DE10065138C2

DE10065138C2 - Process for the production of an aluminum oxide workpiece with a defined pore structure in the low temperature range and its uses

Info

Publication number: DE10065138C2
Application number: DE2000165138
Authority: DE
Inventors: Martina Kuehn; Tim Schmedders; Georg Grathwohl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-23
Filing date: 2000-12-23
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2020-12-24
Also published as: DE10065138A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden, harten und porösen Aluminiumoxid-Werkstückes mit einer entsprechend geforderten gerichteten Porenstruktur, welche sich nicht nur ausschließlich aus dem Herstellungsprozess ergeben kann gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie Verwendungen des Werkstückes gemäß der Patentansprüche 9-12.The invention relates to a method for producing a self-supporting, hard and porous aluminum oxide workpiece with an appropriately required directed Pore structure, which is not only derived from the manufacturing process can result according to the preamble of claim 1, as well as uses of Workpiece according to claims 9-12.

Die Herstellung von porösen Festkörpern im Niedertemperaturbereich durch ein Sol- Gel-Verfahren mit den Maßnahmen wie in den Ansprüchen unter a), b), d) und ggf. e), ist aus den Publikationen DE 196 27 924 A1, DE 198 25 419 A1, DE 44 30 669 A1, EP 029 78 27 A2 und JP 051 94 055 A bekannt. Es konnte gezeigt werden, daß für das Sol anstelle von Kieselsäure und Natriumsilikat wie z. B. in DE 196 27 924 A1, Anspruch 1 gezeigt, auch für die Sol-Gel-Technik geeignete Aluminiumverbindungen, wie Oxide oder Alkoxide von Al - vgl. DE 198 25 419 A1, DE 44 30 669 A1, EP 029 78 27 A2 - oder Natriumaluminat - vgl. JP 051 94 055 A - verwendet werden:
vgl. in DE 198 25 419 A1, Ansprüche 1 und 2 iVm Spalte 3, Zeile 23 bis Spalte 4 Zeile 3; vgl. in EP 029 78 27 A2, Anspruch 1 iVm Spalte 1 Zeilen 4 bis 23 sowie Spalte 4 Zeilen 29 bis 31 und 33; vgl. in. JP 051 94 055 A gesamtes Dokument.The production of porous solids in the low temperature range by a sol-gel process with the measures as in claims a), b), d) and optionally e) is known from the publications DE 196 27 924 A1, DE 198 25 419 A1, DE 44 30 669 A1, EP 029 78 27 A2 and JP 051 94 055 A are known. It could be shown that instead of silica and sodium silicate such as e.g. B. in DE 196 27 924 A1, claim 1, also suitable for the sol-gel aluminum compounds, such as oxides or alkoxides of Al - see. DE 198 25 419 A1, DE 44 30 669 A1, EP 029 78 27 A2 - or sodium aluminate - cf. JP 051 94 055 A - the following are used:
see. in DE 198 25 419 A1, claims 1 and 2 in conjunction with column 3 , line 23 to column 4, line 3 ; see. in EP 029 78 27 A2, claim 1 in connection with column 1 lines 4 to 23 and column 4 lines 29 to 31 and 33 ; see. in. JP 051 94 055 A entire document.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist also die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Aluminiumoxidwerkstückes mit definierter Porenstruktur im Niedertemperaturbereich.The object of the present invention is therefore to provide a method for Production of an aluminum oxide workpiece with a defined pore structure in the Low temperature range.

In Anlehnung an eine silikatische Werkstoffsynthese ergibt sich erfindungsgemäß ein vergleichbarer, sogenannter zellulärstrukturierter Aluminatwerkstoff mit den für Aluminiumoxid eigenen und typischen Eigenschaften. Verglichen mit Silicarodherstellungsverfahren, welche wesentlich umfangreicher sind, wird durch die Erfindung ein keramischer Aluminiumoxidwerkstoff und ein Herstellungsverfahren zur Erlangung eines Aluminiumoxidwerkstoffes mit definierter poröser Zielstruktur beschrieben.In accordance with a silicate material synthesis, the result according to the invention is comparable, so-called cellular structured aluminate material with those for Alumina own and typical properties. Compared to Silica manufacturing processes, which are much more extensive, are characterized by the Invention a ceramic alumina material and a manufacturing method for Acquisition of an aluminum oxide material with a defined porous target structure described.

Wie der Stand der Technik weiter darlegt, ist Maßnahme e) dann üblich, wenn alkalihaltige Ausgangsverbindungen eingesetzt werden, wie in DE 196 27 924 A1 oder JP 051 94 055 A gezeigt ist. As the state of the art further shows, measure e) is common when alkali-containing starting compounds are used, as in DE 196 27 924 A1 or JP 051 94 055 A is shown.

Insofern wird beim beanspruchten Verfahren mit den Maßnahmen a), b), d) und e) zunächst der gleiche Herstellungsweg wie in DE 196 27 924 A1 beschritten. Der Einsatz von Natriumaluminat anstelle von Natriumsilikat bzw. Wasserglas, Aluminiumoxidfasern anstelle von Mikroglasfasern und Al(OH)₃ bzw. AlOOH anstelle von pyrogener Kieselsäure (vgl DE 196 27 924 A1, Spalte 4, Zeilen 34 bis 37) liegt nur im Bereich fachmännischer Überlegungen.In this respect, the measures a), b), d) and e) in the claimed process are initially followed by the same production route as in DE 196 27 924 A1. The use of sodium aluminate instead of sodium silicate or water glass, aluminum oxide fibers instead of micro glass fibers and Al (OH) ₃ or AlOOH instead of pyrogenic silicic acid (see DE 196 27 924 A1, column 4 , lines 34 to 37 ) is only within the range of expert considerations ,

Allerdings unterscheidet sich das beanspruchte Verfahren von DE 196 27 924 A1 und dem weiteren Stand der Technik in der Maßnahme c), ein Einfrieren des Gels zur Ausbildung von Eiskristallen, um nach dem Trocknen trichterförmige, gerichtete Porenkanäle zu erhalten. Dies wurde bislang nicht beschrieben.However, the claimed method differs from DE 196 27 924 A1 and the further prior art in measure c), a freezing of the gel Formation of ice crystals to form funnel-shaped, directional after drying To maintain pore channels. This has not been described so far.

Die Keramik enthält ohne die Kopplung mit einem anderen Verfahren Meso-, Mikro- und Makroporen, welche in unregelmäßiger Verteilung aus dem verfahrensgemäßen Syntheseprozess, dem Sol-Gel-Prozess, welcher bei der Synthese durchlaufen wird, entstehen.The ceramic contains meso-, micro- and macropores, which are distributed irregularly from the process Synthesis process, the sol-gel process, which is carried out during the synthesis, arise.

