[發(fā)明專利]一種高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107857593B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 唐秀之;羅璐蕾;黃小忠;杜作娟;岳建嶺
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學
• 主分類號: B01J20/02
• 分類號: B01J20/02;C04B35/565;C04B38/06;C04B41/89;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠

本發(fā)明公開了一種高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制備方法和應用，高疏水碳化硅泡沫陶瓷由基底碳化硅泡沫陶瓷及其表面的聚多巴胺和長鏈烷基胺分子或含氟分子覆層構(gòu)成；所述聚多巴胺為包覆層的底層，長鏈烷基胺分子或含氟分子為包覆層的表層。本發(fā)明制備的碳化硅泡沫陶瓷具有三維網(wǎng)狀連通結(jié)構(gòu)，孔隙率高，尺寸可控，成本低，滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求；采用超支化液態(tài)聚碳硅烷為粘結(jié)劑來制備碳化硅泡沫陶瓷，實現(xiàn)低溫度燒結(jié)，陶瓷產(chǎn)率高；本發(fā)明采用三維多孔碳化硅泡沫陶瓷，由于其大的表面積和表面粗糙度使得其在吸附過程中具有較好的吸附動力學，可較快的達到吸附平衡，而它的大孔結(jié)構(gòu)和微孔隙可作為儲油空間，因而在油吸附劑方面具有非常大的應用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于特殊功能材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

碳化硅泡沫陶瓷具有抗高溫、耐腐蝕、表面積大、低密度、孔隙率高等優(yōu)點，廣泛應用于高溫氣體凈化、柴油機尾氣過濾、熔融金屬過濾、保溫和隔音等領(lǐng)域。

碳化硅泡沫陶瓷的制備方法多種多樣，不同的制備方法可制備出不同氣孔率、孔道結(jié)構(gòu)、孔徑大小的泡沫陶瓷。泡沫陶瓷制備的關(guān)鍵是形成具備一定孔筋強度的三維立體網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。根據(jù)使用目的和性能的不同，人們開發(fā)了多種成型制備工藝，目前對碳化硅泡沫陶瓷低溫燒結(jié)成型技術(shù)研究不夠，燒成泡沫陶瓷所需溫度依然較高，可供選擇的泡沫模板較少，此外，傳統(tǒng)粘結(jié)劑聚碳硅烷熱分解后體積收縮，產(chǎn)生裂紋，影響了陶瓷的致密度，陶瓷產(chǎn)率較低，現(xiàn)有的碳化硅泡沫陶瓷的制備方法主要有：

(1)反應燒結(jié)法：粉末燒結(jié)法、固相反應燒結(jié)法需要很高的燒結(jié)溫度(2000℃以上)，還需添加助燒劑，因而影響了材料的高溫性能，限制了泡沫陶瓷材料的應用。

(2)添加造孔劑法：該方法的缺點是難以制取高氣孔率制品，氣孔分布均勻性，對造孔劑的分散性要求比較高，在燒結(jié)后，造孔劑會留在碳化硅泡沫陶瓷中，會影響其透波性能。

(3)含硅樹脂熱解法：將有機硅前軀體制成高分子凝膠，脫出凝膠中的有機溶劑后得到泡沫狀含硅樹脂，經(jīng)充分預氧化后進行熱解即可得到碳化硅泡沫陶瓷，該方法的缺點是由于沒有熱壓過程，初始密度不高，制備的泡沫陶瓷不致密，而且強度低，孔隙體積和尺寸難以控制。

(4)有機泡沫浸漬法：有機泡沫浸漬法中運用較多的有機泡沫體，其彈性和開孔率相對較低，已經(jīng)成功運用制備泡沫陶瓷的可供選擇的泡沫模板較少，而泡沫模板的物理特性將直接影響泡沫陶瓷的機械性能。

近年來，由于油污染事故頻繁發(fā)生，使得清理原油泄漏成為一項全球性挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的解決方法如重力分離，撇渣，浮選等可以有效地實現(xiàn)油水分離，但其低效率和高成本限制了其廣泛應用。制備疏水親油材料和過濾膜具有低成本和使用方便等優(yōu)勢，可被推廣應用于實際生產(chǎn)，但其仍存在以下問題：①在分離過程中同時吸附油和水，表現(xiàn)出低的分離選擇性和分離效率；②長期的使用，使得油或油脂造成細孔堵塞和材料表面污染，造成材料吸附容量以及流體流量顯著降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制備方法和應用，通過所述方法制備得到的碳化硅泡沫陶瓷孔隙率高、密度低和具有疏水親油特性，可應用于吸附高粘度油類。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高疏水碳化硅泡沫陶瓷，其由基底碳化硅泡沫陶瓷及其表面的聚多巴胺和長鏈烷基胺分子或含氟分子包覆層構(gòu)成；所述聚多巴胺為包覆層的底層，長鏈烷基胺分子或含氟分子為包覆層的表層。

本發(fā)明提供一種高疏水碳化硅泡沫陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)按質(zhì)量分數(shù)分別稱取碳化硅微粉20～30wt％、超支化液態(tài)聚碳硅烷20～30wt％和溶劑40～60wt％，將各組份攪拌均勻獲得陶瓷漿料，將待包覆的密胺泡沫塑料均勻浸漬漿料，取出后擠出多余漿料得到泡沫預制體；