jié)構(gòu)的方法兼顧了低制造成本，有利于平行化，并得到提供優(yōu)良產(chǎn)率的器件。
本發(fā)明廣泛涉及膜微結(jié)構(gòu)及其制造方法。這種膜微結(jié)構(gòu)特別適用于化學處理的應(yīng)用，可設(shè)置成能促進該膜微結(jié)構(gòu)內(nèi)的催化反應(yīng)。如果微結(jié)構(gòu)中的膜是有機物，該膜容易依據(jù)該微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進行功能化。雖然這種膜微結(jié)構(gòu)能以單一整體器件運行，但也可以將多個膜微結(jié)構(gòu)堆疊或排列，以提高產(chǎn)率、通過膜微結(jié)構(gòu)的流體生產(chǎn)率，以及經(jīng)過化學處理的體積等。
此外，因為容易整體化，膜微結(jié)構(gòu)可以和其它功能器件結(jié)合(如熱交換器或混合器)。膜微結(jié)構(gòu)可包括用來保持該膜微結(jié)構(gòu)的各部件在各自位置的支撐結(jié)構(gòu)，還可以包括與(例如)各種流動控制元件、混合器件、控熱部件、傳感單元、分隔室、分析室、檢測室、其它類型的反應(yīng)室和與化學處理設(shè)備和系統(tǒng)相關(guān)的其它部件或器件整體化。
可以將特定的部件設(shè)置在微結(jié)構(gòu)中的膜的兩面，熱交換器與膜之間的距離約為1厘米(cm)。作為另一個例子，混合器可以和膜微結(jié)構(gòu)整體化，混合器與該膜之間的距離約為0-1cm。在另一個例子中，混合器和膜之間的距離約為2mm。在另一個例子中，流動控制器可以和膜微結(jié)構(gòu)整體化。流動控制器可以將流速控制在約0.01-100毫升/分鐘(ml/min)之間。例如，各組分在一個功能部件(如加熱器或混合器)與膜之間流動的典型時間小于1分鐘。在另一個例子中，所述的平均停留時間小于10毫秒(ms)。
下面詳細參考在附圖中所示的本發(fā)明的實施方式。無論可能與否，在所有附圖中將使用同樣的標號來標出同樣或類似的部件。揭示的膜微結(jié)構(gòu)的一個實施方式示于圖1A-1C，并且在這些圖中，該膜微結(jié)構(gòu)一般用標號10標注。
圖1A所示是未組裝的第一膜微結(jié)構(gòu)10。該膜微結(jié)構(gòu)10可包括第一板12，宜由玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷制成，有多個壁14，這些壁一起限定出至少一個凹進16。一個例子中，進口/出口的開口18延伸通過第一板12，并與至少一個凹進16不連通。膜微結(jié)構(gòu)10還可以包括具有多個第二壁22的第二板20，這些壁一起限定出至少一個凹進24。第二板20可以包括至少一個進口/出口的開口26，該開口與至少一個凹進24連通。在第一板12和第二板20中的一個或兩個的頂部設(shè)置前體材料層28。前體材料層28可以覆蓋一個或多個凹進16和24中的至少一部分，并至少一部分被多個壁14和22支撐。如下面詳細描述的，一個例子中，前體材料層28在硬化后形成所揭示的多孔膜。
圖1B所示是在組裝了圖1A示出的板12和20后的第一膜微結(jié)構(gòu)10。圖1B所示是沿穿過多個凹進16和18的線段所取的膜微結(jié)構(gòu)10的截面圖。充分熱處理之后(按下面參照所揭示的制造方法所述)，在一個例子中膜微結(jié)構(gòu)10是整體器件，包括第一板12、第二板20以及夾在它們之間的多孔膜30。如下面詳細描述的，多孔膜30是前體材料層28經(jīng)過充分熱處理的產(chǎn)物，在一個實施方式中，前體材料可以是玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷料。多孔膜30、多個壁14和第一板12一起限定出至少一個微通道32，而多孔膜30、多個第二壁22和第二板20一起限定出至少一個微通道34。微通道32和微通道34為需要在膜微結(jié)構(gòu)10內(nèi)進行處理的一種或多種化學物質(zhì)提供了流體流動通道。在其它方面，多孔膜30的孔隙提供了在微通道32和微通道34之間的選擇性流體連通。雖然在圖1B中示出的多個壁14和22以及凹進16和24都較好對齊，但是壁14、22以及凹進16、24(例如)可以在尺寸、寬度和/或角度方面相互偏移。