Zum Zweck der Realisierung betrifft die Erfindung des weiteren angemessene Quantitäten vorteilhafter Rohstoffe für den porösen Werkstoff, um beispielsweise eine Gelierung herbeizuführen, ohne die dieses Verfahren in der Form nicht durchführbar ist.For the purpose of implementation, the invention further relates appropriately Quantities of advantageous raw materials for the porous material, for example one To cause gelation without which this method cannot be carried out in the form.

Die Anwendung eines Gefriertrocknungsverfahrens ist Gegenstand eines exemplarischen Fallbeispiels und kann offensichtlich hilfreich sein, um die erfindungsgemäße Zielstruktur zu erlangen.The use of a freeze-drying process is the subject of a exemplary case study and can obviously be helpful to the to achieve the target structure according to the invention.

Als bereits bekannte Verfahren zum Formen von porösen Werkstoffen mit einer bestimmten Zellstruktur können Gläser oder metallische Werkstoffe durch unterschiedliche Methoden wie z. B. Pressformen, Schlicker- und Spritzgießen oder gewöhnliches Trockenbefüllen einer Negativform gebildet werden. Die so hergestellten Körper unterscheiden sich von dem der Erfindung zugrunde liegenden Werkstoffes in ihrer Eigenschaftsausprägung am deutlichsten in ihrem spezifischen Gewicht, das wesentlich größer ist.As a known method for forming porous materials with a Glasses or metallic materials can go through certain cell structure different methods such as B. molds, slip and injection molding or ordinary dry filling of a negative mold are formed. The so produced Bodies differ from the material on which the invention is based in their characteristics most clearly in their specific weight, the is much larger.

Als praktischer Zweck zur anwendungsbezogenen Nutzung wird die Herstellung eines Membranwerkstoffs als Kapillarrohr beschrieben, durch den, in Abhängigkeit der Porengröße, osmotische und Filtrationseffekte hervorgerufen werden und ein Langzeitgebrauch der keramischen Membran auch in aggressiven Medien erzeugt werden kann. As a practical purpose for application-related use, the production of a Membrane material described as a capillary tube, through which, depending on the Pore size, osmotic and filtration effects are created and a Long-term use of the ceramic membrane also generated in aggressive media can be.

Neben der prädestinierten Anwendung des Endprodukts in der Trenntechnik soll auch die Anwendung des Werkstoffs in der Energietechnik anhand eines Fallbeispiels erläutert werden. Der sonst durch die Abhängigkeit zur Laufstrecke erzeugte Gegendruck einer mobilen Phase wird durch die Form der erzeugten Porenstruktur minimiert, weil der effektiv wirksame kleinste Porendurchmesser erst an der äußeren Oberfläche zum tragen kommt. Ein Vorteil der Erfindung liegt in dem angestrebten Niedertemperaturprozess zur Werkstoffsynthese, da der Formkörper zur Verfestigung nicht zwingend einen notwendigen Brenn-, Sinter- und Pyrolyseprozess durchläuft. Deshalb kann durch die zur Anwendung kommende mildere Konsolidierungstemperatur die Dotierung mit Zusätzen, die selbst keine hohen thermischen Beständigkeiten aufweisen, gelingen.In addition to the predestined application of the end product in separation technology, the application of the material in energy technology using a case study are explained. The one otherwise generated by the dependence on the running route Back pressure of a mobile phase is created by the shape of the pore structure minimized because the effectively effective smallest pore diameter is only on the outer Surface comes into play. An advantage of the invention lies in the aim Low temperature process for material synthesis, because the molded body for solidification does not necessarily go through a necessary firing, sintering and pyrolysis process. Therefore, due to the milder consolidation temperature used doping with additives that do not themselves have high thermal resistance exhibit, succeed.

Das Endprodukt des Werkstoffs kann z. B. der Produkttrennung von flüssigen oder gasförmigen Stoffen dienen, weil grundsätzlich der Formkörper für diese Produkte durchlässig ist und die einzelnen Komponenten eines Gemisch nicht nur aufgrund ihrer sterischen Größe voneinander getrennt werden können, sondern auch unterschiedlich stark von dem erfindungsgemäßen Werkstoff oberflächlich adsorbiert werden können. Diese Effekte können aufgrund der thermischen Beständigkeit des Werkstoffendprodukts reversibel und beliebig oft wiederholt werden. Grundsätzlich kann der Werkstoff von mobilen Phasen verschiedenster Aggregatzustände durch- und umströmt werden. Gegenüber der oberflächlichen Umströmung einer Pulverschüttung ergeben sich daraus auch in Bezug auf den erzielten Gegendruck Vorteile. Trotz kleiner Volumina von Formkörpern aus dem Werkstoff steht eine große innere Oberfläche zur Reaktion zur Verfügung, welche gerade auch in Hinblick auf katalytische Reaktionen günstig ist.The end product of the material can e.g. B. the product separation of liquid or serve gaseous substances because basically the molded body for these products is permeable and the individual components of a mixture not only because of their steric size can be separated, but also different can be strongly adsorbed superficially by the material according to the invention. These effects can be due to the thermal resistance of the End product can be reversed and repeated as often as required. in principle the material can go through and of mobile phases of various aggregate states flow around. Compared to the superficial flow around a powder bed This also gives advantages in terms of the back pressure achieved. Despite being smaller Volumes of moldings made of the material have a large inner surface Reaction available, which also with regard to catalytic reactions is cheap.

Der Werkstoff kann z. B. im Verbund mit anderen niedertemperaturbeständigen Werkstoffen den elektrischen Plus- und Minuspol (Kathode und Anode) ausbilden, wenn eine elektrische Leitfähigkeit des grundsätzlichen Isolatorskeletts des erfindungsgemäßen Werkstoffes durch beispielsweise eine Kohlenstoffdotierung erzeugt wird, welche in einem nachgeschalteten Brennprozess nicht pyrolytisch aus der Werkstoffmatrix abgetrennt wird. Insgesamt wird die in der Summe neutral verlaufende Synthesereaktion geteilt.The material can e.g. B. in conjunction with other low temperature resistant Materials form the electrical positive and negative pole (cathode and anode), if an electrical conductivity of the basic insulator skeleton of the material according to the invention by, for example, carbon doping is generated, which is not pyrolytic from the Material matrix is separated. Overall, the total is neutral Synthesis reaction shared.

Nach dem homogenen Vermengen der Rohstoffe starten zeitgleich drei unterschiedlich schnell ablaufende jeweils aluminiumoxidbildende Reaktionen, die aus dem bedingt fließfähigen Sol ein gummiartiges Gel erzeugen. Durch den folgenden Gefrierprozess wird das von außen nach innen gerichtete Porenwachstum so gesteuert, dass sich zur äußeren Bauteiloberfläche hin kleinere Poren ergeben.After the homogeneous mixing of the raw materials, three start differently at the same time fast-running aluminum oxide-forming reactions that result from the flowable sol produce a rubbery gel. Through the following freezing process the pore growth directed from the outside in is controlled in such a way that result in smaller pores on the outer component surface.

