ES2305482T3 - Filtro de alumina aglomerado por reaccion y soporte de membrana. - Google Patents

Filtro de alumina aglomerado por reaccion y soporte de membrana. Download PDF

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Robert L. Goldsmith
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Abstract

Un sustrato poroso de alúmina alfa, que comprende: un monolito sinterizado de material poroso que define una pluralidad de galerías, que tienen paredes de galerías que se extienden longitudinalmente desde la cara de un extremo del monolito a lo largo de la longitud del monolito hasta una cara del extremo opuesto; el monolito extraído a partir de una mezcla que contiene al menos un polvo metálico de aluminio y un polvo de alúmina, y se seca para formar un monolito crudo, conteniendo la mezcla los polvos de aluminio y de alúmina en una proporción controlada para minimizar el cambio de volumen del monolito sinterizado a partir del que tiene el monolito crudo, a menos de aproximadamente el 5%; siendo la superficie específica de dichas paredes de las galerías de al menos 300 m 2 /m 3 del monolito; y siendo el diámetro medio de poro de dicho material poroso mayor que aproximadamente 1 mum.

Description

Filtro de alúmina aglomerado por reacción y soporte de membrana.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a un mejorado cuerpo filtrante poroso de alúmina, formado a partir de un sustrato monolítico extruído. El cuerpo está formado por mezclas de si8nterización que contienen polvos de aluminio y de alúmina en una atmósfera oxidante (por ejemplo, aire). Durante la sinterización del cuerpo, tiene lugar la oxidación del metal con una expansión concomitante que contrarresta la contracción originada por la sinterización, dando un cambio de volumen global que es despreciablemente pequeño o cero. El cuerpo resultante es muy permeable a los gases y a los líquidos, y se puede usar con fines de filtración o como soporte para una membrana semipermeable.
Antecedentes de la invención
Monolitos alveolares cerámicos. Se desarrollaron inicialmente monolitos alveolares cerámicos extruídos como soportes de catalizadores para convertidores catalíticos de automoción, convertidores catalíticos medioambientales para instalaciones en lugares fijos, y filtros de partículas para motores diésel. Estos monolitos tienen una multiplicidad de galerías que se extienden desde la cara de un extremo a una cara del extremo opuesto. La estructura celular se forma mediante el proceso de extrusión, con una densidad celular tan baja como 1,4 celdas por centímetro cuadrado, hasta tan alta como 217 celdas por centímetro cuadrado. Para monolitos con secciones transversales circulares, los diámetros pueden ser tan grandes como 30 centímetros o mayores. La longitud de estos monolitos en extrusión puede estar por encima de 1,83 metros y está limitada por factores tales como las instalaciones disponibles para el secado uniforme y la sinterización. Existen numerosas patentes para estos monolitos producidos a partir de cordierita (por ejemplo, Lachman y Lewis en la Patente de EE.UU. 3.885.997, y Frost y Holleran en la Patente de EE.UU. USP 3.899.326) y carburo de silicio (por ejemplo, Stobbe en las Patentes de EE.UU. 5.195.319 y 5.497.620). En general, estos monolitos, especialmente aquellos con diámetros más grandes y longitudes más largas, son difíciles de producir a partir de la mayoría de los materiales cerámicos. La cordierita se ha de manera producido relativamente fácil porque tiene un coeficiente de expansión térmica (CET) bajo, de aproximadamente 2 \times 10^{-7}/ºC a 1 x 10^{-6}/ºC. Este CET bajo minimiza las tensiones térmicas y mecánicas durante la sinterización y el proceso de enfriamiento, permitiendo la sinterización de estos monolitos y evitando la rotura durante la sinterización. Los monolitos de carburo de silicio con un CET más alto, de aproximadamente 3,5-4 \times 10^{-6}/ºC tienen propiedades térmicas y mecánicas superiores que permiten su sinterización y enfriamiento sin rotura. En primer lugar, la conductividad térmica relativamente alta del carburo de silicio (por ejemplo, >5W/m\cdotK) reduce los gradientes térmicos dentro del monolito. En segundo lugar, la resistencia mecánica relativamente alta permite mayor tolerancia a las tensiones durante la sinterización y el enfriamiento. En tercer lugar, y aplicable al objeto de esta invención, el cambio de volumen durante la sinterización es muy pequeño, normalmente una contracción de aproximadamente el 1-2%. Esta propiedad de "proximidad a la forma neta" es importante para sinterizar cuerpos cerámicos de forma que minimiza las tensiones internas durante el ciclo de sinterización, reduciendo por ello el riesgo de fallo mecánico.
En resumen, los presentes métodos para elaborar monolitos con estructura alveolar implican la extrusión de materiales discontinuos convenientemente plásticos a través de una matriz, seguida de un secado y sinterización a una temperatura apropiada para producir el monolito final. La elección de materiales disponibles actualmente para la fabricación de monolitos está restringida a aquellos que tienen un CET muy bajo o exhiben una contracción despreciable (<2-5% lineal)durante la sinterización con el fin de impedir la deformación y/o el agrietamiento de de los canales de los monolitos durante la sinterización y el posterior enfriamiento. En la actualidad, los monolitos con estructura alveolar están únicamente disponibles comercialmente en materiales con CET relativamente bajo, tales como la cordierita, mullita y el carburo de silicio. Aunque la cordierita y la mullita son materiales relativamente no caros, sus durabilidades químicas son inferiores a las de los materiales cerámicos de óxidos exentos de silicio. La durabilidad química del carburo de silicio es significativamente mayor, pero los costes de fabricación relativamente altos asociados con la sinterización a elevadas temperaturas (>2000ºC), en una atmósfera inerte, hacen el uso del carburo de silicio una propuesta cara para muchas aplicaciones en ingeniería. También, cuando se usa para ciertas aplicaciones, que incluyen las que implican revestimiento de membrana, los monolitos de carburo de silicio pueden padecer una limitación de la durabilidad química. Específicamente, la superficie de carburo de silicio se oxida fácilmente a sílice. La unión entre un revestimiento superpuesto de membrana y esta interfase de sílice puede estar sometida a ataque químico, especialmente por parte de soluciones alcalinas.
