[發明專利]一種生物形貌碳化硅與分子篩復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 200910074203.4
• 申請日: 2009-04-18
• 公開（公告）號: CN101531517A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 郭向云;王英勇;靳國強
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/624;C04B38/00
• 代理公司: 山西五維專利事務所（有限公司）
• 代理人: 李 毅

技術領域

本發明涉及一種復合材料的制備方法，具體地說涉及一種生物形 貌多孔碳化硅與分子篩復合材料的制備方法。

背景技術

近年來生物質陶瓷材料的研究受到了人們的廣泛關注，生物質陶 瓷材料是由生物質轉化而來的保持了與原材料相似的形態和獨特結構 特征，同時又具有陶瓷特性的材料。其中生物質碳化硅由于具有良好 的機械強度、熱穩定性、化學惰性、及導熱導電性能，因而在催化化 工等領域有廣泛的應用前景。

生物質碳化硅一般以木材，稻桿，高粱等為模板經碳化和高溫滲 硅制備得到，制備方法在中國專利中已有報道(專利公開號： CN1064062A和CN1064062A)。各種不同形貌的生物質碳化硅的制備也 有文獻報道，如德國的Vogl?i等人采用氣相滲硅的方法將碳化的松木 轉化成純度高達90％以上的塊狀生物質SiC陶瓷材料(Journal?of?the European?Ceramic?Society?22(2002)2663-2668)。錢軍民等人采用 多次滲入SiO₂溶膠和碳熱還原反應的方法以碳化的橡木為模板制備出 管狀孔結構SiC陶瓷(Materials?Science?and?Engineering?A?371(2004) 229-235)。此外，本研究組報道了以小米、高粱等為模板的球形碳化 硅的制備(專利CN100369863)。這類材料雖然集合了SiC材料導熱性 好、熱穩定高以及生物質固有的顆粒外形、多孔結構等優點，但對于 某些吸附和催化過程來說，比表面還不夠高(一般只有10-40m²/g)， 因此應用受到一些限制。分子篩是一種具有規則孔道結構的晶體材料， 它的多孔結構、高的比表面積和表面酸性使其在催化、吸附及離子交 換等方面有突出的應用價值，但存在熱穩定性差、難以過濾和回收等 問題。近年來，將分子篩組裝生長于不同載體孔道和外表面制備復合 材料的研究受到人們的關注。這種復合材料兼具了分子篩和載體兩種 材料的優點，因而在催化、吸附和分離等領域的應用前景更為廣泛。

將分子篩負載生長于不同載體孔道和外表面制備復合材料的研究 也有文獻報道。Rebrov等將微孔分子篩ZSM-5復合于不銹鋼管道內， 用于NO和氨氣的選擇性催化還原反應中，表現出優良的活性(Appl. Catal.A.，206(2001)125)。Tsapatsis等將分子篩ZSM-5生長于 α-Al₂O₃載體上，使其可以有效地分離有機氣體(Science，300(2003) 456)。β沸石分子篩附著于蜂窩狀堇青石載體上得到的材料可以應用 于汽車廢氣中NO_x的脫除(Appl.Catal.B：Environ.，58(2005)1)； Schwiger等在由藤條制備的SiC陶瓷材料孔道內組裝微孔分子篩，得 到了一種SiSiC/Zeolite復合材料，并在n-己烷的催化裂解反應中顯 示出高的活性(Adv.Mater.，17(2005)344)。然而以具有生物球形 的碳化硅為載體的分子篩復合材料的制備還未見報道，這種載體特殊 的分級多孔結構將使其在催化，分離和石油化工等領域有廣闊的應用 前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種生物結構球形碳化硅與分子篩的復合 材料的制備方法。

本發明是采用不同顆粒尺寸的農作物果實為模板制備生物質碳化 硅，通過原位水熱合成法或二次合成方法(包括晶種法和二次結晶法) 將分子篩均勻有序地組裝進生物質SiC孔道內，得到穩定的SiC/分子 篩復合材料。鑒于此類生物質碳化硅特殊的蜂窩式胞狀微觀結構，采 用真空滲透和多次滲透等方法促進分子篩溶膠進入碳化硅的孔道，實 現了均勻穩定的負載。

本發明是通過如下方法實現的：

(1)將生物結構碳化硅置于硝酸和氫氟酸的混合溶液中于處理 12-72小時，以除去孔道內多余硅，同時在表面部分形成氧化物層以便 于分子篩在其表面的負載；

(2)分子篩溶膠的制備：將溶有模板劑的水溶液與氫氧化鈉的水 溶液混合，攪拌均勻后加入氧化鋁物質，緩慢加入二氧化硅物質，混 合溶液攪拌1-12小時，得到分子篩溶膠；