圖1C所示是穿過進口/出口18和26并沿微通道32和34的長度方向所取的膜微結(jié)構(gòu)10的截面圖。根據(jù)一個實施方式，以流體密封的方式，將第一板12、第二板20和多孔膜30密封在一起。在微通道32和34與膜微結(jié)構(gòu)10的外部之間的流體連通由進口/出口的開口18和26提供，這些開口用作化學物質(zhì)和其它流體進入膜微結(jié)構(gòu)10或從其流出的進口或出口，如下面詳細描述的。一般而言，開口18和26可以與管道或其它器件(未示出)連接，以便傳送化學物質(zhì)或其它流體流入和/或流出膜微結(jié)構(gòu)10。在其它實施方式中，進口/出口的開口18和26可以與其它微結(jié)構(gòu)10或其它微結(jié)構(gòu)器件的進口/出口的開口18和26基本對齊，以促使平行化。在一個實施方式中，一個或多個膜微結(jié)構(gòu)10可以堆疊，例如，一個在另一個的頂上或者與其它微結(jié)構(gòu)器件平行，形成堆疊的板形微結(jié)構(gòu)的陣列。一般而言，這種排列能提供較高的流體流量，因此提供較高的產(chǎn)率。
如圖1B和1C清楚所示，根據(jù)一個實施方式，多孔膜30較好可完全包封在膜微結(jié)構(gòu)10內(nèi)。如圖所示，第一板12和第二板20在沿膜微結(jié)構(gòu)10周邊延伸的板界面36上相互密封。因此，雖然第一板12和第二板20可以由不同的材料制造，但是，對用來結(jié)合第一板12和第二板20的結(jié)合方法而言，板12和20可以是相容的。
圖2A所示是未組裝的第二膜微結(jié)構(gòu)10′。該膜微結(jié)構(gòu)10′較好包括第一板12′，宜由玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷制成，所述板有多個壁14′，它們一起限定出至少一個凹進16′。進口/出口18′較好延伸通過第一板12′，并與至少一個凹進16′連通。膜微結(jié)構(gòu)10′還包括第二板20′，所述板有多個第二壁22′，它們一起限定出至少一個凹進24′。第二板20′可以包含至少一個與至少一個凹進24′連通的進口/出口的開口26′?？梢栽诘谝话?2′和第二板20′中的一個或兩個的頂部設(shè)置前體材料層28′。前體材料層28′可以覆蓋一個或多個凹進16′和24′中的至少一部分，并至少一部分被多個壁14’和22’支撐。如下面詳細描述的，按照所揭示的制造方法，前體材料層28’在硬化后形成所揭示的多孔膜。
圖2B所示是組裝圖2A示出的板12′和20′后的另一個膜微結(jié)構(gòu)10′。圖2B所示是沿穿過多個凹進16’和18’的線段所取的膜微結(jié)構(gòu)10’的截面圖。充分熱處理之后(按下面參照所揭示的制造方法所述)，在一個例子中膜微結(jié)構(gòu)10’是整體器件，包括第一板12’、第二板20’以及夾在它們之間的多孔膜30’。如下面詳細描述的，多孔膜30’是前體材料層28’經(jīng)過充分熱處理的產(chǎn)物，在一個實施方式中，前體材料可以是玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷料。多孔膜30’、多個壁14’和第一板12’一起限定出至少一個微通道32’，而多孔膜30’、多個第二壁22’和第二板20’一起限定出至少一個微通道34’。微通道32’和微通道34’為需要在膜微結(jié)構(gòu)10’內(nèi)進行處理的一種或多種化學物質(zhì)提供了流體流動通道。除了其他功能以外，多孔膜30’的孔隙還提供了在微通道32′和微通道34′之間的選擇性流體連通。
圖2C所示是穿過進口/出口18’和26’并沿微通道32’和34’的長度方向所取的膜微結(jié)構(gòu)10’的截面圖。根據(jù)第二實施方式，以流體密封的方式，將第一板12’、第二板20’和多孔膜30’密封在一起。在微通道32’和34’與膜微結(jié)構(gòu)10’的外部之間的流體連通由進口/出口的開口18’和26’提供，這些開口用作化學物質(zhì)和其它流體進入膜微結(jié)構(gòu)10’或從其流出的進口或出口，如下面詳細描述的。一般而言，開口18’和26’可以與管道或其它器件(未示出)連接，以促使傳送化學物質(zhì)或其它流體流入和/或流出膜微結(jié)構(gòu)10’。在其它實施方式中，進口/出口的開口18’和26’可以與其它微結(jié)構(gòu)10’或其它微結(jié)構(gòu)器件的進口/出口的開口18’和26’基本對齊，以促使平行化。在一個實施方式中，一個或多個膜微結(jié)構(gòu)10’可以堆疊，例如，一個在另一個的頂上或者與其它微結(jié)構(gòu)器件平行，形成堆疊的板形微結(jié)構(gòu)的陣列。一般而言，這種排列能提供較高的流體流量，因此提供較高的產(chǎn)率。
如圖2B和2C清楚所示，根據(jù)第二實施方式，多孔膜30’可在膜微結(jié)構(gòu)10’的整個中心部分延伸。如圖所示，第一板12’和第二板20’可以各自結(jié)合到多孔膜30’，形成一個整體的膜微結(jié)構(gòu)10’。因此，雖然第一板12’和第二板20’可以由不同的材料制造，但是，第一板12’和第二板20’與前體材料層28’相容，以促使第一板12’和第二板20’與多孔膜30’充分結(jié)合。