Monolitos cerámicos porosos como soportes de membranas. Los monolitos de material cerámico poroso se usan ampliamente como soportes para cuerpos filtrantes y dispositivos filtrantes de membrana cerámica, y la técnica de la patente contiene descripciones de monolitos producidos a partir de muchos diferentes materiales. Quizás, la primera descripción estuvo en la Publicación de Patente Francesa 2.061.933, presentada el 3 de octubre de 1969 por el Commissariat a L'Energie Atomique, que describe un monolito multicanales de alúmina \alpha como soporte para membranas de ultrafiltración de alúmina \alpha. En 1978, Hoover y Roberts (Patente de EE.UU 4.069.157) describió el uso de monolitos alveolares de cordierita como soportes para membranas formadas dinámicamente. En 1984, Gillot y colaboradores, presentaron un documento "New Ceramic Filter Media for Cross-Flow Microfiltration and Ultrafiltration" (Nuevos medios filtrantes de material cerámico para microflitración y ultrafiltración con flujo transversal) (Filtra 1984 Conference, 2-4 de octubre, 1984) que describía el uso de membranas de alúmina \alpha sinterizada depositadas sobre soportes de monolitos de alúmina \alpha sinterizada, relacionada íntimamente con la patente francesa CEA anteriormente mencionada. Abe, y colaboradores, (Patente de EE.UU. 4.894.160) describieron el uso alúmina \alpha unida con arcilla como soporte monolítico alveolar. En 1993, Faber y Hudgins describieron el uso de óxido de titanio como un soporte monolítico de membranas (Patente de EE.UU. 5.223.318). En 1995, Castillon y Laveniere (Patente de EE.UU. 4.415.775) describieron el uso de una mezcla de monolitos de óxido de titanio/alúmina \alpha como soportes de membranas. Grangeon y Lescoche describieron soportes monolíticos de óxido metálico que contenían óxido de titanio junto con otros óxidos metálicos, especialmente alúmina (Patentes de EE.UU. 5.5607.586 y 5.824.220).
En general, la alúmina \alpha porosa, configurada en estructuras monolíticas y tubulares, es el material más común usado como soporte para membranas de material cerámico. Estos materiales porosos de alúmina \alpha se producen muy comúnmente sinterizando una alúmina monodispersa a temperaturas de 1600ºC a 1800ºC. El uso de arcilla, u otros óxidos metálicos, o aglomerantes reactivos de alúmina \alpha fina, pueden reducir la temperatura de sinterización necesaria.
Se han usado monolitos alveolares de gran diámetro para soportes de membranas para dispositivos de membrana con flujo transversal. Por ejemplo, las patentes de Hoover y Roberts (Patentes de EE.UU. 4.069.157), Hoover e Iler (Patente de EE.UU. 4.060.488), Goldsmith (Patentes de EE.UU. 4.781.831, 5.009.781, y 5.108.601), Faber y Frost Patente de EE.UU. 5.641.332), Yorita y colaboradores (Patente de EE.UU. 5.855.781), y Rajnik y colaboradores (Patente de EE.UU. 6.077.436) describieron estos dispositivos.
Se han usado monolitos similares de gran diámetro como filtros terminales, especialmente para filtración de gases de escape de motores diésel. Los dispositivos iniciales para filtros de motores diésel están descritos por Outland (Patente de EE.UU. 4.276.071), Higuchi y colaboradores (Patentes de EE.UU. 4.293.357, 4.340.403 y 4.364.760), Berg y colaboradores (Patente de EE.UU. 4.364.761), Picher (Patentes de EE.UU. 4.329.162 y 4.417.908), y otra amplia técnica de patentes.
Se han usado estructuras monolíticas similares como soportes de membranas para filtros de membranas terminales en los que las galerías de los monolitos están revestidas con una membrana y los extremos de las galerías están cegados, por ejemplo, en un "modelo en tablero de ajedrez adyacente, alternativo", típico de los filtros de los escapes de los motores diésel, Goldsmith y colaboradores (Patente de EE.UU. 5.114.581). Estos filtros se pueden usar para la separación de partículas procedentes de un gas o de un líquido.
Los anteriores monolitos de gran diámetro usados como soportes de membranas (o cuerpos filtrantes) han sido todos diseños conceptuales o hechos de materiales cerámicos (cordierita, mullita o carburo de silicio) que se pueden extruir con éxito, secarse y sinterizarse en partes de gran diámetro mientras que mantienen la integridad mecánica. El inconveniente decisivo de los materiales cerámicos y los materiales cerámicos compuestos formados mediante un procedimiento semejante es la contracción lineal normalmente elevada que tiene lugar entre el cuerpo crudo y el producto final, normalmente en el intervalo del 5% al 15%. Esta contracción es problemática cuando se trata de mantener la forma y las dimensiones den una parte. La contracción durante la sinterización y el enfriamiento puede conducir a la formación de grietas y otros defectos, hasta incluir la rotura de las partes grandes.
Materiales de alúmina aglomerados por reacción. Claussen ha descrito materiales de alúmina aglomerados por reacción (RBAO), en los que la alúmina \alpha y los cuerpos cerámicos relacionados se sinterizan usando precursores que muestran una "forma próxima a la neta" en la sinterización, es decir tiene lugar un cambio de volumen despreciable al sinterizar el cuerpo crudo (no cocido) hasta el estado sinterizado (Claussen, Patente de EE.UU. 5.607.630). El procedimiento RBAO incluye el uso polvos metálicos y de materiales cerámicos en las formulaciones discontinuas para formar los cuerpos crudos. Durante el calentamiento, el polvo metálico sufre una expansión volumétrica como consecuencia de la oxidación, y este aumento de volumen contrarresta la contracción normal debida a la sinterización de los constituyentes del polvo de material cerámico. El trabajo de Claussen y el de los otros varios grupos activos en el campo de los RBAO se enfoca en la fabricación de cuerpos próximos a la forma neta con una porosidad baja a despreciable. Esta baja porosidad y pequeño tamaño de poro se consigue, en parte, porque los polvos metálicos y de material cerámico usados en la formación de cuerpos se reduce hasta aproximadamente 1 \mum mediante molienda por desgaste agresivo. También se usan contenidos relativamente altos de polvos metálicos, y esto conduce al llenado del volumen de los poros durante la expansión oxidativa del metal.
Claussen y colaboradores han descrito también la fabricación de análogos cuerpos cerámicos próximos a la forma neta a partir de otros materiales cerámicos (Claussen y colaboradores, en las Patentes de EE.UU. 5.326.519, 5.843.859, 6.025.065 y 6.051.277).