An diesen Verfahrensschritt schließt sich nun ein Prozess an, durch den es gelingt, selbst im anschließenden Auslaug- oder Brennprozeß die skelettartige Gerüst- oder Zellstruktur des erfindungsgemäßen Werkstoffes vollständig oder teilweise beizubehalten.This process step is now followed by a process through which even in the subsequent leaching or firing process the skeletal framework or Cell structure of the material according to the invention completely or partially maintain.

Um den Niedertemperaturbereich bei der erfindungsgemäßen Werkstoffsynthese nicht zu verlassen, wird der eigentliche Konsolidierungsschritt durch den eines chemischen Auslaugprozesses substituiert. Der erzeugte Gelkörper wird dabei nicht gebrannt, sondern die erzeugte Struktur bei Raumtemperatur durch eine chemische Behandlung stabilisiert und nicht der thermischen Behandlung unterzogen, welche sich je nach Zielorientierung auf die erzeugten Festigkeitseigenschaften im Endprodukt auswirken kann.Not around the low temperature range in the material synthesis according to the invention leaving, the actual consolidation step is through that of a chemical Leaching process substituted. The gel body generated is not burned, but the structure created at room temperature by chemical treatment stabilized and not subjected to the thermal treatment, which varies depending on Target orientation affect the strength properties generated in the end product can.

Wie schon in DE 196 27 924 A1 mit einem Silikatgerüst beschrieben, findet im vorliegenden Patent die Synthese des erfindungsgemäßen keramischen Werkstoffes zu einem Aluminatgerüst Anwendung, so dass praktisch keine glasartige sondern eine keramische Zellstruktur als großvolumige Phase ausgebildet wird.As already described in DE 196 27 924 A1 with a silicate framework, takes place in present patent the synthesis of the ceramic material according to the invention an aluminate framework application, so that practically no glassy but one ceramic cell structure is formed as a large-volume phase.

Das Alumination ist wie die analog zusammengesetzte, isostere Orthokieselsäure, aus der sich das in DE 196 27 924 A1 hergestellte CBS (Continuous Bed Silica) herleitet, nicht beständig, sondern kondensiert unter Wasseraustritt zu höhermolekularen Oxoverbindungen, welche dann die keramische Gerüststruktur ausbilden können. Trotz der geringeren Wertigkeit des Aluminiums gegenüber dem Silizium lassen sich parallele chemische Verhaltensweisen entsprechend molekularer Verbindungen in Versuchen bestätigend ermitteln.The illumination is like the analog composite isostere orthosilicic acid which is derived from the CBS (Continuous Bed Silica) produced in DE 196 27 924 A1, not stable, but condenses to higher molecular weight under water Oxo compounds, which can then form the ceramic framework structure. Despite The lower value of aluminum compared to silicon can be parallel chemical behavior according to molecular compounds in experiments determine confirmatively.

Vereinfacht kann der dotierte erfindungsgemäße Werkstoff als eine Art Verbundwerkstoff betrachtet werden, wobei die skelettartige Keramik Partikel mit besonderen Eigenschaften derart in ihrer zellartigen Struktur einbindet, dass diese trotz ihrer geringen Partikelgröße durch diese Struktur fest umschlossen und für durchströmende Medien zugänglich sind, ohne dass diese Teilchen aus der festen keramischen Phase herausgelöst werden können. Simplified, the doped material according to the invention can be used as a kind Composite material can be considered, with the skeleton-like ceramic particles integrates special properties in such a way in their cell-like structure that despite their small particle size is firmly enclosed by this structure and for flowing media are accessible without these particles from the solid ceramic phase can be detached.

Der sich ergebende poröse Werkstoff entspricht in angemessener Dicke der geforderten mechanischen Stabilität mit einer angemessenen Reserve und kann deshalb im Einsatz universell und variabel sein, weil keine merkliche Abhängigkeit von chemischen und thermischen Wechselwirkungen besteht. Der erfindungsgemäße Werkstoff kann aus mehreren Schichten im Stapel gebildet sein und sich z. B. aus einem stabilen Träger und einer Membran oder aus unterschiedlichen Membranwerkstoffen als Kompositmembranen oder auch in einem Stapel zusammensetzen, wie z. B. für eine Brennstoffzelle im Anwendungsbeispiel der Fig. 4 dargestellt.The resulting porous material corresponds in an appropriate thickness to the required mechanical stability with an adequate reserve and can therefore be universal and variable in use because there is no noticeable dependence on chemical and thermal interactions. The material of the invention can be formed from several layers in the stack and z. B. from a stable support and a membrane or from different membrane materials as composite membranes or in a stack, such as. B. for a fuel cell in the application example of FIG. 4.

Vorzugsweise sind Versteifungen innerhalb des Werkstoffs aus verschiedenen Werkstoffmaterialien wie z. B. Glas, Metall, Keramik, Kohlefaser u. ä. denkbar und können die mechanische Stabilität oder Leitfähigkeit der Fritte vorteilhaft beeinflussen. Eine Darstellungsvariante erklärt sich bildlich z. B. aus dem Gitter eines Bleiakkumulators.Stiffeners within the material are preferably made of different materials Material materials such as B. glass, metal, ceramic, carbon fiber u. conceivable and can advantageously influence the mechanical stability or conductivity of the frit. One variant of the illustration is explained e.g. B. from the grid one Lead-acid battery.

Versteifungen können in der Ausführung deshalb natürlich auch einer Fuge um die jeweilige poröse Keramik z. B. als Fritte entsprechen. Es können beispielsweise aber auch Verstrebungen aufgeklebt, aufgedruckt oder z. B. im Spritzgußverfahren hergestellt vorliegen.Stiffeners can of course also be used in the execution of a joint around the respective porous ceramics z. B. correspond as frit. However, for example also braces glued, printed or z. B. manufactured by injection molding available.

