溶膠—凝膠伴隨相分離法制備多孔氧化鋯塊體材料.pdf

1、多孔氧化鋯兼具氧化鋯的高熱穩(wěn)定性、高化學穩(wěn)定性以及多孔材料密度小、孔隙率高、比表面積大、吸附性能優(yōu)異等特性，在催化、分離、提取、吸附、降解、固化等領域具有良好的應用前景。多孔氧化鋯的制備方法較多，其中溶膠-凝膠伴隨相分離法是制備多孔氧化鋯塊體的一種新途徑，但目前該方法主要以金屬醇鹽為前驅(qū)體，成本較高，且水解-聚合反應速率較快，難以控制。因此，本研究致力于以廉價的無機鋯鹽為前驅(qū)體制備多孔氧化鋯塊體。
　　本文以氧氯化鋯(ZrOCl2

2、·8H2O)為鋯源，聚氧化乙烯(PEO，Mv=106)為相分離誘導劑，環(huán)氧丙烷(PO)為凝膠促進劑，采用溶膠-凝膠伴隨相分離法制備了具有尺寸可控的連續(xù)通孔結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋯塊體材料，并對其制備工藝、物化性能和孔結(jié)構(gòu)、水熱處理三個方面展開了深入的研究分析。主要研究成果如下:
　　(1)多孔氧化鋯塊體的制備工藝優(yōu)化，分析了PEO添加量、PO添加量、反應溫度、溶劑添加量等工藝參數(shù)對氧化鋯凝膠相分離及多孔結(jié)構(gòu)形成的影響特征，并探討了相分離機

3、理。研究結(jié)果表明:PEO通過吸附在氧化鋯水解產(chǎn)物表面，在體系發(fā)生聚合反應時引起焓變而引發(fā)相分離，通過調(diào)節(jié)PEO的添加量可精確控制多孔氧化鋯塊體的孔徑尺寸;同時，PO的添加量、反應溫度、溶劑的添加量及比例等工藝參數(shù)都能對塊體的微觀結(jié)構(gòu)起到一定的調(diào)控作用;在溶劑置換時使用正硅酸乙酯(TEOS)的乙醇溶液可有效地起到支撐骨架、防止干燥過程中孔隙坍塌的作用。當PO添加量為0.52mL，水和乙醇的添加量均為2.4mL，PEO添加量為0.750～0

4、.120g之間，反應溫度為80℃時能夠獲得理想的共連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)。
　　(2)多孔氧化鋯塊體的熱處理及孔結(jié)構(gòu)研究，分析了熱處理后多孔氧化鋯塊體的物相轉(zhuǎn)變和孔結(jié)構(gòu)特征。研究結(jié)果表明:由于TEOS在凝膠表面的接枝作用，氧化鋯塊體在熱處理過程中的結(jié)晶轉(zhuǎn)變和晶粒長大都受到抑制，600℃以下時均為無定形態(tài)，在700～1000℃之間也只有四方相的氧化鋯納米晶穩(wěn)定存在;熱處理不會破壞塊體的微觀結(jié)構(gòu)，其骨架和孔徑尺寸僅略微減小;所制備的多孔氧化鋯塊

5、體具有52.9％的孔隙率，較窄的孔徑分布，以及高達172m2/g的比表面積，但隨著熱處理溫度的升高，其比表面積迅速降低。
　　(3)多孔氧化鋯塊體的水熱處理研究，考察了水熱溶劑體系、礦化劑濃度、水熱溫度和時間對多孔氧化鋯塊體結(jié)晶特性和孔結(jié)構(gòu)特征的影響。研究結(jié)果表明，在氨水的乙醇溶液中進行溶劑熱處理時，形成了四方相的氧化鋯晶粒，同時塊體骨架變得光滑均勻，內(nèi)部構(gòu)造出了發(fā)達的介孔結(jié)構(gòu)，其比表面積高達584m2/g;增大氨水的濃度、延長溶