También se ha informado de variaciones en la química del proceso, que incluye la incorporación de ZrO_{2} en el cuerpo del RBAO (Wu y colaboradores, J. Am. Ceram. Soc. 76(1993)970), la oxidación de un precursor metálico de Ba-Fe a hexaferrita de bario (Ward y Sandhage, J. Am. Ceram. Soc., 80(1997)1508), y la oxidación de aluminio con SiC para formar materiales compuestos de mullita/alúmina/SiC (Wu y Claussen, J. Am. Ceram. Soc. 77(1994)2898). Los resultados de Wu y colaboradores se incluyeron también, en parte, en las patente de Claussen citados anteriormente. En todos los casos, sin embargo, la intención ha sido formar una parte cerámica densa con porosidad esencialmente no abierta.
Monolitos de alúmina aglomerados por reacción como soportes de membranas. El mecanismo de aglomerado por reacción de Claussen ha sido extendido a las membranas cerámicas de alúmina por Andriansens y colaboradores del instituto belga V.I.T.O. (documento EP 766.995 A1), que describe el posible uso de soportes de membranas de RBAO. Las características de estos soportes de membranas de RBAO están descritos de forma más completa en documentos técnicos publicados por el V.I.T.O. (Luyten y colaboradores, "\textdollarhaping of a RBAO membrane support" (Conformado de un soporte de membranas de RBAO), Key. Eng. Mat., 132-136, 1691-1694 (1997); Vercammen y colaboradores, "Porous Reaction Bonded Alumina: Machining and Joining Properties" (Alúmina porosa aglomerada por reacción: propiedades de unión y mecanizado), Key. Eng. Mat., 132-136, 1703-1706 (1997); Luyten y colaboradores, "\textdollarhaping of Multilayer Ceramic membranas by Dip Coating" (Conformado de membranas cerámicas multicapas mediante revestimiento por inmersión), J. Eur. Cer. Soc., 17, 273-279(1997); y Vercauteren y colaboradores, "Porous Ceramic Membranes: Preparation, Transport Properties and Applications" (Membranas cerámicas porosas: preparación, propiedades de transporte y aplicaciones), J. of Porous Materials, 5(1998) (241-258). Estos soportes se caracterizan porque se ha seguido el procedimiento de Claussen, y los soportes de membranas de RBAO se han tratado como soportes para membranas de separación de gases. Se emplearon precursores en polvos muy finos y/o molienda intensa para reducir el tamaño del polvo del precursor. Como tal, los soportes prensados tienen un tamaño de poro muy fino (<0,2 \mum de diámetro) y por consiguiente tendrán una permeabilidad mucho más baja que los soportes de membranas basados en monolitos, de poro más grande, anteriormente descritos.
Otro informe más de un soporte de RBAO se dio en un documento de presentación en la 6ª Conferencia internacional sobre membranas inorgánicas, Montpellier, Francia, 26-30 de junio de 2000 (Ding y colaboradores, "Extruded Porous Reaction Bonded Alumina Support with Boehmite as Aid" (Soporte porosos extruídos de alúmina aglomerada por reacción con boehmita como adyuvante), documento P123)). Los soportes se extruyeron o bien con poli(alcohol vinílico) (PVA) o con boehmita como aglomerante. Se obtuvieron soportes con diámetro de poro de 0,65-0,85 \mum de diámetro y una porosidad del 41-43%.
Otro grupo más de investigación activo en el desarrollo de soportes de membranas de RBAO está en el Materials and Energy Research Center (Centro de investigación de la energía y materiales), Teherán, Irán (Falamaki y colaboradores, "RBAO Membranas/Catalyst Supports with Enhanced Permeability" (Soportes de RBAO para membranas/catalizadores con permeabilidad aumentada), J. Eur. Cer. Soc., 21, 2267-2274(2001). Este grupo ha informado de un procedimiento para hacer soportes de membranas de RBAO usando polvo fino de alúmina \alpha (tamaño de partícula de aproximadamente 1 \mum) y aluminio ligeramente molido (tamaño de partícula de aproximadamente 1 \mum). La diferencia en el método de preparación de este grupo es que la oxidación del aluminio tiene lugar como una reacción aluminio líquido (fundido)-gas, en vez de la reacción sólido-gas de Claussen y colaboradores. Los soportes de este grupo también tienen diámetros de poro bien por debajo de 1 \mum.
En todo el trabajo anterior con RBAO, tanto en la preparación de partes casi densas como en la de soportes porosos para membranas, no hay evidencia de que ningún trabajo anterior implicara la extrusión de monolitos porosos con estructura alveolar, como los descritos anteriormente. Además, para la cantidad limitada de trabajo llevado a cabo para los soportes de membranas, todas las estructuras tenían diámetros de poro por debajo de 1 \mum de diámetro. Como se describió anteriormente en la técnica del monolito para soportes de membranas, se requieren para ser adecuados, soportes porosos con tamaño de poro más grande y mayor permeabilidad. Esto es especialmente cierto para los soportes descritos por Goldsmith (patentes citadas anteriormente) para los monolitos usados para filtros de flujo transversal, filtros revestidos con membranas y filtros de partículas con el extremo cegado. Para estos, la superficie específica del filtro o de la membrana, con un nivel relativamente alto, por unidad de volumen de monolito (>300 m^{2}/m^{3}) y el alto nivel asociado de flujo filtrado o infiltrado requiere un soporte muy permeable. El análisis que sustenta esta conclusión se presenta en la Patente de EE.UU. 4.781.831. En los documentos de Hoover y Roberts (citados anteriormente) se describen
más análisis de los requisitos de permeabilidad para monolitos de alta superficie específica con gran diámetro.
Se ha informado de Ding y colaboradores: "Extruded Porous Reaction Bonded Alumina Support with Boehmite as Aid" Conferencia internacional sobre membranas inorgánicas nº 6; Montpellier, Francia, 26 de junio de 2000 (2000-06-26), que en la página 123, describe soportes porosos de alúmina aglomerada por reacción (PRBAO) con un tamaño de poro de 0,65 a 0,85 \mum, y una porosidad del 41% al 43%, preparado por extrusión con poli(alcohol vinílico) y sol de boehmita, y posterior sinterización.
También se ha informado de la Patente de EE.UU. US 4582677 (Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho) que describe un método para producir estructuras metálicas alveolares moldeadas de alta resistencia física y porosidad, método que comprende formar una estructura alveolar extruyendo, a través de una matriz, una mezcla amasada de un polvo metálico y un aglomerante capaz de formar una estructura de soporte en forma de espina para el polvo metálico con la aplicación de calor y, después de secar, sinterizar la estructura alveolar.
Resumen de la invención
Es, por lo tanto, un objeto de esta invención proporcionar un sustrato poroso de alúmina \alpha mejorado, en forma de un monolito de galerías múltiples extruído.