In dem Herstellungsprozess wird die lokale Phasengrenze und die Änderung des Aggregatzustandes der Komponenten durch die Temperatur beeinflusst, so dass sich neben einer möglichen Phasentrennung das Kristallwachstum des ehemals flüssigen Lösungsmittels beim Gefrieren ergibt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Ausprägung der Eiskristalle allein durch den Einfrier- und Auftauverlauf der erfindungsgemäßen Verfahrensmethode dargestellt, so dass sie die kanalförmige, gerichtete Porenstruktur erzeugt. Überlagert ist dieser Prozessschritt von dem in dem Lösungsmittel erzeugten Gel, das aus dem Sol der Rohstoffkomponenten gebildet wird. In nachfolgenden Prozessschritten, die auch Gegenstand der Erfindung sind, kann das eingefrorene Lösungsmittel direkt, vorzugsweise durch Auftauen und Trocknen, in den gasförmigen Zustand überführt oder durch Sublimation dem System entzogen werden.In the manufacturing process, the local phase boundary and the change in Physical state of the components influenced by the temperature, so that in addition to a possible phase separation, the crystal growth of the formerly liquid Solvent when freezing results. In the method according to the invention Expression of the ice crystals solely through the freezing and thawing process of the represented method method according to the invention, so that they the channel-shaped, directed pore structure generated. This process step is superimposed on that in the Solvent produced gel, which is formed from the sol of the raw material components. In subsequent process steps, which are also the subject of the invention, this can be done frozen solvents directly, preferably by thawing and drying, in the gaseous state can be transferred or withdrawn from the system by sublimation.

Eine vorteilhafte Ausführung ist zur Verdeutlichung des Prinzips in der Fig. 4 dargestellt. Es wird eine Brennstoffmonozelle gezeigt, die sich aus einer elektrisch leitfähigen Anode 7 und Kathode 8 (jeweils dotierter Werkstoff) zusammensetzt, zwischen denen elektrisch nichtleitfähige Phosphorsäure 10 in einem nichtleitfähigen hochporösen Material 9 aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff eingeschlossen ist, um keinen Kurzschluß zwischen Anode und Kathode zu verursachen.An advantageous embodiment is shown in FIG. 4 to illustrate the principle. A fuel monocell is shown, which is composed of an electrically conductive anode 7 and cathode 8 (each doped material), between which electrically non-conductive phosphoric acid 10 is enclosed in a non-conductive, highly porous material 9 made of the material according to the invention, in order to avoid a short circuit between the anode and cathode to cause.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der nachgeschalteten Prozessschritte des Verfahren und der Methode sind sehr variabel und prinzipiell auf einen Vorgang zur Stabilisierung der gewonnenen erfindungsgemäßen Keramik beschränkt und sollen deshalb nicht speziell beschrieben werden. Generell wird durch die verwendeten Komponenten vor dem Einfrieren aus dem Sol ein Gel mit sehr kleiner und zufällig verteilter Porenstruktur erzeugt. Dieses gummiartige Gel wird durch die Gefrierbehandlung mit einer den Körper über das gesamte Volumen bezogenen gerichteten, kanalförmigen Porenstruktur versehen, welche durch den nachfolgenden Lösungsmittel- und Natriumionenentzug stabilisiert wird. Die im Gelkörper kleinen und gleichmäßig chaotisch verteilten Poren werden durch große kanalförmige gerichtete Poren 4 in Fig. 2 z. T. ersetzt. Durch diesen Prozess entstehen sehr kleinporige Wandungen, welche die Festigkeitseigenschaften der erzielten Formkörper vorteilhaft beeinflussen können.Further advantageous embodiments of the downstream process steps of the method and of the method are very variable and are principally limited to a process for stabilizing the ceramic according to the invention obtained and are therefore not to be described specifically. In general, the components used generate a gel with a very small and randomly distributed pore structure from the sol before freezing. Through the freezing treatment, this rubber-like gel is provided with a directional, channel-shaped pore structure, which covers the body over the entire volume and is stabilized by the subsequent removal of solvent and sodium ions. The small and uniformly chaotically distributed pores in the gel body are characterized by large channel-shaped pores 4 in FIG . T. replaced. This process creates very small-pore walls, which can have an advantageous influence on the strength properties of the molded bodies obtained.

Die Skelettstruktur der eigentlichen Keramik wird als keramische Zellstruktur bezeichnet, die aus einem Aluminiumoxid oder Hydroxid bzw. deren Mischung oder Anteilen mit einem Silikat oder deren Gemisch auch mit Dotierungen erzeugt werden kann. Die skelettartige Struktur kann als monolithisch bezeichnet werden, selbst wenn ein Verbund mit einem Dotierungsmittel vorliegen würde.The skeletal structure of the actual ceramic is called the ceramic cell structure referred to, which consists of an aluminum oxide or hydroxide or a mixture thereof Shares with a silicate or a mixture thereof can also be generated with doping can. The skeletal structure can be said to be monolithic, even if a compound with a dopant would be present.

Im Verbund mit dem gleichen Werkstoff, der nicht dem Gefrierprozess unterzogen wurde, ergibt sich ein Kompositwerkstoff aus kleinen unregelmäßig verteilten Poren und gerichteten Poren. Die Deckschicht wird als Verbund in einem zweiten Prozessschritt aufgetragen und hat aufgrund der Dicke keinen mechanischen Festigkeitsbeitrag zu erzielen. Diese zweite Schicht kann als dünner Überzug mit Membraneigenschaften betrachtet werden.In combination with the same material that is not subjected to the freezing process a composite material results from small, irregularly distributed pores and directed pores. The top layer is a composite in a second Process step applied and has no mechanical due to the thickness To achieve strength contribution. This second layer can be used as a thin coating Membrane properties are considered.

Während des Einfriervorganges wird die Gesamtreaktion in die Teilreaktionen einer Phasentrennung und dem Kristallwachstum des Lösungsmittels aufgeteilt.During the freezing process, the overall reaction becomes a partial reaction Phase separation and the crystal growth of the solvent split.

Eine anorganische Filterplatte mit einer dem Herstellungsverfahren entsprechenden Porengröße zeichnet sich durch eine hohe chemische und physikalische Beständigkeit aus und lässt sich praktisch aus einem Stapel von Filtermembranen ableiten. Aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen kann sie auch als PTFE freie Gasdiffusionsmembran z. B. in einer beispielsweise sauren Brennstoffzelle sinnvolle Anwendung finden.An inorganic filter plate with a manufacturing process Pore size is characterized by a high chemical and physical resistance and can practically be derived from a stack of filter membranes. Out for practical and economic reasons it can also be free of PTFE Gas diffusion membrane z. B. sensible in an acidic fuel cell, for example Find application.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Niedertemperaturkeramik bereitzustellen.The present invention is based on the problem of a method for producing it to provide a low-temperature ceramic.

Aufeinanderfolgende Kombinationen mehrerer verschiedener poröser Werkstoffe z. B. als Sandwich sind möglich und können interessante und z. T. spezialisierte Anwendungen ergeben. Siehe Fig. 4.Successive combinations of several different porous materials such. B. as a sandwich are possible and can be interesting and z. T. specialized applications result. See Figure 4.

