[發(fā)明專利]一種具有多重“孔-窗結(jié)構(gòu)”的三維連通堇青石泡沫陶瓷及其制備方法

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• 申請日: 2022-11-28
• 公開（公告）號: CN115745656A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡頔;李金洪;欒雪竹;梁超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/195;C04B35/622
• 代理公司: 北京興智翔達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11768
• 代理人: 李澤中

本發(fā)明提供了一種具有多重“孔?窗結(jié)構(gòu)”的三維連通堇青石泡沫陶瓷及其制備方法，具體包括：(1)將MgO、Al₂O₃和SiO₂混合，加入去離子水，得到陶瓷懸浮液；(2)繼續(xù)加入聚丙烯酸、羧甲基纖維素鈉、蔗糖和馬鈴薯淀粉，得到陶瓷料漿；(3)調(diào)節(jié)所得料漿pH，得到穩(wěn)定的前驅(qū)體；(4)濕法球磨前驅(qū)體；(5)調(diào)節(jié)球磨后的料漿pH；(6)以沒食子酸正丙酯乙醇溶液對料漿進(jìn)行原位改性；(7)調(diào)節(jié)改性后料漿pH，靜置陳化；(8)料漿中加入正辛烷，乳化得到顆粒穩(wěn)定微乳液；(9)干燥、脫模得到陶瓷生坯；(10)燒結(jié)。本發(fā)明以馬鈴薯淀粉和蔗糖作為成孔劑優(yōu)化孔徑，從而制備高孔隙率、高力學(xué)強度的具有多重“孔?窗結(jié)構(gòu)”的三維連通多孔堇青石陶瓷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷載體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有多重“孔-窗結(jié)構(gòu)”的三維連通堇青石泡沫陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

多孔陶瓷材料由于其本身優(yōu)異特性被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。其中，多孔陶瓷在汽車尾氣分離與凈化領(lǐng)域中占據(jù)重要位置。隨著人類生活條件的改善，越來越多的私家汽車除了造成交通擁擠，也是大氣污染的主要來源之一，為了對汽車尾氣及排放的固體顆粒進(jìn)行處理，利用催化技術(shù)將氣體中的有害成分轉(zhuǎn)化為對人體無害的氣體顯得尤為重要，因此對催化劑的載體的選擇是當(dāng)前要務(wù)。然而作為汽車尾氣催化劑的載體，工作溫度較高，要求其必須具備良好的抗熱震性能以及足夠的孔隙率為催化劑提供催化位點。因此具有低熱膨脹系數(shù)，高孔隙率，良好導(dǎo)熱性和優(yōu)異的耐熱沖擊性的堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂(MASO))材料是首選最常用的處理廢氣的催化劑載體材料。

堇青石陶瓷是典型變質(zhì)鎂鋁硅酸鹽礦物，具有玻璃光澤，硬度大(7-7.5)，熔點高(1470℃)等諸多優(yōu)點，因而堇青石陶瓷至今仍是科研人員研究熱點之一。根據(jù)大量實驗探究，目前已有許多合成堇青石陶瓷的制備工藝，主要包括：沉淀、噴霧干燥、乳液加工、等離子體噴霧、燃燒合成、微晶玻璃法、固相燒結(jié)法和溶膠凝膠技術(shù)等新技術(shù)。但這些普遍的工藝均有多種不同的缺陷。

而且，現(xiàn)有技術(shù)中制備堇青石陶瓷普遍使用天然原料，主要有滑石、高嶺土、稻殼灰、天然沸石、鉻鐵渣、海泡石等，但是這些原料通常含有許多晶相和雜質(zhì)，這些晶相和雜質(zhì)會導(dǎo)致材料偏離目標(biāo)產(chǎn)品和性能。

另外，制備多重孔結(jié)構(gòu)的堇青石陶瓷最常用的方法是在煅燒過程中轉(zhuǎn)化成氣體的原料作為造孔劑或發(fā)泡劑。該方法成本低，易于制備多孔陶瓷材料。然而，這種方法將會導(dǎo)致材料孔徑不均勻、機械強度差，同時大量有機添加劑在燒結(jié)過程中釋放溫室氣體和有毒氣體，會造成污染。

綜上，如何克服現(xiàn)有技術(shù)問題，通過簡單工藝制備顆粒穩(wěn)定微乳液，從而得到具有可控多重“孔-窗”結(jié)構(gòu)的多孔堇青石陶瓷，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有多重“孔-窗結(jié)構(gòu)”的三維連通堇青石泡沫陶瓷的制備方法，以氧化鎂、氧化鋁、二氧化硅等純化學(xué)試劑為原料，以蔗糖和馬鈴薯淀粉作為造孔劑制備得到性能穩(wěn)定的堇青石陶瓷乳液前驅(qū)體。再以沒食子酸正丙酯進(jìn)行原位改性，最后加入正辛烷，從而得到具有多重“孔-窗結(jié)構(gòu)”的堇青石泡沫陶瓷。整體工藝方法簡單、能耗低，原料環(huán)保、無污染，尤其適合規(guī)模化制備。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有多重“孔-窗結(jié)構(gòu)”的三維連通堇青石泡沫陶瓷的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)按配方量將MgO、Al₂O₃和SiO₂混合，加入去離子水，得到陶瓷懸浮液；

(2)將聚丙烯酸、羧甲基纖維素鈉、蔗糖和馬鈴薯淀粉加入到步驟(1)所得懸浮液中，得到陶瓷料漿；

(3)調(diào)節(jié)步驟(2)所得料漿pH，得到穩(wěn)定的前驅(qū)體；

(4)濕法球磨步驟(3)所得前驅(qū)體，使其充分分散和均勻化；