Es otro objeto más proporcionar un sustrato semejante que exhibe un cambio de volumen entre pequeño y despreciable en la sinterización del monolito crudo extruído.
Es un objeto más de esta invención proporcionar semejante sustrato poroso de alúmina \alpha en un monolito de gran diámetro con una gran cantidad de superficie específica de las paredes de las galerías del monolito, respecto al volumen del monolito.
Es un objeto más de esta invención proporcionar semejante sustrato que tiene un tamaño medio de poro y porosidad requeridos para servir como un soporte poroso basado en monolitos para un dispositivo de membrana que funciona por presión.
En las reivindicaciones principales y sub-reivindicaciones que se adjuntan, se exponen características esenciales y opcionales de la presente invención.
Esta invención resulta de la comprensión de que la fabricación de un sustrato de monolitos de alúmina \alpha semejante, requiere una composición una composición del monolito crudo que sufra un cambio mínimo de volumen en la sinterización, y que esto se puede llevar a cabo extruyendo un monolito que contenga al menos polvos metálicos de aluminio y de alúmina relativamente gruesa es una proporción tal que se puede controlar un cambio pequeño del volumen del monolito crudo en la sinterización. Esta invención resulta también de la comprensión de que se requieren ciertas propiedades de porosidad y de tamaño de poro mínimo del monolito para dispositivos de filtración de material compuesto basado en monolitos. Finalmente, esta invención comprende también que es necesario incorporar una alúmina (preferiblemente alúmina \alpha) de un tamaño de polvo por encima de un cierto mínimo para desarrollar el tamaño de poro mínimo para el uso eficaz de estos monolitos.
Esta invención caracteriza un sustrato poroso de alúmina \alpha que consta de un monolito sinterizado de material poroso que define una pluralidad de galerías que se extienden longitudinalmente desde la cara de un extremo del monolito, a lo largo de la longitud del monolito, hasta una cara del extremo opuesto. El monolito se extruye a partir de una mezcla que contiene al menos un polvo metálico de aluminio y un polvo de alúmina y se seca para formar un monolito crudo, conteniendo la mezcla los polvos de aluminio y de alúmina en una proporción controlada para minimizar el cambio de volumen del monolito sinterizado a partir del que tiene el monolito crudo. La superficie específica de las paredes de las galerías del sustrato es al menos de 300 m^{2}/m^{3}, y el diámetro medio de poro del material poroso es superior a aproximadamente 1 \mum.
En una realización preferida del sustrato de alúmina \alpha, el polvo de alúmina en la mezcla incluye un polvo de alúmina \alpha con un tamaño medio de partícula en el intervalo de aproximadamente 5-200 \mum. En otra realización del sustrato, el polvo de alúmina en la mezcla puede incluir además un polvo fino reactivo de alúmina \alpha. El monolito de alúmina \alpha sinterizada muestra un cambio de volumen al cocerlo de menos de aproximadamente el 5% del volumen del monolito crudo. También, se puede incluir en la mezcla un precursor de la alúmina \alpha, y este precursor forma alúmina \alpha en la sinterización del monolito crudo. Semejante precursor puede ser una alúmina de transición, hidróxido de aluminio, alúmina hidratada, un compuesto soluble de aluminio, y sus mezclas. Además, se puede mezclar otro óxido metálico con la mezcla usada para extruir el sustrato. Este óxido metálico se puede seleccionar del grupo consistente en circonia, titania, magnesia, y sus mezclas. La mezcla puede incluir también la adición de aditivos orgánicos para facilitar la extrusión y aglomerar el cuerpo crudo.
El sustrato preferiblemente tiene un diámetro hidráulico de al menos cinco centímetros. También, el diámetro medio de poro del material poroso del sustrato es preferiblemente 3 a 50 \mum, y la porosidad del material poroso es preferiblemente de aproximadamente 20 a 60% en volumen.
Una realización de esta invención es un dispositivo de filtración de materiales compuestos en el que el sustrato de alúmina \alpha tiene una membrana de filtración aplicada alas superficies de las paredes de las galerías del monolito. La membrana se puede seleccionar del grupo de membranas adecuadas para microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración, preevaporación y separaciones de gases.
Esta invención caracteriza un sustrato poroso de alúmina \alpha que consta de un monolito sinterizado de material poroso que define una pluralidad de galerías que se extiende longitudinalmente desde la cara de un extremo del monolito, a lo largo de la longitud del monolito, hasta una cara del extremo opuesto. El monolito se extruye a partir de una mezcla que contiene al menos un polvo metálico de aluminio y un polvo de alúmina y se seca para formar un monolito crudo, conteniendo la mezcla los polvos de aluminio y de alúmina en una proporción controlada para minimizar el cambio de volumen del monolito sinterizado a partir del que tiene el monolito crudo. La superficie específica de las paredes de las galerías del sustrato es al menos de 300 m^{2}/m^{3}, y el diámetro medio de poro del material poroso es superior a aproximadamente 1 \mum.
Otra realización de esta invención caracteriza un sustrato poroso de alúmina \alpha que consta de un monolito sinterizado de material poroso que define una pluralidad de galerías que se extiende longitudinalmente desde la cara de un extremo del monolito, a lo largo de la longitud del monolito, hasta una cara del extremo opuesto. El monolito se extruye a partir de una mezcla que contiene al menos un polvo metálico de aluminio y un polvo de alúmina y se seca para formar un monolito crudo, conteniendo la mezcla los polvos de aluminio y de alúmina en una proporción controlada para minimizar el cambio de volumen del monolito sinterizado a partir del que tiene el monolito crudo. El tamaño de partícula del polvo de alúmina es suficientemente grande, de forma que el diámetro medio de poro del material poroso es superior a aproximadamente 1 \mum, y la superficie específica de las paredes de las galerías del sustrato es de al menos 300 m^{2}/m^{3}.
Una realización preferida de esta invención caracteriza un sustrato poroso de alúmina \alpha en forma de un monolito sinterizado de material poroso que define una pluralidad de galerías que se extienden longitudinalmente desde la cara de un extremo del monolito, a lo largo de la longitud del monolito, hasta una cara del extremo opuesto. En esta realización, el monolito se extruye a partir de una mezcla que contiene al menos un polvo metálico de aluminio y un polvo de alúmina y se seca para formar un monolito crudo, conteniendo la mezcla los polvos de aluminio y de alúmina en una proporción controlada para minimizar el cambio de volumen del monolito sinterizado a partir del que tiene el monolito crudo. El polvo de alúmina \alpha tiene un tamaño medio de partícula en el intervalo de aproximadamente 5-200 \mum; el diámetro medio de poro del material poroso está en el intervalo de 3 a 50 \mum; la porosidad del material poroso está en el 20 y el 60% en volumen; el monolito tiene un diámetro hidráulico de al menos cinco centímetros y la superficie específica de las paredes de las galerías del sustrato es al menos de 300 m^{2}/m^{3} del monolito.