Zur Materialmodifizierung ist auch der Einschluss anderer katalytisch aktiver Teilchen in der zellulären Struktur der Keramik denkbar. Dafür kommen z. B. verschiedene Stoffkomponenten in Betracht. Das sind z. B. elektrisch leitende, metallorganische Verbindungen, Oxide, Karbide, Metalle, Gläser oder aber andere Verbindungen bzw. Stoffe geringer Teilchengröße. Damit kann beispielsweise Einfluss auf die elektrische, thermische und optische Leitfähigkeit genommen werden.The inclusion of other catalytically active particles is also a material modification conceivable in the cellular structure of ceramics. For this come z. B. different Components into consideration. These are e.g. B. electrically conductive, organometallic Compounds, oxides, carbides, metals, glasses or other compounds or Small particle size fabrics. This can influence, for example, the electrical, thermal and optical conductivity are taken.

Die zur Anwendung kommende erfindungsgemäße Verfahrenstechnik zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Werkstoffes der Fig. 2, 3 ergibt aufgrund der angestrebten Porenstruktur einen spezialisierten Materialwerkstoff zum universellen Nutzen, z. B. in der Trenn- und Umwandlungstechnik. Vorteilhafte Modifizierungen zur Anwendungsvielfalt können z. B. zum Zweck der Produktion umgesetzt werden. Denkbar sind z. B. Filter, Katalysatoren, Speicher, Kapillarrohre u. a. Bauteile, die z. B. aus vielen und komplexen Bauteilen irreversibel im Verbund aufgebaut sein können.The process technology according to the invention used to produce the material according to the invention from FIGS. 2, 3 results in a specialized material material for universal use due to the desired pore structure, e.g. B. in separation and conversion technology. Advantageous modifications to the variety of applications can, for. B. implemented for the purpose of production. Are conceivable, for. B. filters, catalysts, storage, capillary tubes, etc. Components that, for. B. can be built up irreversibly from many and complex components in the composite.

In der Regel sind beliebige Systeme für den jeweiligen Anwendungsfall vorstellbar, die aber alle auf dieselbe Art, die Methode und das Verfahren hergestellt werden.As a rule, any systems for the respective application are conceivable but all are made in the same way, method and procedure.

Bevorzugte Weiterbildungen für den jeweiligen Anwendungsfall sind gerade auch in Bezug auf den jeweiligen Maßstab gegeben.Preferred further developments for the respective application are also in Given in relation to the respective scale.

Nachfolgend werden bevorzugt vorstellbare Ausgestaltungen von Produkten, die sich aus der Erfindung ergeben können, in der schematischen Darstellung eines Gebrauchsmusters in den Fig. 3, 4 näher erörtert.In the following, conceivable configurations of products, which can result from the invention, are discussed in more detail in the schematic representation of a utility model in FIGS. 3, 4.

In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:

Fig. 1 Schematische Darstellung einer Dampf und Rauchgasabscheidung, Fig. 1 shows a schematic representation of a steam and flue gas deposition,

Fig. 2 ein nach Beispiel 1 hergestellter Werkstoff als Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme Fig. 2 shows a material produced according to Example 1 as a scanning electron micrograph

Fig. 3 Dargestellt ist die schematische Zeichnung für den prinzipiellen Einfrierprozess Fig. 3 is shown the schematic drawing for the basic freezing process

Fig. 4 Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines möglichen Gebrauchsmusters als Brennstoffzellenmembran Fig. 4 representation of the basic structure of a possible utility model as a fuel cell membrane

Bevor anhand der Figuren die bevorzugte Verwendung detaillierter erörtert wird, soll vorab das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines stellvertretenden Fallbeispiels für den Werkstoff genau beschrieben werden. Zur Anwendung kommen zur Herstellung eines säurebeständigen Niedertemperaturwerkstoffes:
50 Gew.-Teile Natriumaluminatpulver, das in 10 Gew.-Teilen 50%iger Natronlauge unter einer Temperatur von 80°C gelöst wird. Alsdann wird die Lösung mit 40 Gew.- Teilen Wasser versetzt und ist als laugenüberschüssige Lösung entsprechend dem Wasserglas stabil und lagerfähig. Der Natriumsilikatlösung (Wasserglas) wird in Anlehnung eine Natriumaluminatlösung verfügbar gemacht und eingesetzt. Zu dieser Lösung werden 25 Gew.-Teile einer Mischung (40/60%) aus Aluminiumoxidfasern und gefälltem Aluminiumhydroxid als Pulver zugegeben, wobei das Hydroxid vergleichbar mit der pyrogenen Kieselsäure (Aerosil® 200) hergeleitet werden kann und als Fällungsprodukt eine mittlere Teilchengröße von 40 nm aufweist. Das Pulver wird aus Aluminiumoxidfasern und Aluminiumhydroxid in getrocknetem und zerkleinertem Zustand mit der Natriumaluminatlösung vermengt. Ohne Zugabe von Wasser entsteht daraus eine bedingt fließfähige Suspension, die als Sol bezeichnet werden kann. Das Sol wird in die Negativform des Endprodukts gegeben und sodann fest verschlossen, so dass auch bei höherer Reaktionstemperatur das Lösungsmittel Wasser nicht verdunsten kann. Durch ein Austrocknen des Formkörpers während des Gelierungsprozesses steigt die Rissbildungsneigung des Endprodukts, weil dadurch Mikrorisse und Vorspannungen im Endprodukt erzeugt werden. Aus den zusammengemengten Edukten starten gleichzeitig unterschiedlich schnell verlaufende und verschiedene jeweils Aluminiumoxidprodukte bildende Polykondensationsreaktionen mit einem Überschuss an Natriumionen, welche am Aufbau der skelettartigen Struktur des Gelkörpers durch Netzwerkbildung beteiligt sind. Während der Gelierung wird ein dreidimensional ausgebildetes Raumnetzwerk mit keramischer Gerüststruktur und sehr geringer Porengröße ausgestaltet. Die Größe der Poren ist im Umfang gleich der Summe der jeweiligen Vernetzungslängen zwischen den einzelnen Knotenpunkten des Raumnetzes. Der Reaktionsvorgang zur Bildung des gummiartigen Gelkörpers geschieht temperaturabhängig, beschleunigt bei 60°C aus dem Sol. Es bildet sich zeit- und temperaturabhängig aus dem Sol ein gummiartiges und formstabiles Zwischenprodukt, das Gel. Wird dieses Produkt nun dem Gefrierprozess unterzogen, wachsen Lösungsmittelkristalle gerichtet von außen nach innen und verleihen dem ansonst regellosen Porensystem eine orientierte Richtung mit Porenkanälen, die von außen nach innen gerichtet sind und die z. T. trichterförmige Geometrien aufzeigen. Wird das Produkt so zwischenbehandelt, dann kann dem System anschießend das Lösungsmittel z. B. durch Gefriertrocknung entzogen werden, damit die Porenstruktur in dem Formkörper erhalten bleibt und nicht durch Diffusion und Neuordnung der Raumnetzstruktur ineinander zerfließen und dadurch aufgelöst werden. Das Zwischenprodukt kann aber im Gelzustand auch weiterbehandelt werden, wenn ein regelloses Raumnetz angestrebt wird. Zu diesem Zweck werden dem Gel alle Natriumionen durch Auslaugen entzogen. In unserem Fallbeispiel wird dies durch eine ca. 10%ige Mineralsäure gestaltet. Dazu wird der Gelformkörper so mit 2 Liter Säure in Kontakt gebracht, indem er eingetaucht wird.Before the preferred use is discussed in more detail with reference to the figures, the method according to the invention is to be described in detail beforehand using a representative case example for the material. The following are used to manufacture an acid-resistant low-temperature material:
50 parts by weight of sodium aluminate powder, which is dissolved in 10 parts by weight of 50% sodium hydroxide solution at a temperature of 80 ° C. Then the solution is mixed with 40 parts by weight of water and is stable and storable as an alkali-excess solution corresponding to the water glass. The sodium silicate solution (water glass) is made available and used based on a sodium aluminate solution. 25 parts by weight of a mixture (40/60%) of aluminum oxide fibers and precipitated aluminum hydroxide are added to this solution as a powder, the hydroxide being comparable to pyrogenic silica (Aerosil® 200) and an average particle size of 40 as a precipitate nm. The powder is mixed from aluminum oxide fibers and aluminum hydroxide in the dried and crushed state with the sodium aluminate solution. Without the addition of water, this results in a conditionally fluid suspension, which can be referred to as sol. The sol is added to the negative form of the end product and then tightly closed, so that the solvent cannot evaporate even at a higher reaction temperature. Drying out of the molded body during the gelling process increases the tendency of the end product to crack, because this creates microcracks and prestresses in the end product. From the mixed starting materials, polycondensation reactions proceeding at different speeds and forming different aluminum oxide products simultaneously start with an excess of sodium ions, which are involved in building up the skeletal structure of the gel body through network formation. During the gelation process, a three-dimensional network with a ceramic structure and a very small pore size is created. The size of the pores is the same as the sum of the respective network lengths between the individual nodes of the spatial network. The reaction process for the formation of the rubber-like gel body is temperature-dependent, accelerates from the sol at 60 ° C. Depending on the time and temperature, the gel forms a rubber-like and dimensionally stable intermediate, the gel. If this product is now subjected to the freezing process, solvent crystals grow directed from the outside inwards and give the otherwise irregular pore system an oriented direction with pore channels which are directed from the outside inwards and which, for. T. show funnel-shaped geometries. If the product is treated in this way, then the system can then the solvent z. B. can be removed by freeze-drying so that the pore structure is retained in the molded body and does not flow into one another by diffusion and rearrangement of the spatial network structure and are thereby dissolved. However, the intermediate product can also be further treated in the gel state if an irregular spatial network is desired. For this purpose, all sodium ions are extracted from the gel by leaching. In our case study, this is shaped by an approx. 10% mineral acid. For this purpose, the gel molded body is brought into contact with 2 liters of acid by immersing it.