在上述任一個實施方式中，多孔膜30本身可以是微孔材料，這種情況下，多孔膜30的作用是作為膜的支撐以及多孔膜。在其它應(yīng)用中，多孔膜30可以是中孔材料或大孔材料，這種情況下，多孔膜30的作用較好是作為多孔膜的支撐。中孔或大孔的多孔膜30可以具有一種有機或無機材料?！熬哂杏袡C或無機材料”包括涂覆和/或浸漬兩個方法，如下面詳細描述的。如果用涂覆方法，將微孔材料涂覆在中孔或大孔材料上。根據(jù)應(yīng)用，施加的膜材料可以是催化材料的或非催化材料。
例如，非催化的微孔材料可應(yīng)用于中孔或大孔材料，微膜30提供較強的分離功能。膜30上的涂層中具有一個或多個引入的部分，以改變膜30的功能。例如，膜30可進行硅烷化處理，以改變膜30的潤濕功能。膜30的硅烷化可產(chǎn)生親水性、疏水性或疏有機性的膜30。
疏水性功能化的一種方法以下面方式完成。約3克(g)二甲基二氯硅烷與約15ml的12摩爾(M)鹽酸和約85ml乙醇混合。在膜的兩面上的通道內(nèi)填充二甲基二氯硅烷/鹽酸/乙醇溶液。室溫下約1小時后，沖洗通道，所述微結(jié)構(gòu)10在約80℃干燥約2小時。
膜30的疏有機性功能化可通過下面方法完成。在膜30的兩面的通道中填充氟表面活性劑溶液。使用的一種氟表面活性劑是FluoradTM，3MTMof Saint Paul，Minnesota，USA制造并銷售。室溫下1小時后，沖洗通道，所述微結(jié)構(gòu)10在約80℃干燥約2小時。
中孔膜還可以通過用涂料或能填充中孔膜的孔的物質(zhì)進行浸漬來“功能化”，以有效提供微孔膜。為提供能用于某些工業(yè)應(yīng)用的微孔膜材料，可以使用有效厚度較小(在微米或亞微米范圍)的功能復(fù)合材料。對中孔膜改性形成微孔膜可通過溶膠-凝膠和化學氣相沉積(CVD)方法，聚合物碳化形成碳分子篩，和/或沸石和其它分子篩的多晶-膜生長來進行。采用這些方法，可獲得高達到0.1mol/(m2s)的通量。
下面參照圖3-6，描述膜微結(jié)構(gòu)10、10′的操作實施方式。雖然參照圖1A-1C介紹了膜微結(jié)構(gòu)10，但下面對對多孔膜30所述的操作及其功能同樣適用于圖2A-2C的膜微結(jié)構(gòu)10’。
圖3所示是發(fā)揮分離器功能的膜微結(jié)構(gòu)10。一般而言，進行反應(yīng)后，反應(yīng)產(chǎn)物(A+B)通過進口端38進入微通道32。在一個實施方式中，多孔膜30構(gòu)造成使反應(yīng)產(chǎn)物B透過多孔膜30進入微通道34，產(chǎn)物B通過出口端40被帶出該膜微結(jié)構(gòu)10。但是，反應(yīng)產(chǎn)物A繼續(xù)通過微通道32，直到從出口端42排出。結(jié)果，與常規(guī)微反應(yīng)器相比，提高了A的產(chǎn)率，和/或?qū)與B分離。
圖4所示是膜微結(jié)構(gòu)10作為提取器的另一個實施方式。根據(jù)圖4所示的實施方式，在一個例子中，通過膜微結(jié)構(gòu)10內(nèi)產(chǎn)生的壓差迫使反應(yīng)物A和B通過進口端38進入微通道32。A和B在膜微結(jié)構(gòu)10的微通道32內(nèi)進行反應(yīng)，產(chǎn)生產(chǎn)物C和D。多孔膜30的特性使反應(yīng)產(chǎn)物D通過多孔膜30進入微通道34并從出口端40排出，而多孔膜30的那些同樣的特性阻止反應(yīng)產(chǎn)物C通過多孔膜30。因此，反應(yīng)產(chǎn)物C繼續(xù)通過微通道32，之后通過出口端42。由膜微結(jié)構(gòu)10的這一實施方式提供的反應(yīng)和隨后的分離可通過(例如)用催化劑來涂覆或浸漬多孔膜30得到提高。如果優(yōu)選相對于產(chǎn)物D產(chǎn)生更多的反應(yīng)產(chǎn)物C，則通過在反應(yīng)期間除去D可提高C的產(chǎn)率。例如，在管式反應(yīng)器中進行反應(yīng)時，C的產(chǎn)率從約30％增加到約70％以上。
圖5所示膜微結(jié)構(gòu)10的功能是作為分布器或擴散器。如附圖所示，第一反應(yīng)物B通過進口端44被引入微通道32，而第二反應(yīng)物A通過進口端46被引入微通道34。當反應(yīng)物B在微通道32中流動時，反應(yīng)物A透過多孔膜30并進入微通道32，在該通道中反應(yīng)物A與反應(yīng)物B反應(yīng)。通過透過該膜來調(diào)節(jié)反應(yīng)物濃度能提高選擇性，產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物C，該產(chǎn)物通過出口端48從微通道32排出。反應(yīng)物A可以循環(huán)通過微通道34。這種反應(yīng)的一個例子可以是一種分子用氫氣進行加氫。