Esta invención incluye también un método para elaborar un sustrato poroso de alúmina \alpha sinterizado, en el que se forma primero una mezcla que contiene al menos una cantidad predeterminada de un polvo metálico de aluminio y de polvo de alúmina. La mezcla se extruye para formar un monolito que contiene una pluralidad de galerías que se extienden desde la cara de un extremo del monolito, a lo largo de la longitud del monolito, hasta una cara del extremo opuesto y se seca para formar un monolito crudo. El monolito crudo se sinteriza a una temperatura suficiente para oxidar el polvo metálico de aluminio y para aglomerar el monolito, y luego se enfría a temperatura ambiente. En esta realización, las cantidades predeterminadas del polvo metálico de aluminio y del polvo de alúmina en la mezcla se eligen en una proporción para minimizar el cambio de volumen del monolito sinterizado y enfriado a partir del que tiene el monolito crudo.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es un dibujo esquemático de un sustrato monolítico con galerías múltiples.
La Fig. 2 es un dibujo esquemático de un sustrato monolítico que muestra unas pocas galerías y que ilustra la estructura de un revestimiento de membrana para un dispositivo de filtración con membrana de material compuesto.
La Fig. 3 es una distribución representativa del tamaño de poro del material del sustrato monolítico poroso.
Descripción detallada de la invención
A partir de la siguiente descripción de una realización preferida y de los dibujos que se adjuntan aparecen otros objetos, características y ventajas, en la que:
La Fig. 1 es un dibujo esquemático de un sustrato monolítico de múltiples galerías que muestra una estructura típica del tipo que va a estar cubierta por las reivindicaciones de esta patente. Un sustrato monolítico (1) poroso tiene una pluralidad de galerías (2) que se extienden desde la cara (3) de un extremo a una cara (4) de la cara opuesta. Las paredes (5) del sustrato monolítico son porosas y permiten el transporte de un fluido, gas o líquido, de una forma adecuada para un dispositivo de membrana o de filtración con flujo transversal o un dispositivo de membrana o filtro terminal. Las características de porosidad requeridas de las paredes del monolito se determinan por la estructura específica del dispositivo de filtración y los requisitos de flujo/caída de presión del material poroso. Estos requisitos están descritos en la técnica anteriormente citada, y puede conseguirse mediante la presente invención.
La Fig. 2 muestra una vista de unas pocas galerías de un sustrato monolítico (1) en la cara (2) de un extremo. Las galerías (3) se extienden desde la cara del extremo mostrada a la cara del extremo opuesto, no mostrada. Se puede aplicar un revestimiento (4) de membrana a las superficies de las paredes de las galerías, y este revestimiento se extiende normalmente a lo largo de toda la longitud de las galerías desde una del extremo a la otra.
El sustrato monolítico de la Fig. 1 se muestra como un cilindro circular. Sin embargo, la configuración de la estructura no está particularmente limitada; por ejemplo, la estructura puede tener un corte transversal que sea redondo, cuadrado o de forma irregular. Estas últimas pueden ser, por ejemplo, segmentos conformados para formar una estructura cilíndrica circular, como describen Stobbe y colaboradores (Patente de EE.UU. 6.126.833), incorporada aquí como referencia. Una dimensión característica del corte transversal de cualquiera de estos sustratos monolíticos será su diámetro hidráulico, definido como cuatro veces la superficie del corte transversal dividida por el perímetro mojado.
La presente invención se refiere a la producción de monolitos de alúmina \alpha aglomerados por reacción, extruídos, muy porosos, que se pueden formar con un cambio de volumen entre pequeño y despreciable durante la sinterización. Estos materiales cuando se fabrican para dar estructuras monolíticas exhiben altas relaciones de superficie específica respecto al volumen, estructuras que pueden modificarse luego para usarlas, por ejemplo, para filtros de membrana de material compuesto, como por ejemplo filtros de flujo transversal revestidos con una membrana y filtros terminales revestidos con una membrana, dispositivos como los descritos en las patentes y documentos técnicos anteriormente citados. Estos monolitos de alúmina \alpha exhibirán una excelente durabilidad química cuando se incorporan en los dispositivos anteriores.
La base para la invención implica la fabricación de un sustrato monolítico cerámico precursor ("crudo") extruyendo una mezcla que contiene tanto polvo de alúmina relativamente grueso y aluminio metálico pulverizado. Como una opción más, en las formulaciones discontinuas se pueden incluir fracciones de bajo volumen de polvo fino de alúmina, materiales precursores de alúmina finamente dividido, y plastificantes y aglomerantes orgánicos apropiados, para ayudar a la fabricación y/o obtener mejoras en las propiedades cerámicas finales. Como con el procedimiento RBAO para formar cuerpos densos de alúmina \alpha, la contracción que acompaña a la sinterización para formar el dispositivo cerámico final se contrarresta con la expansión que tiene lugar a partir de la oxidación del polvo metálico de aluminio. Sin embargo, en la actual invención, la porosidad global se define está definida en gran parte por la aglomeración de las partículas gruesas de alúmina que, preferiblemente, sufren un cambio de volumen despreciable a la temperatura de sinterización del sustrato monolítico. Si estas partículas gruesas de alúmina son de alúmina \alpha, el cambio de volumen puede ser pequeño. La resistencia del cuerpo sinterizado se deriva de la creación de "estrechamientos" entre las partículas gruesas y las finas durante la sinterización y la oxidación del metal. La formación de estrechamientos produce una reducción mínima en la densidad de poros durante la sinterización, de forma que, como contraste con el procedimiento RBAO, puede ser que se requiera una cantidad relativamente pequeña de polvo metálico de aluminio para compensar el cambio de volumen.
El polvo grueso de alúmina es, preferiblemente, alúmina \alpha, que se contraerá sólo moderadamente durante el proceso de sinterización. Este polvo de alúmina tiene, preferiblemente, una distribución estrecha del tamaño de partícula, de forma que la porosidad del monolito final se maximiza. El tamaño normal de partícula de un polvo de alúmina preferido está en el intervalo de 5 a 200 \mum. El tamaño de estos polvos de alúmina se define frecuentemente en términos de un grano FEPA (Federation of European Producers of Abrasives) (Federación de productores europeos de abrasivos), y el anterior intervalo de tamaños corresponderá a granos FEPA entre F 1000 (4,5 \mum) y F 70 (218 \mum).