Nur die Unterseite des Gelkörpers taucht an seiner Oberfläche über den gesamten Umfang ca. 1 mm in die Mineralsäure ein. Der Prozess des Auslaugens gestaltet sich durch Osmose- und Diffusionsprozesse als zeitabhängig.Only the underside of the gel body dips over its entire surface Circumference about 1 mm into the mineral acid. The leaching process is shaping up due to osmosis and diffusion processes as time-dependent.

Die Zeitdauer des Auslaugprozesses ist umgekehrt zur Schichtdicke des Formkörpers proportional, und der überstehende Gelkörper darf während der gesamten Prozessdauer nicht austrocknen. Das Endprodukt kann nach dem Auslaugen mit reinem Lösungsmittel neutral gespült werden.The duration of the leaching process is the reverse of the layer thickness of the shaped body proportional, and the protruding gel body is allowed during the entire process do not dry out. The final product can be leached with pure Solvent rinsed neutral.

Da Aluminiumhydroxidgele wie auch Kieselgele die Erscheinung des Alterns und der Adsorptionsfähigkeit zeigen, wird das Hydroxid als frisch gefälltes Produkt bereitgestellt und nur gelinde bei minimaler Temperatur getrocknet, um zu vermeiden, dass bereits Alterungsprozesse die Synthese des Werkstoffs vereiteln. Das Produkt sollte deshalb auch nicht über einen längeren Zeitraum gelagert werden.Since aluminum hydroxide gels as well as silica gels have the appearance of aging and Show adsorbability, the hydroxide is a freshly precipitated product provided and only mildly dried at minimum temperature to avoid that aging processes already thwart the synthesis of the material. The product should therefore not be stored for a longer period of time.

Application example 1 for the production of a freeze-structured ceramic Preparation of a sodium aluminate sol

- Sodium aluminate solution (46% solution in excess sodium hydroxide solution) 760 parts by weight
- Alumina fibers ground 40 parts by weight, mixed with fresh produced aluminum hydroxide 60 parts by weight

Das so erzeugte Sol wird bei 60°C für mehrere Stunden getempert, so dass sich aus dem Sol ein Gelkörper ergibt. Das nun vorliegende Gelprodukt wird einem Gefrierprozess und nachfolgendem Trocknungsprozess unterzogen. Dem durch Trocknen stabilisierten, porösen Körper werden in dem nun folgenden Auslaugungsprozess mit 9%iger, durch Rühren bewegter Mineralsäure die verbliebenen Natriumionen entzogen, damit bei höheren Temperaturen später keine Glasphase entstehen kann. Der so hergestellte Formkörper ist stabil und kann auch weiter in einem keramischen Brennprozess zu einer Sinterkeramik verarbeitet werden. Ohne diesen Prozessschritt kann das Produkt auch beispielsweise mit bis zu 40% Kohlenstoff in Form von Ruß oder Graphit dauerhaft dotiert sein, ohne wahrnehmbare Festigkeitseinbußen festzustellen.The sol thus produced is annealed at 60 ° C for several hours, so that from the Sol is a gel body. The gel product now present is undergoing a freezing process and subjected to the subsequent drying process. The stabilized by drying, porous bodies are in the following leaching process with 9% Stirring agitated mineral acid removed the remaining sodium ions, so higher temperatures later no glass phase can arise. The so made Shaped body is stable and can continue to become a ceramic firing process Sintered ceramics are processed. Without this process step, the product can also for example with up to 40% carbon in the form of carbon black or graphite be endowed without noticeable loss of strength.

