溶膠-凝膠伴隨相分離法制備多孔復(fù)合氧化物塊體材料.pdf

1、多孔塊體是一類具有一定尺寸和數(shù)量有序孔結(jié)構(gòu)、外觀呈塊體狀的材料。因其具有低的相對密度、高的比表面積、優(yōu)異的滲透性能和吸附性能，多孔塊體被廣泛用作過濾、分離、吸附、催化等領(lǐng)域的載體材料，已成為新型材料的研究熱點。多孔塊體的制備方法較多，其中溶膠-凝膠伴隨相分離法是一種新型的濕化學(xué)法制備多孔塊體材料的技術(shù)。所制備的多孔塊體具有微米尺度可控的共連續(xù)大孔和骨架結(jié)構(gòu)，在催化劑載體、液相色譜柱等應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
　　本文首先綜述了多

2、孔塊體材料的研究現(xiàn)狀，在SiO2、 Al2O3、TiO2等單一氧化物體系的研究基礎(chǔ)上，開展了溶膠-凝膠伴隨相分離法制備多孔復(fù)合氧化物塊體材料的研究。選取鈣鋁石(Ca12Al14O33)、鈦酸鋁(Al2TiO5)和磷酸鋁(AlPO4)作為研究對象，重點分析了聚氧化乙烯(PEO)、環(huán)氧丙烷(PO)和溶劑用量以及凝膠溫度、熱處理溫度等制備參數(shù)對試樣微觀形貌的影響，研究了各體系溶膠-凝膠伴隨相分離機(jī)制。具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)

3、以無機(jī)鹽氯化鋁和氯化鈣為前驅(qū)體，乙二醇(EG)為絡(luò)合劑，甲酰胺(FA)為干燥控制化學(xué)添加劑，PO為凝膠促進(jìn)劑，PEO(Mv=3×105)為相分離誘導(dǎo)劑，水和乙醇為溶劑制備了多孔鈣鋁石塊體材料。加入EG可抑制鈣離子在溶膠-凝膠過程中析出，加入FA可減少鈣鋁石凝膠在常壓干燥過程中的收縮。Ca-Al-O體系的溶膠-凝膠伴隨相分離機(jī)制與PO的開環(huán)反應(yīng)及PEO和Al2O3低聚物間的相互作用有關(guān)。PEO中的醚氧結(jié)構(gòu)單元通過氫鍵與Al2O3低聚物表面

4、羥基結(jié)合，誘導(dǎo)Al2O3低聚物進(jìn)一步縮聚并使體系發(fā)生相分離。PEO在相分離后主要分布在液相。在最佳的起始組分和凝膠溫度條件下，可制備得到具有理想的共連續(xù)大孔和骨架結(jié)構(gòu)的鈣鋁石凝膠塊體。干凝膠在1000℃熱處理后由無定型轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鋁石晶型Ca12Al14O32Cl2，同時原有的大孔結(jié)構(gòu)得到完整保留。多孔鈣鋁石塊體在熱處理前后均具有窄的孔徑分布，大孔孔隙主要分布在1-2μm之間。熱處理后塊體的孔隙率達(dá)72.9％。該多孔鈣鋁石塊體有望在電化學(xué)和

5、催化領(lǐng)域得到應(yīng)用。
　　(2)以氯化鋁和鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，檸檬酸為酸催化劑和絡(luò)合劑，F(xiàn)A為凝膠促進(jìn)劑，PEO(Mv=1×105)為相分離誘導(dǎo)劑，水和乙醇為溶劑制備了多孔鈦酸鋁塊體材料。Al2O3-TiO2復(fù)合體系的相分離是PEO-Al2O3體系和PEO-TiO2體系相分離之間相互競爭的過程，PEO在相分離后主要分布在凝膠相中。在最佳的起始組分條件下，可制備得到具有理想大孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鋁凝膠塊體，大孔孔隙主要分布在2-3μm，孔隙率

6、為63.3％。干凝膠在1300℃熱處理后由無定型轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2TiO5晶型，同時原有大孔結(jié)構(gòu)在熱處理后得到進(jìn)一步優(yōu)化。與采用添加造孔劑法制備的多孔鈦酸鋁陶瓷相比，所得多孔塊體在熱處理后具有適合流體通過的共連續(xù)結(jié)構(gòu)和窄的孔徑分布。該多孔鈦酸鋁塊體有望應(yīng)用于汽車尾氣凈化裝置的載體材料。
　　(3)以氯化鋁和磷酸為前驅(qū)體，PO為凝膠促進(jìn)劑，PEO（Mv=1×104）為相分離誘導(dǎo)劑，水和甲醇為溶劑制備了階層多孔磷酸鋁塊體材料。通過進(jìn)一步調(diào)整