Normalmente, los cuerpos de alúmina \alpha sinterizados (sinterizados a 1600-1800ºC) se contraerán, normalmente, en un 8% del volumen o más. La expansión del aluminio metálico durante la oxidación se desvía de esta contracción, y permite, de forma importante, la aglomeración a una temperatura por debajo de la temperatura a la cual se sinterizará un cuerpo únicamente de alúmina \alpha. Además, es posible aumentar el contenido de aluminio metálico en el cuerpo crudo hasta un punto en que, en teoría, daría una expansión volumétrica global durante la oxidación, y subsanaría compensaría esta expansión incluyendo en el cuerpo un material precursor de la alúmina que sufriera contracción cuando se convirtiera en alúmina \alpha durante la cocción. De esta manera, se mantiene casi la forma neta del sustrato monolítico cocido. Los materiales precursores de la alúmina que se pueden emplear con este fin incluyen alúminas de transición (como por ejemplo seudoboehmitas, y alúminas gamma, delta y theta), hidróxido de aluminio, alúminas hidratadas, compuestos solubles de aluminio como por ejemplo sales y compuestos orgánicos, y sus mezclas. Además, la alúmina gruesa será un polvo de alúmina o de un precursor de la alúmina que se convierte en alúmina \alpha a la temperatura de sinterización. También, se pueden mezclar otros polvos de óxido cerámicos con el polvo de aluminio para impartir las propiedades químicas o estructurales deseadas, que incluyen circonia, titania, magnesia y sus mezclas.
Se puede emplear una diversidad de aditivos orgánicos para facilitar la extrusión, tal como un agente lubricante, por ejemplo ácido esteárico. También se pueden emplear otros aglomerantes orgánicos para impartir resistencia a los productos extruídos y para facilitar la manipulación del cuerpo crudo. Estos materiales incluirán, normalmente, metil-celulosa o carboximetil-celulosa. Es bien conocido en la técnica el uso de lubricantes para facilitar la extrusión y de aglomerantes orgánicos para mantener la estructura del cuerpo verde, y se aplica ampliamente en la producción comercial de estos monolitos.
La velocidad de calentamiento hasta la temperatura de sinterización se va a controlar con cuidado, como en el procedimiento RBAO, por las siguientes razone: (1) evitar la formación de defectos estructurales debidos a la rápida oxidación del aluminio metálico; y (2) minimizar la fusión del aluminio metálico antes de que haya tenido lugar la suficiente oxidación del aluminio para crear uniones entre partículas y mantener junto el sustrato monolítico durante el calentamiento adicional. Esta aglomeración se complementa luego sinterizando a alta temperatura para convertir todos los materiales de alúmina presentes en alúmina \alpha.
Mezclas de muestra 1-7: Discos prensados
Estas mezclas se basaron en proporciones variables de los siguientes polvos:
\bullet
Polvo de aluminio de grano con un grosor 240 según el Código 3000 240, 99,5% de pureza (Norton División of Saint-Gobain Ceramic Materials);
\bullet
Polvo de alúmina fino (d_{50} = 0,4 \mum; superficie específica, 9,5 m^{2}/g) (Alcos A-16SG);
\bullet
Polvo de alúmina fino (d_{50} = 0,4 \mum; superficie específica, 8,0 m^{2}/g) (Ceralox APA 0.5);
\bullet
Polvos esféricos, 1-3 \mum de diámetro, de aluminio metálico (AL-104, AEE Division of Micron Metals Inc.).
En todos los casos, excepto en el Ejemplo 7, se añadieron los polvos de Alcoa A-16SG o Ceralox APA 0.5 como una dispersión del 60% en peso en ácido nítrico diluido (pH-3).
Mezcla de ejemplo 1
Se mezclaron 35 g de alúmina Norton de grano 240 + 16,7 ml de suspensión de Ceralox APA 0.5 + 2,65 g de polvo AL-104, se secó y se aplastó. Se hizo una mezcla con una solución de 0,5 g de ácido esteárico en 20 ml de etanol caliente y se secó. Se hizo una mezcla con aproximadamente 3,5 g de polivinil-pirrolidina (PVP) en etanol, al 10%, como un aglomerante, para dar una mezcla húmeda adecuada para comprimirla en forma de glóbulos.
Mezcla de ejemplo 2
Se mezclaron 35 g de alúmina Norton de grano 240 + 16,7 ml de suspensión de Alcoa A-16SG para dar una mezcla bastante fluida. Se añadió una suspensión adicional de 2,65 g de polvo de AL-104 en una solución de 0,5 g de ácido esteárico en 20 ml de etanol caliente, se mezcló a fondo, se secó y se aplastó. Se hizo una mezcla con aproximadamente 2 g de PVP en etanol, al 10%, como un aglomerante, para dar una mezcla húmeda adecuada para comprimirla en forma de glóbulos.
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Mezcla de ejemplo 3
Se mezclaron 35 g de alúmina Norton de grano 240 + 12,5 ml de suspensión de Ceralox APA 0.5 para dar una pasta bastante blanda, luego se secó y se aplastó. Se añadió una suspensión adicional de 3,97 g de polvo de AL-104 en una solución de 0,5 g de ácido esteárico en 20 ml de etanol caliente, se mezcló a fondo, se secó y se aplastó. Se hizo una mezcla con aproximadamente 4 g de PVP en etanol, al 10%, como un aglomerante, para dar una mezcla húmeda adecuada para comprimirla en forma de glóbulos.
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Mezcla de ejemplo 4
Se mezclaron 35 g de alúmina Norton de grano 240 + 12,5 ml de suspensión de Alcoa A-16SG para dar una pasta blanda, luego se secó y se aplastó. Se añadió una suspensión adicional de 3,97 g de polvo de AL-104 en una solución de 0,5 g de ácido esteárico en 20 ml de etanol caliente, se mezcló a fondo, se secó y se aplastó. Se hizo una mezcla con aproximadamente 2 g de PVP en etanol, al 10%, como un aglomerante, para dar una mezcla húmeda adecuada para comprimirla en forma de glóbulos.