Application example 2 for the production of a freeze-structured composite ceramic Preparation of a sodium aluminate sol

- Sodium aluminate solution (46% solution in excess sodium hydroxide solution) 760 parts by weight
- Ground aluminum oxide fibers, 40 parts by weight, mixed with fresh aluminum hydroxide produced, 60 parts by weight

Das nun vorliegende gummiartige Gelprodukt kann als Komposit auf eine gefrierstrukturierte, oberflächlich angetaute Keramik (Anwendungsbeispiel 1) als Dünnschicht aufgebracht werden, um in einem folgenden chemischen Verfestigungsprozess einen stabilen Verbund zu erzeugen. Diese chemische Konsolidierung findet beschleunigt bei 60°C über mehrere Stunden in einem verschlossenen Gefäß statt, so dass kein Lösungsmittel während der gesamten Prozessdauer verdunsten kann. The present rubber-like gel product can be applied as a composite to a freeze-structured, surface-thawed ceramic (application example 1 ) as a thin layer in order to produce a stable bond in a subsequent chemical consolidation process. This chemical consolidation takes place accelerated at 60 ° C for several hours in a closed vessel, so that no solvent can evaporate during the entire process.

Die Vorgänge der jeweiligen Teilreaktionen verlaufen separat und sind in der Summe abzuleiten aus der Herleitung des Sol-Gel Prozesses und des Gefrierprozesses. Die strenge Abfolge der einzelnen Prozeduren ist dabei nur eine unabdingliche Folge zur Erzielung des jeweils gewünschten Endproduktes mit speziellen Eigenschaften. Dabei sind aus der gleichen Rezeptur, jeweils über das komplexe erfindungsgemäße Verfahren, unterschiedliche Methoden in den Fallbeispielen abgeleitet worden, die aber alle poröse Werkstoffe einer hochbeständigen Keramik beinhalten, wodurch sich aber den jeweiligen Endprodukten unterschiedliche Anwendungen erschließen.The processes of the respective partial reactions run separately and are in total to be derived from the derivation of the sol-gel process and the freezing process. The strict sequence of the individual procedures is only an essential consequence Achievement of the desired end product with special properties. there are from the same recipe, each over the complex according to the invention Procedures, different methods have been derived in the case studies, but the all porous materials contain a highly resistant ceramic, but this means that open up different applications for the respective end products.

Der gallertartige Niederschlag des rhombisch kristallinen Metahydroxides γ-AlO(OH) (Böhmit, D. 3,01) kann als Kondensationsprodukt des Hydroxids z. B. dieses auch substituieren, da bei der Synthese des erfindungsgemäßen Werkstoffes diese Stufe in einem Zwischenschritt offensichtlich durchlaufen wird. Das monokline γ-Al(OH)₃ kann z. B. aus Lösungen mit CO₂ oder Ammoniak ausgefällt werden, z. B. nach CO₂ + 2Na[Al(OH)₄] zu 2Al(OH)₃ + Na₂CO₃+H₂O, so wie auch in den Fallbeispielen beschrieben.The gelatinous precipitate of the rhombic crystalline metahydroxide γ-AlO (OH) (Boehmite, D. 3.01) can be used as the condensation product of the hydroxide z. B. also substitute this, since in the synthesis of the material according to the invention this step is obviously carried out in an intermediate step. The monoclinic γ-Al (OH) ₃ can e.g. B. precipitated from solutions with CO ₂ or ammonia, e.g. B. after CO ₂ + 2Na [Al (OH) ₄ ] to 2Al (OH) ₃ + Na ₂ CO ₃ + H ₂ O, as described in the case studies.

Bevorzugte Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahren werden anhand der Fallbeispiele weiter in den Fig. 1-4 näher erörtert. Zur Anwendung kommt in der Fig. 3 das Anwendungsbeispiel 1, in dem in schematisch bildlicher Darstellung das Ergebnis des Gefrierprozesses erläutert wird. Dargestellt ist ein Hohlzylinder, der dem Prozess des Gefrierens im Anschluss an die Gelmatrixbildung ausgesetzt wurde. Während des Gefrierens ist der Innenraum 1 des Formkörpers mit einem zylindrischen Kunststoffkern geringer Wärmeleitfähigkeit ausgefüllt und dadurch verschlossen. Der Temperaturverlauf des vorher auf Raumtemperatur gehaltenen Formkörpers ist in einem Gradienten von außen nach innen ansteigend, so dass durch die Herabsetzung der äußeren Umgebungs- bzw. Oberflächentemperatur 5 unterhalb des Gefrierpunktes sich senkrecht zur ausbildenden Gefrierfront stehende Eiskristalle aus dem Lösungsmittel kristallisieren, die gerichtet von außen zum Innenraum 1 hin wachsen und dem Temperaturverlauf folgend nach innen hin größer werden. Die Eiskristalle hinterlassen kanalförmige, gerichtete Poren 4 in der Hohlzylinderwand 3,2. In den sich anschließenden Prozessen wird das entstandene Gerüst stabilisiert und für eine Gebrauchsanwendung dauerhaft fixiert.Preferred applications of the method according to the invention are further discussed with reference to the case examples in FIGS. 1-4. In FIG. 3, application example 1 is used , in which the result of the freezing process is explained in a diagrammatic illustration. A hollow cylinder is shown which has been exposed to the process of freezing following the gel matrix formation. During freezing, the interior 1 of the molded body is filled with a cylindrical plastic core of low thermal conductivity and is thereby closed. The temperature profile of the shaped body previously kept at room temperature increases in a gradient from the outside inwards, so that due to the lowering of the external ambient or surface temperature 5 below the freezing point, ice crystals perpendicular to the freezing front forming crystallize from the solvent and are directed from the outside grow towards the interior 1 and become larger inwards following the temperature curve. The ice crystals leave channel-shaped, directed pores 4 in the hollow cylinder wall 3 , 2 . In the subsequent processes, the resulting scaffold is stabilized and permanently fixed for use.

In einem zweiten Prozessschritt wird das so erzielte Endprodukt des Anwendungsbeispiels 1 weiterverarbeitet und ergibt das Anwendungsbeispiel 2. Dazu wird die Gelmatrix auf das Rohr im Innen- oder/und Außenraum aufgebracht und so fixiert, indem kein Gefrierprozess mehr durchlaufen wird. Dadurch ergibt sich eine kleine, unregelmäßig verteilte Porenstruktur in einer zweiten dünnen Oberflächenschicht. Diese Schicht hat aufgrund der erzielten Porengröße und Durchlässigkeit für mobile Phasen den Charakter einer permeablen Membran und kann in der Dicke einer einzelnen Membran oder eines Membranenstapels hergestellt werden. Aus diesem Kompositprodukt kann ein erweitertes Anwendungsfeld innerhalb der Trenntechnik erschlossen werden.In a second process step, the end product of application example 1 thus obtained is processed further and results in application example 2 . For this purpose, the gel matrix is applied to the tube in the interior and / or exterior and fixed in such a way that no freezing process is carried out. This results in a small, irregularly distributed pore structure in a second thin surface layer. Due to the pore size and permeability to mobile phases, this layer has the character of a permeable membrane and can be produced in the thickness of a single membrane or a membrane stack. An expanded field of application within separation technology can be developed from this composite product.