圖6所示是用作接觸器的膜微結(jié)構(gòu)10。在微結(jié)構(gòu)10的接觸器應(yīng)用中，多孔膜30可以包含或不包含催化劑。在多孔膜用作催化劑的載體的情況下，可以從向多孔膜輸送反應(yīng)物(例如氣體從一面，液體從另一面)，或者迫使反應(yīng)混合物通過活性壁。在所示的實施方式中，反應(yīng)物A通過進口端50被引入微通道34，而反應(yīng)物B通過進口端52被引入微通道32。將多孔膜30設(shè)置在微通道32和微通道34之間，并且因為在多孔膜30的上表面和下表面上都涂覆或者浸漬了催化劑，反應(yīng)物A和B不會與催化劑競爭反應(yīng)。結(jié)果，反應(yīng)物A和B在多孔膜30內(nèi)一起反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物C從出口端54排出。圖6中所示的排列方式避免了質(zhì)量轉(zhuǎn)移的限制，提高了反應(yīng)選擇性，并因此優(yōu)化了反應(yīng)。如圖5中所示，反應(yīng)物A可循環(huán)通過微通道34。
或者，雖然在附圖中沒有示出，圖6所示的的膜微結(jié)構(gòu)10還可以構(gòu)造成在第二板包括一個出口端。這種實施方式中，反應(yīng)物A可以溶液形式引入微通道34，以進行(例如)硝化反應(yīng)。雖然反應(yīng)物A透過多孔膜30與反應(yīng)物B反應(yīng)，剩余的該溶液被阻止進入微通道32，而是從第二板20中的出口端排出。
用來形成膜微結(jié)構(gòu)10、10′的板12、12’可以由各種不同方式制成，其中一種方法包括在真空條件下(避免夾帶任何氣體的氣泡)，在選自玻璃、玻璃-陶瓷、陶瓷、金屬、半導體如硅或它們的組合的材料構(gòu)成的第一基材上，由有機介質(zhì)和對玻璃、玻璃-陶瓷、陶瓷或它們的組合的第一混合物形成所需的微結(jié)構(gòu)形狀。根據(jù)這種“真空輔助的微成型方法”，涉及的前體材料在熱膨脹系數(shù)方面與構(gòu)成第一基材的材料相一致。真空成型可以在至少給予產(chǎn)生的形狀最小機械強度的條件下進行。
通過進行適當?shù)臒崽幚?，形成的混合物可以預(yù)燒結(jié)成包括第一基材和成型的混合物的組件(預(yù)燒結(jié)用來消除有機介質(zhì)并使該結(jié)構(gòu)固化)。前體材料層28、28′，例如玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷料可以施用于成型后的有形物的頂部，該前體材料在熱膨脹系數(shù)方面與基本上所有它可能接觸的前體材料相一致。前體材料可以施用在板的整個表面或板的中心部分，這取決于實施方式。
按照上面對板12、12’所述的方法制造第二板20、20′。雖然不要求，但是將前體材料層28、28′施用在板20、20′的整個表面或其中心部分。然后，將第一板12、12’和第二板20、20′組裝在一起，使前體材料層彼此相對，并使限定在成型的有形物之間的凹進在前體材料層的相對面上基本對齊。對形成的組件進行熱處理(焙燒)，以將前體材料和板結(jié)合在一起。
一般而言，可以各種不同方式形成真空，特別要考慮到混合在前體材料中的有機介質(zhì)的性質(zhì)?；旌衔镏械挠袡C介質(zhì)可以由特別是熱塑性介質(zhì)、熱固性介質(zhì)或可光聚合的介質(zhì)構(gòu)成。
此外，這種方法可以下面的一種或多種方式開始。在成型操作中，將第一混合物置于第一基材上，然后使用模具(如在真空包封物中)，或者模具最初可以置于第一基材上，形成真空，然后在其中注入混合物。如果混合物中使用熱塑性介質(zhì)，則加熱該混合物，用合適的模具成型，使之冷卻，之后取出模具。如果介質(zhì)是熱固性介質(zhì)，則該混合物在環(huán)境溫度下用合適的模具成型，(一旦成型即)加熱，冷卻后，取出模具。如果介質(zhì)是可光聚合的介質(zhì)，則混合物可以在環(huán)境溫度下用合適的模具成型。成型后，進行適當輻射(如UV光、X射線)，之后取出模具。所用模具可以合適的母模制備，使之符合所需的最后形狀。
真空成型可在前體介質(zhì)和有機物的混合物中產(chǎn)生浮雕形狀。在特有的方式中，通過使混合物變形來獲得這些形狀，同時將其支撐在一基材上。所述基材較好沒有進行任何蝕刻。
由于預(yù)燒結(jié)可以在被支撐的結(jié)構(gòu)上進行，這簡化了操作并使結(jié)構(gòu)保持其平面性。預(yù)燒結(jié)用來在組裝前(在封閉該結(jié)構(gòu)之前)從混合物中消除大部分的有機組分。從復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)消除揮發(fā)性組分存在困難，因為氣體必須能夠逃逸并且不損害該結(jié)構(gòu)。使用由玻璃、玻璃-陶瓷、陶瓷、金屬或半導體構(gòu)成的基材特別有利，因為容易形成次結(jié)構(gòu)，而不需要生產(chǎn)和處理這種脆性的自支撐構(gòu)形的次結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不下垂或扭曲，因此，能夠形成遠隔的通道壁和/或復(fù)雜的壁形狀。容易在基材上加入其它部件如電導體、電極或光導體，部件的機械性能受到的影響很小，在許多情況下，基本上或完全不受影響。
