[發(fā)明專利]一類鋯酸鹽纖維及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110376427.1
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113089132B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁康康;靳曉彤;李輝;李呈順;李潔
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D01F9/08
• 分類號: D01F9/08;D01D5/00;D01D5/18
• 代理公司: 濟南竹森知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37270
• 代理人: 朱家富

本發(fā)明涉及一類鋯酸鹽纖維及其制備方法，所述的鋯酸鹽包含堿金屬鋯酸鹽、堿土金屬鋯酸鹽和稀土鋯酸鹽，所述的堿金屬鋯酸鹽纖維在1100℃保持纖維形態(tài)完整，所述的堿土金屬鋯酸鹽和稀土鋯酸鹽纖維在1400℃保持纖維形態(tài)完整。制備方法是以氧氯化鋯為鋯源，水為溶劑，乙酸鹽為堿金屬、堿土金屬或稀土元素源，高分子聚合物為助紡劑，通過靜電紡絲技術(shù)或離心成纖技術(shù)獲得鋯酸鹽前驅(qū)體纖維，前驅(qū)體纖維經(jīng)過熱處理獲得鋯酸鹽纖維。本發(fā)明具有工藝簡單、溶膠穩(wěn)定性好、前驅(qū)體纖維固含量高、成本低、不使用有機溶劑等優(yōu)點。所制備的無機纖維質(zhì)量穩(wěn)定，高溫條件下纖維形態(tài)完整，在過濾、催化、載體、隔熱、氣體吸收、防火等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一類鋯酸鹽纖維及其制備方法，屬于無機非金屬材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋯酸鹽是金屬氧化物-ZrO₂二元體系中形成穩(wěn)定物相組成的二元化合物，陶瓷纖維具有質(zhì)輕、耐高溫、低熱導(dǎo)率和抗熱震穩(wěn)定等優(yōu)勢，鋯酸鹽纖維則兼具了鋯酸鹽和陶瓷纖維的共同特點，已經(jīng)發(fā)展成為一類具有多用途的高溫功能材料和結(jié)構(gòu)材料，在吸附、隔熱、保溫、催化劑載體和催化劑等高溫領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用情景。

隨著溫室氣體CO₂對氣候影響的日益加劇，節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，工業(yè)領(lǐng)域排放的高溫CO₂氣體的能源利用成為人們普遍關(guān)注的熱點問題之一。堿金屬鋯酸鹽如鋯酸鋰、鋯酸鈉、鋯酸鉀以其合適的溫度吸收范圍、高的CO₂吸附能力和吸收容量，在CO₂吸附領(lǐng)域得到了廣泛的研究。例如CN104556222B制備的連續(xù)多孔鋯酸鋰微球、CN109574072A制備的鋯酸鈉在高溫CO₂吸附領(lǐng)域展現(xiàn)重要的應(yīng)用前景。陶瓷纖維結(jié)構(gòu)不但具有自支撐的結(jié)構(gòu)特點，而且還可以為鋯酸鹽制品獲得更高的氣孔率和更大的氣體通量，因此，能夠進一步提升堿金屬鋯酸鹽材料在高溫CO₂吸附領(lǐng)域的使用性能。

堿土鋯酸鹽纖維和稀土鋯酸鹽纖維則以其高熔點、低熱導(dǎo)率、抗氧化、抗燒結(jié)和耐腐蝕等優(yōu)良特性，在高溫隔熱領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，成為以航空航天尖端領(lǐng)域和高溫隔熱窯爐民用領(lǐng)域為代表應(yīng)用領(lǐng)域的有前景的熱防護材料。例如，和傳統(tǒng)的硅酸鋁和莫來石纖維相比，稀土鋯酸鑭纖維和堿土鋯酸鋇纖維具有更高的使用溫度，更優(yōu)異的高溫相穩(wěn)定性和更低的熱導(dǎo)率，已經(jīng)發(fā)展成為高溫隔熱領(lǐng)域新型陶瓷纖維材料。

目前，關(guān)于堿金屬鋯酸鹽纖維的研究方面，在2018年發(fā)表的文章《Fabrication ofdense and porous Li₂ZrO₃ nanofibers with electrospinning method》，主要是利用堿式碳酸鋯、冰乙酸和乙酸鋰為原料，通過靜電紡絲技術(shù)制備了致密和多孔的鋯酸鋰?yán)w維，而對于鋯酸鈉和鋯酸鉀纖維的制備尚未見有相關(guān)報道。專利CN105624834B提供了一種通過利用堿式碳酸鋯、乙酸鋇和有機酸絡(luò)合劑制備鋯酸鋇纖維的方法，該方法操作簡單，簡便易行，但是有機物含量相對較多，同時使用了大量的有機溶劑。專利CN103553596B提供了一種鋯酸鑭纖維的制備方法，主要是利用硝酸鋯、硝酸鑭為原料，檸檬酸為螯合劑，通過離心成纖技術(shù)制備了鋯酸鑭纖維。專利CN108505145B公開了一種鋯酸鈣纖維的制備方法，利用堿式碳酸鋯為鋯源、無機鈣鹽為鈣源，冰乙酸為酸源制備了鋯酸鈣纖維。專利CN109750388A提供了一種缺陷型螢石相鋯酸釓纖維的制備方法，該方法利用堿式碳酸鋯為鋯源，釓的無機鹽為釓源，冰乙酸為酸源制備了鋯酸釓纖維。從以上鋯酸鹽纖維的制備方法可以看出，酸源作為堿式碳酸鋯的溶劑或者檸檬酸作為硝酸鋯的螯合劑是氧化鋯前驅(qū)體溶膠的主要制備方法，有機酸的使用增大了溶膠的可紡性，同時也增加了溶液的酸性和前驅(qū)體纖維中有機物的含量，導(dǎo)致纖維失重量增大，阻礙纖維的致密性，增大了后期熱處理溫度和氣體環(huán)境處理的負(fù)擔(dān)，此外，使用無機鹽作為堿金屬、堿土金屬和稀土金屬源，并不能增加溶膠的可紡絲性，可能會導(dǎo)致有機助紡劑使用含量的增大。因此，對于鋯酸鹽纖維的制備來說，還有提升空間。

因此，為了優(yōu)化鋯酸鹽前驅(qū)體溶膠和前驅(qū)體纖維制備，提高溶膠的可紡性，降低溶膠酸性和有機物的使用量，特提出本發(fā)明。