In der Fig. 4 wird eine Kompositmembran einer phosphorsauren Keramik- Brennstoffzelle dargestellt. Diese besteht aus einer Anode 7, einer Kathode 8 und einem mit Phosphorsäure getränkten Zwischenraum 10 gefüllt mit einer hochporösen Keramik 9 als nichtleitendem Abstandshalter zwischen den Elektroden. Im unteren Teil 12 wird die Brennstoffzelle mit dem Brenngas H₂ 13 gefüllt, welches in ionischer Form, nachdem es an der Anode 7 seine Elektronen abgestreift hat, die dann über einen Verbraucher zur Kathode 8 laufen, durch die Phosphorsäure 10 zur zweiten Elektrode 8 wandern und an der Kathode 8 mit dem Oxidationsgas, vorzugsweise Luft 14, zu Wasser reagieren. Der Reaktionsprozess ist exotherm, weshalb das Oxidationsprodukt das System in der Gasphase als Wasserdampf verlässt.In FIG. 4 is a composite of a phosphoric acid fuel cell ceramic is represented. This consists of an anode 7 , a cathode 8 and a space 10 impregnated with phosphoric acid filled with a highly porous ceramic 9 as a non-conductive spacer between the electrodes. In the lower part 12 , the fuel cell is filled with the fuel gas H ₂ 13, which in ionic form, after stripping off its electrons at the anode 7 , which then pass through a consumer to the cathode 8 , migrate through the phosphoric acid 10 to the second electrode 8 and react at the cathode 8 with the oxidizing gas, preferably air 14 , to form water. The reaction process is exothermic, which is why the oxidation product leaves the system in the gas phase as water vapor.

Entsprechend der Fig. 1 lassen sich auch Substanzen auf der Oberfläche des Werkstoffmaterials 16 adsorbieren, so dass über einen angemessenen Temperaturgradienten auch Wasserdampf aus Luft (entsprechend einem System aus CBS dotiert mit Kohlenstoff) adsorbiert werden kann. Die Adsorptionseigenschaften des undotierten erfindungsgemäßen Werkstoffmaterials lassen sich über ein geeignetes Dotierungsmaterial maßschneidern, so dass es ebenso möglich ist, verglichen mit der FAP Dieseltechnologie von Peugeot, einen entsprechenden Rußfilter zu konstruieren, der unverbrannte Komponenten praktisch in einem Nachbrenner so oxidiert, dass diese den Verbrennungsraum als CO₂ und Wasser verlassen oder aber einen Rauchgasfilter maßzuschneidern, der Rauchgasmoleküle der Verbrennungsluft durch Absorption bindet. Denkbar sind auch Systeme, die als dotierter Thermokollektor, ergänzt durch eine Spannungsquelle, elektrolytisch Wasser spalten, dem schon Energie in Form von Wärme zugeführt wurde. According to FIG. 1, substances can also be adsorbed on the surface of the material material 16 , so that water vapor from air (corresponding to a system made of CBS doped with carbon) can also be adsorbed via an appropriate temperature gradient. The adsorption properties of the undoped material according to the invention can be tailored using a suitable doping material, so that it is also possible, compared to Peugeot's FAP diesel technology, to construct a corresponding soot filter that practically oxidizes unburned components in an afterburner so that they are the combustion chamber Leave CO ₂ and water or tailor a flue gas filter that binds flue gas molecules in the combustion air through absorption. Systems are also conceivable that electrolytically split water as a doped thermal collector, supplemented by a voltage source, to which energy in the form of heat has already been added.

Reference symbol list for the description, the case study and the drawings

11

Hohlzylinder Innenraum
Hollow cylinder interior

22

Poröse Hohlzylinderwandfront
Porous hollow cylinder wall front

33

Poröse Hohlzylinderwand
Porous hollow cylinder wall

44

Porenkanal mit trichterförmiger Geometrie
Pore channel with funnel-shaped geometry

55

Gerichtete Kältefronteinwirkung
Directed exposure to cold front

66

Brennstoffzellenmembran als Komposit
Fuel cell membrane as a composite

77

Anode
anode

88th

Kathode
cathode

99

Hochporöse Keramik
Highly porous ceramics

1010

Phosphorsäure
phosphoric acid

1111

Filterplatte
filter plate

1212

Brenngaskammer
Fuel gas chamber

1313

Wasserstoff
hydrogen

1414

Luft
air

1515

Gasmaus
gas mouse

1616

Granulatfüllung
granulate

1717

Fritte, durchlässig für mobile Phasen
Frit, permeable to mobile phases

1818

Zuleitung des Dampfs/Gases
Steam / gas supply

1919

Fließrichtung der bewegten Phase
Flow direction of the moving phase

2020

Pore
pore

2121

Skelettstruktur als undotierter Basiswerkstoff
Skeleton structure as undoped base material

Claims

1. Method for producing an aluminum oxide workpiece with a defined pore structure in the low temperature range with the following steps:

a) preparing a sol from a mixture of aluminum hydroxide or AlOOH, aluminum oxide fibers and aqueous, excess alkali sodium aluminate solution,
b) converting the homogeneous sol into a gel,
c) freezing the gel to form ice crystals from the solvent,
d) removal of the solvent by thawing and drying in order to achieve funnel-shaped pore channels which taper towards the outer surface of the workpiece,
e) withdrawal of sodium ions by leaching with mineral acid,
f) possibly carrying out a firing and sintering process

2. The method according to claim 1, characterized in that a sol
760 parts by weight of sodium aluminate solution (46% aqueous solution in excess sodium hydroxide solution)
40 parts by weight of ground aluminum oxide fibers
60 parts by weight of freshly precipitated aluminum hydroxide
is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that to modify the workpiece in the sol Material materials made of glass, metal, ceramic, carbon or electrical conductive organometallic materials are added.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that to modify the support structure of the Workpiece to the sol siloxanes or silicates are added.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the workpiece a surface treatment, preferably mechanical processing or Coating.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the pore size of the Workpiece is reduced by a coating.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the workpiece as Composite made with the same material of a different morphology becomes.

8. The method according to claim 7, characterized in that the material of the other morphology without Freezing out of the rubbery gel is obtained.

9. Use of the workpiece produced according to one of claims 1 to 8 as membrane permeable to gases and liquids within the separation technology, especially as a capillary tube.

10. Use of the workpiece produced according to one of claims 1 to 8 as Gas diffusion membrane in a fuel cell.

11. Use of the workpiece produced according to one of claims 1 to 8 as Filters, especially as soot, flue gas or adsorption filters.

12. Use of the workpiece produced according to one of claims 1 to 8 as Catalyst.