預(yù)燒結(jié)一般在成型后的混合物上施加了一種材料后進行。施加的材料對前體材料相對呈惰性，并能吸收有機介質(zhì)。施用惰性的吸收劑材料能將形成的混合物的下垂或坍塌減小到最小程度。吸收劑材料一般是撒粉或噴霧到用來預(yù)燒結(jié)的成型混合物上。
當不重復(fù)進行操作時，揭示的方法能夠通過將第一和第二板組合在一起而提供整體的膜微結(jié)構(gòu)。其中一個板用作底板，而另一個用作頂板。當重復(fù)操作時，該方法能夠提供包含n個膜微結(jié)構(gòu)的堆疊的膜微結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有一個或多個共用的板。一個或n個膜微結(jié)構(gòu)可以通過使用連接材料或在膜的制造過程中(如焙燒/燒結(jié)期間)相互固定。多個膜微結(jié)構(gòu)可以堆疊或者以垂直位置、水平位置、傾斜位置、或本領(lǐng)域已知的其它取向排列。
除了上述步驟外，揭示的方法可以包括另外的步驟?？梢酝ㄟ^鉆孔提供通道，例如，使流體循環(huán)，使流體進入或離開，和使流體從一個元件的通道至另一個元件的通道。也可以在需要組合在一起的部件上進行鉆孔操作，較好穿過預(yù)燒結(jié)的混合物。此外，可以插入一個或多個其它部件。插入的部件可以是上面在涉及的一個基材上和/或涉及的前體混合物中，或者在插在第一和第二基材中至少一個與相應(yīng)的第一或第二混合物之間的中間層中詳細說明的類型(可以舉幾個例子，如電導體、電極、光導體)。在制造微結(jié)構(gòu)器件的各元件時，完全可能滑動在基材和用來產(chǎn)生膜微結(jié)構(gòu)的一部分的前體混合物之間的至少一個中間層[如，硅(Si)的細密層、玻璃層、陶瓷層或玻璃-陶瓷層]。例如，電極可以采用常規(guī)的印刷、光刻或電鑄方法形成。
制造膜微結(jié)構(gòu)10的一種示范性的方法示于圖7。在一個實施方式中，最初，在基材56(如玻璃或硅的基材)上形成浮雕微結(jié)構(gòu)。該微結(jié)構(gòu)通過對包含玻璃料和熱塑性介質(zhì)的混合物58進行成型制得。示出兩種不同的方法。在圖7的右上角的(a)中示出的方法類似于美國專利No.5,853,446中所述的方法，更具體地是該專利的實施例4中所述的方法(此專利內(nèi)容參考結(jié)合于本文)。按照這種方法，將混合物58沉積在基材56上。將載有混合物58的基材56置于一個恒溫控制的支撐件60上。事先用優(yōu)選的彈性體制造合適的模具62。將該模具62放在支撐件64上，該支撐件本身固定在加熱元件66上。在將模具62施用到包封件68內(nèi)的混合物58之前，將包括元件66、64和62的組件在包封件68內(nèi)真空下脫氣。對混合物58進行脫氣能基本上或完全防止氣泡夾帶在成型后的混合物內(nèi)。
在圖7左上角的(b)中所示的方法基于將模具62事先放在基材56上之后，將混合物58注入模具62。包括基材56和模具62的組件位于夾具72內(nèi)的兩個熱板70之間，兩個熱板在活塞74作用下打開和閉合。通過抽真空機械裝置76使模具62內(nèi)部呈真空后，通過注入器78注入混合物58。該熱成型過程結(jié)束時，使用作用在整個熱底板上的脫模機械裝置80將熱成型的組件推出。
實施了形成真空的步驟后，獲得固定在基材56上的混合物82，該混合物包含已熱成型的混合物58。然后，對該組件進行熱處理，使混合物82預(yù)燒結(jié)。然后將該混合物標為84，該混合物主要包含熱處理后的玻璃料。
并行地，可以制備膜微結(jié)構(gòu)10的第二板。第二板可以和第一板屬相同類型。它包含其上固定有預(yù)燒結(jié)的熱成型的混合物84的基材56。
根據(jù)一個實施方式，前體材料層28，較好是玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷料與各板的熱成型混合物84一起沉積。每個板的熱成型混合物84較好限定了多個微通道壁14和22。按照一個實施方式，前體材料層28優(yōu)選基本均勻鋪展在壁14的頂面，以覆蓋被混合物84限定的每個凹進16。如附圖所示，第一板的外壁15優(yōu)選從基材56進一步延伸超過內(nèi)壁。因此，在所示的實施方式中，前體材料層28基本均勻地鋪展在第一板的外壁15之間，使前體材料層28與該外壁的頂部基本上共平面。
