[發明專利]一種金屬間化合物-碳納米管多孔復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110448602.3
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113102755B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 崔洪芝;魏娜;趙明崗;孫坤瑜;徐瑞琪
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;C22C1/08;B22F3/24;C23C16/26
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發明公開了一種金屬間化合物?碳納米管多孔復合材料及其制備方法，它是以Ni粉、Al粉為反應原料，NH₄HCO₃作為造孔劑，經過自蔓延制得多孔NiAl金屬間化合物，之后用化學氣相沉積多孔材料表面生長碳納米管。本發明提出設計多孔結構的金屬間化合物，利用原料之間的自蔓延反應快速大量的制備樣品，既保證了高的孔隙率，耐沖蝕，耐腐蝕性能，又確保了較高的強度，并在其表面沉積碳納米管，由于碳納米管高縱橫比、光滑的疏水壁和均勻的內孔直徑，可以允許水分子的高效傳輸，提高了多孔材料的光熱轉化性能，吸光性能好，光熱轉化效率高。高的孔隙率可以提高水蒸氣在孔道中的傳輸速度。

技術領域

本發明涉及一種孔徑可控的多孔結構材料及其制備工藝，以及在其表面沉積異質結構的制備工藝，尤其是一種具有多孔結構的金屬間化合物/碳納米管復合材料及其制備方法。該多孔復合材料制備工藝簡單，原料來源廣泛，適用于光熱海水淡化所用蒸發器、支撐體，汽車、化工、冶金行業尾氣、廢液凈化過濾組等。屬于材料合成及加工領域。

背景技術

為了解決淡水資源不足的問題，海水淡化工程應運而生。目前傳統的海水淡化方法主要有多級閃蒸和反滲透技術，主要存在耗能高，產生大氣污染等缺點。光熱海水淡化可以有效的避免上述問題，光熱蒸發器可以將光能轉化成熱能，三維連通的孔道可以將水蒸氣快速運輸到表面，具有高的耐蝕性，而且有高的孔隙率和足夠的強度。常見的三維多孔體主要有多孔金屬、多孔金屬間化合物、多孔陶瓷等。

中國專利公開號CN1974808A以輕鈣和稀土碳酸鹽等為原料，用人工擠出造粒方法制備造孔劑；向造孔劑顆粒間隙中滲流鎂合金或金屬鋁，處理后獲得孔徑尺寸孔隙率可控的多孔金屬。中國專利公開號CN104876638A運用經過丙烯酸改性的納米結晶纖維素作為造孔劑，經過燒結，制備了以Al₂O₃、SiC、SiO₂為骨料的多孔陶瓷材料，該多孔陶瓷孔隙分布均勻、尺寸下降至納米級。中國專利公開號CN103397244B通過燒結的方法制備多孔FeAl基金屬間化合物，通過分段燒結的方法，抑制了Fe粉和Al粉的熱爆反應，制備了孔隙率較高，孔徑可控的多孔金屬間化合物，并且通過添加Cr元素，提高了多孔材料的氣通量，適用于作為氣體過濾的過濾元件。中國專利公開號CN109530688B發明了一種光熱海水淡化用的多孔陶瓷膜材料及其制備方法，將等離子束加熱控制與化學合成相結合，制備孔結構可控的多孔陶瓷膜/納米氧化物TiO₂異質結構薄膜，通過改變造孔劑的配比，可以獲得不同孔隙率的陶瓷泡沫板，從而實現光熱轉化及海水淡化等應用。

對于金屬多孔材料，耐酸堿腐蝕能力和抗氧化性能差，從而影響使用的壽命；多孔陶瓷材料力學性能較差，強度低，脆性大，這些缺點也限制了多孔陶瓷材料的使用范圍；高分子多孔材料存在抗高溫高壓性能好，不耐有機溶劑以及抗環境腐蝕性能不足等缺陷。并且多孔材料的制備往往存在制備工藝比較復雜，成本高的缺點。

金屬間化合物同時兼具金屬的強度，塑韌性以及陶瓷的耐高溫特性。中國專利CN102071333A介紹了一種泡沫TiAl金屬間化合物的制備方法，通過添加造孔劑的方法物理造孔，壓坯成型之后，采用分段燒結的方式燒結成型。所制備的TiAl金屬間化合物多孔材料的孔隙率可達80％以上，具有一定的強度和高的孔隙率，耐高溫性能好。TiAl多孔金屬間化合物可能會成為一種潛在的光熱海水淡化材料，但與之相關的海水淡化性能測試并未引起重視。

中國專利申請號：202010728027.8公開了一種極端耐受的碳納米管水凝膠、其制備方法與應用。采用浮動催化化學氣相沉積法及二次沉積法制備得到碳納米管氣凝膠(也就是利用等離子增強化學氣相淀積法(簡稱PECVD)沉積納米C材料)，反映過程需向反應腔室內通入碳源、還原氣體和催化劑，以氣體CH₄為碳源，H₂為載氣，需要精密準確的操作，所以制備過程有一定的不可控因素。

發明內容