[發明專利]多孔堇青石塊體的制備方法

無效

• 申請號: 201410100724.3
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103922783A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 郭興忠;蔡曉波;宋杰;楊輝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B35/195;C04B35/622
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明涉及一種多孔堇青石塊體的制備方法，具體涉及一種環氧化物調控溶膠-凝膠伴隨相分離法制備多孔堇青石塊體的制備方法。

背景技術

堇青石（通常組成為2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂）是MgO-Al₂O₃-SiO₂三元系統中的一種晶體。由于堇青石具有較低的熱膨脹系數和介電常數，良好的抗熱震性、耐火性及機械性能，它在窯業材料、高溫氣液體的過濾材料、汽車尾氣的催化、凈化載體以及電子封裝材料等等方面都有著重要的應用前景。

具有孔結構可控的多孔堇青石已經成為了一種發展迅速的堇青石材料，它可以作為顆粒過濾器、催化劑載體、熱絕緣體保溫材料等，在高溫高熱震的嚴苛條件下表現良好穩定性。目前合成多孔堇青石的技術路線有多種，如凝膠冷凍干燥法、凝膠注模、原位凝固膠態成型、固相反應等，但尚無制備在微觀結構上具有貫通多孔結構的堇青石塊體方法的報道，也沒有溶膠-凝膠伴隨相分離法制備多孔堇青石塊體的研究。

溶膠-凝膠伴隨相分離法是制備具有共連續結構多孔塊體的一種新型合成手段。已采用這種方法成功合成了硅、鋁、鈦、鋯、鐵等元素的氧化物多孔塊體。對于一元系統的多孔塊體制備，國內外學者已經建立了較完整的理論系統，但鮮有關于兩元或三元系統，如SiO₂-Al₂O₃，CaO-Al₂O₃，MgO-Al₂O₃-SiO₂，及莫來石、鈣鋁石、堇青石等復雜氧化物多孔材料的研究。因為與一元系統相比，二元或三元系統的共水解、形成均相復合溶膠、溶膠-凝膠轉變及相分離等過程都更為復雜，并且難以控制。

在溶膠-凝膠過程中，環氧化物作為凝膠促進劑加入，通過不可逆開環反應使整個體系pH值均勻提高，促進體系的水解、聚合反應以及溶膠-凝膠轉換，這一原理對多孔塊體，特別是多元系統多孔塊體的設計及制備非常有用。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種多孔堇青石塊體的制備方法，采用該方法制備的多孔堇青石塊體具有階層多孔結構、孔隙率高等特點。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種多孔堇青石塊體的制備方法，先按照如下比例配制主原料：以0.75～0.85g的六水氯化鎂（MgCl₂·6H₂O）為鎂源，以1.9～2.1g的六水氯化鋁（AlCl₃·6H₂O）為鋁源，以0.9～1.0ml的正硅酸甲酯（TMOS，也稱四甲氧基硅烷））為硅源，以1.4～1.6g聚丙烯酰胺（PAAm，平均分子量為10000）為相分離誘導劑，以0.5～0.8ml的環氧丙烷（PO，即，1,2-環氧丙烷）為凝膠促進劑；然后依次進行以下步驟：

1）、在室溫下，首先分別將六水氯化鎂、六水氯化鋁和聚丙烯酰胺溶解在溶劑中，然后滴加（滴加時間約為2min）正硅酸甲酯；滴加完畢后，于50～70℃（置于50～70℃水浴中）繼續攪拌反應50～70min，得到透明澄清溶液；

2）、將步驟1）所得的透明澄清溶液自然冷卻至室溫，然后加入（迅速加入）環氧丙烷均勻攪拌0.5～2min，得到均質溶液；

3）、將步驟2）所得的均質溶液置入容器中密封后于35～45℃凝膠3～5min，得到濕凝膠（為乳白色不透明濕凝膠）；

4）將步驟3）所得的濕凝膠置于35～45℃下老化60～80h；

5）將步驟4）所得的老化后的凝膠置于50～70℃常壓干燥72～96h；然后于900～1300℃熱處理4～6h，得到多孔堇青石塊體。

備注說明：所述步驟5）中，干燥結束后，以1.5～2.5℃/min（較佳為2℃/min）的升溫速率升溫至900～1300℃然后保溫熱處理4～6h，從而得到多孔堇青石塊體。

上述多孔堇青石塊體為結晶的多孔堇青石塊體，包括可控的多種晶型。

作為本發明的多孔堇青石塊體的制備方法的改進：溶劑為去離子水與無水乙醇的混合物，去離子水與無水乙醇的體積比為1：0.9～1.1。溶劑用量為4～8ml。

作為本發明的多孔堇青石塊體的制備方法的進一步改進：步驟5）中的熱處理溫度為1200～1300℃。

在本發明中，室溫一般指20～25℃。