第一和第二板略微、基本上或完全對齊，使第一板的前體材料層與第二板的熱成型混合物84相對。然后，使第一和第二板相互接合，使壁基本對齊，形成的組件之后在合適條件下進行熱處理，產(chǎn)生膜微結(jié)構(gòu)10。如此排列的密封的膜微結(jié)構(gòu)10由于熱處理而在多孔膜30上面限定出許多第一微通道86，以及在多孔膜30下面的許多第二微通道88。微通道86和88相互間可以基本對齊，并被多孔膜30隔開。雖然被多孔膜30物理分隔，但是多孔膜30提供了在微通道86和88之間的選擇性流體連通。
有關(guān)所揭示的反應(yīng)器的制造方法的更詳細內(nèi)容可參見臨時美國專利號6,595,232。
或者，用來制造所揭示的膜微結(jié)構(gòu)10的玻璃板12、12′還可以采用濕蝕刻方法制造。
對某些實施方式，特別是特定應(yīng)用需要時，多孔膜30可涂覆催化或非催化的涂層。這種涂層可以粘合或負載在多孔膜30的上表面和下表面。通常，該涂層減小了限定在多孔膜30內(nèi)的孔尺寸。該涂層可包含無機催化劑載體，該載體可粘合到多孔膜30的孔內(nèi)，并可以設(shè)置在限定出膜微結(jié)構(gòu)10、10′的微通道壁的至少一個內(nèi)表面上。為本說明書目的，涂覆的膜微結(jié)構(gòu)和涂覆的膜微反應(yīng)器的特征都是限定出內(nèi)空隙空間(如，微通道、空穴等)的整體結(jié)構(gòu)，它們被內(nèi)表面(或微通道壁)界定，并且在整體結(jié)構(gòu)內(nèi)，進入微結(jié)構(gòu)或微反應(yīng)器進行處理的反應(yīng)物與沉積在多孔膜30以及微通道壁14、14′和22、22′上的涂層中的催化活性物質(zhì)接觸。涂覆的微結(jié)構(gòu)和涂覆的微反應(yīng)器并未有意包括在汽車工業(yè)的催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)使用的整塊擠出的陶瓷蜂窩體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是具有平行通道的獨立器件。通常是氧化物組合物的催化劑載體優(yōu)選具有預(yù)定的孔隙率。包含微通道壁的微結(jié)構(gòu)或微反應(yīng)器可以由(例如)玻璃、玻璃-陶瓷和/或陶瓷組合物制成。微通道壁可以是實心結(jié)構(gòu)，或者本身可以是多孔結(jié)構(gòu)，如多孔膜。
在一個膜微結(jié)構(gòu)的例子中，催化劑載體可以涂覆在通道壁和多孔膜30上，作為多孔無機催化劑載體層。該層(i)可占微通道橫截面的至少約1％，該橫截面取垂直于流體流動路徑，(ii)提供至少5％，更好至少30％的開口和互連的孔隙，和(iii)其特點是平均孔徑在0.2-104納米(nm)。對一些微反應(yīng)器的微通道，該層厚度約為10-200微米。在這種催化劑載體的孔結(jié)構(gòu)上或孔結(jié)構(gòu)內(nèi)可設(shè)置金屬、金屬氧化物或其它催化活性物質(zhì)，這些物質(zhì)對必須使用涂覆的微反應(yīng)器的特定反應(yīng)具有活性和選擇性。某些應(yīng)用中，催化劑載體和催化劑可以是無機物。其它應(yīng)用中，該涂層可以是非催化的。
本發(fā)明還包括制造如上所述的涂覆膜微結(jié)構(gòu)的方法。按照一種方法，漿液通入結(jié)合了一個或多個內(nèi)空隙或微通道的膜微結(jié)構(gòu)中，所述內(nèi)空隙或微通道由玻璃、玻璃-陶瓷和/或陶瓷材料構(gòu)成的微通道壁限定。漿液可以在壓力下通過該膜微結(jié)構(gòu)的兩面上的進口導入微通道，使?jié){液在所述多孔膜的上面和下面完全填充微通道。該漿液可包含催化劑載體和催化劑，這種情況下，可以在一個步驟中將涂層施用在微通道壁和多孔膜上。在另一個實施方式中，該漿液可以只包含催化劑載體。這種實施方式中，在第二處理步驟，采用下面將詳細描述的浸漬催化劑的方法，將催化劑沉積在催化劑上或整個載體上。
漿液優(yōu)選包含一個液相，該液相構(gòu)成或含有用于氧化物催化劑載體的永久性無機粘合劑的前體。無機粘合劑，通常是金屬氧化物粘合劑，根據(jù)其能否有效形成所需內(nèi)孔結(jié)構(gòu)的粘性涂層進行選擇。粘合劑的組成可以和催化劑載體的組成相同或不同，其前體通常是有機金屬或金屬的無機化合物，能夠溶于或很好分散在漿液的液相中。
微通道填充了漿液后，從微通道除去一部分漿液，在許多微通道壁上，較好是多孔膜的兩面上涂覆該漿液層。通常，采用(例如)強制通風循環(huán)、真空抽吸或與該漿液不混溶的其它一些流體，從微反應(yīng)器的出口排出該漿液。然后，該膜微結(jié)構(gòu)與其包含的漿液層優(yōu)選進行干燥，并加熱到至少能從該漿液充分除去液相的溫度，形成一涂層。除去液相后，優(yōu)選立刻進一步加熱，固化或部分燒結(jié)該涂層，但也可以推遲到沉積了其它層之后，再進一步加熱。因此，從涂層中除去液相之后，可以重復(fù)用漿液填充微通道、從微通道除去至少一部分漿液、干燥和加熱以除去液相的步驟，在最初的涂層上再形成一層或多層其它涂層。