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Mezcla de ejemplo 5
Se mezclaron 35 g de alúmina Norton de grano 240 + 8,3 ml de suspensión de Ceralox APA 0.5 + 5,29 g de polvo AL-104, se secó y se aplastó. Se añadió una solución de 0,5 g de ácido esteárico en 20 ml de etanol caliente, se mezcló a fondo, se secó y se aplastó. Se hizo una mezcla con aproximadamente 2,5 g de PVP en etanol, al 10%, como un aglomerante, para dar una mezcla húmeda adecuada para comprimirla en forma de glóbulos.
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Mezcla de ejemplo 6
Se mezclaron 35 g de alúmina Norton de grano 240 + 8,33 ml de suspensión de Alcoa A-16SG para dar una pasta blanda, luego se secó y se aplastó. Se añadió una suspensión adicional de 5,292 g de polvo de AL-104 en una solución de 0,5 g de ácido esteárico en 20 ml de etanol caliente, se mezcló a fondo, se secó y se aplastó. Se hizo una mezcla con aproximadamente 1,8 g de PVP en etanol, al 10%, como un aglomerante, para dar una mezcla húmeda adecuada para comprimirla en forma de glóbulos.
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Mezcla de ejemplo 7
Con fines comparativos, se hizo un material de control compuesto de 100% de alúmina gruesa (grano 240) (es decir, que no contenía polvo fino de alúmina ni adiciones de aluminio metálico). El polvo grueso de alúmina se mezcló con un 1% en peso de ácido esteárico y 6% en peso de una solución de PVP en etanol, al 10%, para dar una mezcla húmeda adecuada para comprimirla en forma de glóbulos.
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Ejemplo 1
Una mezcla de cinco glóbulos, de 4 g cada uno, procedente de las Mezclas de Muestra 1-6 y de la Mezcla de Muestra 7 de control, se comprimió en un equipo de matrices de 2,5 cm de diámetro a \sim98,25 MPa. Todos los glóbulos se sinterizaron en un horno eléctrico (atmósfera de aire) según la siguiente programa de trabajo: 2ºC/minuto hasta 800ºC, 4ºC/minuto hasta 1600ºC, mantener a 1600ºC durante 2 horas, enfriar 10ºC/minuto. Las composiciones sinterizadas fueron como se dan en la Tabla 1.
TABLA 1 Composiciones de los materiales sinterizados de los Ejemplos 1-6
1 
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Los glóbulos sinterizados se usaron para las medidas de la contracción en la sinterización, porosidad abierta, resistencia a la flexión biaxial, y permeabilidad al nitrógeno. Los valores medios de estas propiedades se resumen en la Tabla 2. Los ejemplos ilustran los efectos de variar la relación de alúmina fina/polvo de aluminio mientras que mantiene constante la fracción de alúmina gruesa. Como será de espera, la contracción en la sinterización disminuye y llega a ser negativa con las adiciones crecientes de polvo de aluminio.
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TABLA 2 Propiedades físicas medias (\pm\sigma) de los materiales sinterizados de los Ejemplos 1-6
2
Ejemplo 2
Con el fin de formar una composición adecuada para la extrusión, es decir, con los componentes orgánicos necesarios, se preparó la siguiente mezcla: se molieron en seco, bajo atmósfera de nitrógeno durante 1 hora, 57,0 g de alúmina de grano 240 (alúmina de Código 3000 de Saint Gobain Ceramic Materials) + 16,3 g de Alcoa A-16SG + 4,3 g de AL-104 de Atlantic Equipment Engineers, usando medios para moler alúmina, para romper los aglomerantes del polvo. Después de tamizar para separar los medios de molienda, el polvo molido se mezcló en seco con 4,2 g de metilcelulosa MH300 (Tylose MH 300 P2 de Clariant Corporation). Se añadió una solución de 1,1 g de ácido esteárico en 4,0 g de etanol caliente y se mezcló. Se mezcló una adición más de 0,4 g de etilenglicol. Finalmente, se añadieron y se mezclaron 7,7 g de una solución al 7% de poli(alcohol vinílico) Elvanol calidad 85-82 (DuPont) y 7,7 g de agua. Así, la composición global del Ejemplo 78 fue (% en peso): 59,3% de polvo grueso de Al_{2}O_{3} de grano 240; 17,0% de polvo fino de Al_{2}O_{3} A-16SG; 4,5% de Al metálico (AL-104); 4,4% de metilcelulosa; 1,1% de ácido esteárico; 4,2% de etanol; 0,4% etilenglicol; 0,08% de PVA; 9,1% de agua.
Se extruyó la mezcla homogeneizada en un tocho de 2,5 cm de diámetro. Se cogieron del tocho muestras en forma de rodajas de aproximadamente 3 mm de longitud, y se sinterizaron en aire según el siguiente programa de trabajo: 2ºC/minuto hasta 800ºC, 4ºC/minuto hasta 1600ºC, mantener durante 2 horas a 1600ºC, enfriar hasta temperatura ambiente a 10ºC/minuto. Las propiedades medias de la muestra se incluyen en la Tabla 3.
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TABLA 3 Propiedades físicas medias (\pm\sigma) de los materiales de alúmina aglomerados por reacción, sinterizados a 1600ºC durante 2 horas
3 
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Ejemplo 3 Extrusión de cuerpos de sustratos monolíticos
Preparación de componentes inorgánicos: Se combinó Al_{2}O_{3} (4029,0 g de alúmina de grano 240, Código 3000 de Saint Gobain Ceramic Materials) con Al_{2}O_{3} (1155,0 g de A-16SG de Alcoa) y aluminio metálico (306,0 g de Al-104 de Atlantic Equipment Engineers). Esta mezcla seca se purgó con nitrógeno (calidad industrial) en una recipiente de molienda durante 45 minutos, y luego se mezcló en un molino de bolas con medios de molienda de esferas de alúmina de 9,4 mm, durante 20 minutos. Se añadió, a la mezcla molida, metilcelulosa (312,0 g de "TYLOSE" MH (300 P¿2 de Clariant Corporation) y esta mezcla seca se agitó durante 20 minutos en un mezclador planetario Hobart de 30,5 litros, (30 quart).
Preparación de la mezcla ácido esteárico - etanol: Se calentó etanol (300,0 g de calidad HPLC, de Fisher Scientific) a 60ºC en una placa calefactora y se disolvió ácido esteárico (100,0 g, de calidad laboratorio, de Fisher Scientific) en el etanol caliente.
Preparación de componentes líquidos: Se mezcló, en 664,2 g de agua ultrafiltrada (UF), etilenglicol (50,0 g, de calidad laboratorio, de Fisher Scientific) y poli(alcohol vinílico) (52,5 g de solución acuosa al 10% en peso, hecha con agua ultrafiltrada y poli(alcohol vinílico) DuPont GR.50-42) y se agitó vigorosamente durante 20 minutos en una placa con agitador magnético.