可以重復(fù)上述過程，直到第一涂層和其它任何涂層的組合達到能為確定的催化反應(yīng)提供適當反應(yīng)動力學的厚度。最后進行加熱，固化最后的涂層以及所有被固化的下層。
在各涂層沉積后，沉積漿液期間，或者沉積了所有涂層后，在至少一個涂層，或更好是所有涂層上或其中提供催化活性的物質(zhì)。此外，可以在固化之前或之后，浸漬催化劑。
因此，這種方法提供了選擇在涂層的整個厚度上完全均勻分布催化劑，或者是層狀涂層，這些層不僅含有不同的催化物質(zhì)，而且相鄰的層在厚度、孔隙率或這兩方面都不同。還可以任選進行一些步驟來改變組成、孔的形態(tài)或為使涂層適用于特定應(yīng)用目的的催化劑載體的其它性質(zhì)。例如，催化劑或其它添加劑可包含在漿液的組合物中，或者沉積在加入該漿液的粉末化的氧化物催化劑載體上。后一種方式特別有效，能在固化后確保催化劑寬范圍分布在催化劑載體的整個厚度上。
還可用作任選漿液組分的是成孔添加劑，可以通過隨后的熱處理或化學處理來改進層的孔結(jié)構(gòu)。在該漿液中也可以包含促進沉積的層在干燥前膠凝的組分，作為增加沉積層厚度、改進最后涂層的孔隙率或控制沉積層的幾何形狀的一種手段。
可被浸漬到涂層內(nèi)的特定催化活性物質(zhì)的組成并不重要，但是可以根據(jù)常規(guī)實踐來確定，如根據(jù)特定應(yīng)用或必須使用所述涂層的處理環(huán)境。優(yōu)選使用的常規(guī)催化劑至少包含元素周期表第VIII A族的貴金屬催化劑，以及元素周期表IV A、V A、VI A、VII A和VIII A族的過渡金屬。為該涂層可接受的催化劑載體包括但不限于，氧化鋁，特別是γ-氧化鋁，細粒度的勃母石，二氧化硅，氧化鋁氧化硅(alumina silica)以及分子篩，例如但不限于沸石、二氧化鈦和/或氧化鋯。
有關(guān)涂覆的微結(jié)構(gòu)的制造方法的詳細說明可參見同時申請的序列號為EP03293327.7的專利。
下面參照圖8-10，詳細描述制造涂覆的微結(jié)構(gòu)的方法。如圖8所示，在壓力傳送漿液92的源90，例如但不限于注射器，與進口端38和出口端40合作，輸送漿液92通過進口端38和出口端40，進入微通道32和34。在一個實施方式中，輸送漿液92至微通道32和34，直到所述微通道32和34被完全填充，從出口42排出漿液92。如上所述，此時，漿液92包含催化劑載體，并包含或不包含催化劑。為此討論目的，假設(shè)漿液92包含催化劑載體和催化劑。
微通道32和34被漿液92填充后，使?jié){液覆蓋所有微通道的壁表面14和22，所述壁表面分別限定了微通道32和34，至少一部分漿液92被排出或從微通道32和34除去，如圖9所示。根據(jù)揭示的方法的一個實施方式，強制空氣96的源94優(yōu)選與進口端38合作，輸送強制空氣96通過微通道32，并從出口端42排出。當強制空氣96在微通道32中通行時，迫使?jié){液92的明顯部分通過出口端42，并在出口端42共同操作下進入收集器98。通過出口端40，在微通道34上施加真空抽吸(未示出)，對微通道34達到基本相同的結(jié)果。如圖9所示，完成該過程后，漿液層100保持附著在微通道壁14和22以及多孔膜30的表面上。
使?jié){液層干燥，優(yōu)選同時暴露于低流速的空氣流中并持續(xù)足夠的時間，從漿液層除去大部分液相。如圖10所示，涂覆了漿液層100的膜微結(jié)構(gòu)10位于熱源102內(nèi)，加熱到一定溫度，以充分固化該漿液層100，并將該層結(jié)合到微通道壁14和22以及多孔膜30上。一般而言，涂覆有漿液層100的膜微結(jié)構(gòu)10可以在惰性氣體104存在下加熱。加熱后，該涂覆的膜微結(jié)構(gòu)10包含固體涂層，該涂層包含均勻分散在涂層106的整個厚度上的催化劑載體和催化劑。在一個實施方式中，涂層106覆蓋了與膜微結(jié)構(gòu)10內(nèi)的微通道相對的所有內(nèi)壁表面和多孔膜表面。
上述方法可以重復(fù)許多次，在前面的漿液層100的頂部施涂另外的漿液層100，產(chǎn)生許多層固體涂層106。此外，該涂層106可以按兩步法(未示出)施涂。根據(jù)這種方法，漿液92不包含催化劑。按照上述步驟，對含催化劑載體的漿液進行輸送、除去、干燥和加熱，之后，在加熱之前或之后，將含所需催化劑的溶液輸送到涂覆漿液的微通道32和34，以浸漬含催化劑的漿液層，或含催化劑的涂層(如果焙燒后)。
形成玻璃多孔薄層(如，實現(xiàn)的厚度為200微米)的方法包括平刮和干燥方法，使用水性介質(zhì)和可水溶的聚合物。例如，使用熱磁板，在一燒杯中于60℃混合約30g羥乙基纖維素(HEC)與約600g的熱去離子水(DI)。用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至約8-9。在該混合物中加入粒度小于或等于約20微米的玻璃粉，并靜置過夜。還可以使用超聲波器件來除去所有產(chǎn)生的氣泡。然后，將該混合物倒入一個容器，置于振動式旋轉(zhuǎn)混合器上至少24小時。將該混合物平刮在一個MYLARTM平板上，靜置干燥，可制成膜。約24小時后，小心從該板上剝下所述的膜。用剪刀修剪該膜至正確尺寸，置于兩個玻璃陶瓷的平支撐件上，隨后加熱至約590℃。將該膜堆疊在兩個有玻璃浮雕微結(jié)構(gòu)的玻璃板之間，制成的組件于620℃烘焙。采用這種特定的方法，混合量和強度、聚合物濃度以及粒度都可以改變，以獲得能用于所需應(yīng)用的膜。
權(quán)利要求
1.一種整體微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)包括第一板，包含限定第一凹進的多個第一壁；第二板，包含限定第二凹進的多個第二壁；玻璃、陶瓷、玻璃-陶瓷或其它非金屬多孔膜，設(shè)置在第一和第二板之間；其特征在于，第一板、第二板和多孔膜結(jié)合在一起，使多孔膜與多個第一和第二壁合作，限定出第一微通道以及與第一微通道流體連通的第二微通道。
2.如權(quán)利要求1所述的整體微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一板包含選自玻璃、陶瓷和玻璃-陶瓷的至少一種的材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的整體微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二板包含選自玻璃、陶瓷和玻璃-陶瓷的至少一種的材料。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的整體微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述膜包括中孔或大孔載體結(jié)構(gòu)。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的整體微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多孔膜包含大孔或中孔載體結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)中具有催化或非催化材料。
6.如權(quán)利要求5所述的整體微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述催化或非催化材料是微孔
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的整體微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一板和第二板在板界面上相互連接，使多孔膜被包封在所述整體微結(jié)構(gòu)內(nèi)。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的整體微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多孔膜在所述整體微結(jié)構(gòu)的中心部分上延伸，使第一板和第二板相互不接觸。
9.如上述權(quán)利要求中任一項所述的整體微結(jié)構(gòu)，所述整體微結(jié)構(gòu)還包括與所述膜流體連通的部件，所述部件選自微混合器、熱交換器、分離器、流動控制器、傳感單元、分析室和監(jiān)測室中至少一種。
全文摘要
公開一種膜微結(jié)構(gòu)器件(10)。所述膜微結(jié)構(gòu)器件(10)包含限定第一凹陷(32)的第一玻璃、陶瓷或玻璃－陶瓷板(12)，限定第二凹陷(34)的第二玻璃、陶瓷或玻璃－陶瓷板(20)，以及夾在第一板和第二板(12，20)之間的非金屬多孔膜(30)。第一板(12)、第二板(20)和多孔膜(30)結(jié)合在一起，設(shè)置多孔膜(30)，以覆蓋第一凹陷(32)和第二凹陷(34)，在第一板和多孔膜之間限定第一微通道，在第二板和多孔膜之間限定第二微通道，第一微通道與第二微通道流體相連。還揭示了制造膜微結(jié)構(gòu)器件的方法。
文檔編號B01D61/18GK1913960SQ200480041198
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者P·卡茲, C·C·蓋爾穆, D·勒圖爾納, J·-P·特蒙特, P·沃爾, N·J·瓦庫 申請人:康寧股份有限公司