Combinación de componentes líquidos: Se añadió la solución de ácido esteárico/etanol (a 60ºC) a la solución de agua/etilenglicol/poli(alcohol vinílico) con agitación vigorosa. Los componentes líquidos se añadieron muy lentamente a los componentes secos mientras que se mezclan en el mezclador Hobart. Se mezcló el lote completo hasta que adquirió una consistencia similar a la arcilla (\sim15 minutos).
Extrusión: El lote, como se preparó anteriormente, se introdujo en un extrusor de tornillo único para producir tochos de 250 mm de largo por 40 mm de ancho. Estos tochos se guardaron herméticamente en una bolsa de polietileno, durante una noche, para su curado. Estos tochos se extruyeron en secciones de sustrato monolítico de 2,625 de diámetro, con celdas de 4 mm de dimensión y espesor de pared de 1,8 mm, y se secaron lentamente durante al menos 24 horas. Los componentes extraídos se pesaron periódicamente durante los 6 días siguientes. Se les consideraba secos cuando la masa permanecía constante.
Cocción: Los materiales extruídos secos, normalmente de 5 a 15 centímetros de largo, se cocieron en aire e un h8orno de caja Carbolite usando el siguiente perfil preferido: +2ºC/minuto hasta 800ºC, +4ºC/minuto hasta 1600ºC, mantener a 1600ºC durante 18 horas, -5ºC/minuto hasta la temperatura ambiente. Se evaluaron las condiciones alternativas de cocción, la temperatura cambiante y el tiempo de mantenimiento en la temperatura del pico. Los datos para las partes sinterizadas se dan en la Tabla 4. En general, las partes se hacen algo más duras y resistentes con la temperatura de sinterización y el tiempo de mantenimiento aumentados, ya que las formas reactivas de la alúmina se sinterizan más y proporcionan aglomerados más fuertes. Las partes cocidas en condiciones preferidas (1500ºC o 1600ºC con tiempos de mantenimiento más largos) estaban fuertemente aglomeradas. Una medida de tamaño de poro de una muestra mediante un porosímetro de mercurio mostraba un diámetro de poro mediano (volumen) de 6,5 \mum, con una distribución del tamaño de poro muy estrecha, como se muestra en la Fig. 2 La porosidad determinada mediante un porosímetro de mercurio era del 44,4%, más alta que los valores de la Tabla 4, que se determinaron mediante absorción de agua.
4
Aunque en diversas realizaciones se describen características de la invención, esto es por comodidad, ya que cada característica se puede combinar con alguna o con todas las otras características según la invención. A los expertos en la materia se les ocurrirán otras realizaciones y que estén dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (7)

1. Un sustrato poroso de alúmina \alpha, que comprende:
un monolito sinterizado de material poroso que define una pluralidad de galerías, que tienen paredes de galerías que se extienden longitudinalmente desde la cara de un extremo del monolito a lo largo de la longitud del monolito hasta una cara del extremo opuesto;
el monolito extraído a partir de una mezcla que contiene al menos un polvo metálico de aluminio y un polvo de alúmina, y se seca para formar un monolito crudo, conteniendo la mezcla los polvos de aluminio y de alúmina en una proporción controlada para minimizar el cambio de volumen del monolito sinterizado a partir del que tiene el monolito crudo, a menos de aproximadamente el 5%;
siendo la superficie específica de dichas paredes de las galerías de al menos 300 m^{2}/m^{3} del monolito; y siendo el diámetro medio de poro de dicho material poroso mayor que aproximadamente 1 \mum.
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2. El sustrato de alúmina de la reivindicación 1, en el que dicho polvo de aluminio en la mezcla incluye un polvo de alúmina \alpha con un tamaño medio de partícula en el intervalo de aproximadamente 5-200 \mum, y opcionalmente el polvo de aluminio incluye además un polvo fino reactivo de alúmina \alpha.
3. El sustrato de alúmina de la reivindicación 1, en el que se incluye un precursor de la alúmina \alpha en la mezcla, y cuyo precursor forma alúmina \alpha en la sinterización del monolito crudo, y en el que opcionalmente el precursor de la alúmina se selecciona del grupo consistente en alúmina de transición, hidróxido de aluminio, una alúmina hidratada, un compuesto soluble de aluminio, y sus mezclas.
4. El sustrato de alúmina \alpha de la reivindicación 1, en el que se mezcla otro óxido metálico con la mezcla, en la que, opcionalmente, el óxido metálico se selecciona del grupo consistente en circonia, titania, magnesia, y sus mezclas.
5. El sustrato de alúmina \alpha de la reivindicaciones 1 y 2,
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a) en el que dicha mezcla comprende además aditivos orgánicos, o
b) en el que el monolito tiene un diámetro hidráulico de al menos 5 centímetros, o
c) en el que el diámetro medio de poro del material poroso está en el intervalo de 3 a 50 \mum, o
d) en el que la porosidad de dicho material poroso está entre aproximadamente el 20 y el 60% en volumen.
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6. Un dispositivo de filtración de material compuesto que comprende el sustrato de alúmina \alpha de la reivindicación 1, en el que dichas galerías tienen superficies de paredes, y se aplica una membrana de filtración a dichas superficies de las paredes, en el que, opcionalmente, la membrana se selecciona del grupo de membranas adecuadas para microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración, pervaporación y separaciones de gases.
7. Un método para elaborar un sustrato poroso de alúmina \alpha, sinterizado, que comprende:
formar una mezcla que contiene al menos cantidades predeterminadas de un polvo metálico de aluminio y un polvo de alúmina;
extruir, a partir de la mezcla, un monolito que contiene una pluralidad de galerías que se extienden desde la cara de un extremo del monolito a lo largo de la longitud del monolito hasta una cara del extremo opuesto;
secar dicho monolito extraído para formar un monolito crudo;
sinterizar dicho monolito crudo a una temperatura suficiente para oxidar el polvo metálico de aluminio y para aglomerar el monolito; y
enfriar el monolito a temperatura ambiente;
en el que dichas cantidades predeterminadas del polvo metálico de aluminio y el polvo de alúmina en dicha mezcla se eligen en una proporción para minimizar el cambio de volumen del monolito sinterizado a partir del que tiene el monolito crudo, a menos de aproximadamente el 5%;
y en el que el diámetro medio de poro es superior a aproximadamente 1 \mum.
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