溶膠-凝膠伴隨相分離法制備氧化鋯基多孔塊體的研究.pdf

1、氧化鋯基多孔材料兼具有氧化鋯基材料低熱導率、高熱穩(wěn)定性以及多孔材料比表面積高、隔熱性好和吸附性好等特點，可廣泛用于催化、分離、隔熱等領域。本文綜合論述了氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、鋯酸鑭和鋯酸鋇三種氧化鋯基材料的研究現狀，采用溶膠-凝膠伴隨相分離法制備了氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、鋯酸鑭以及鋯酸鋇多孔塊體材料，重點分析了相分離誘導劑、凝膠促進劑、溶劑組成以及熱處理溫度對樣品微觀形貌和多孔結構的影響。制備出的具有共連續(xù)骨架、貫通大孔結構氧化鋯基多孔材料，為氧

2、化鋯基多孔材料的應用奠定了重要基礎。主要研究內容和結果如下:
　　(1)以廉價的氯化物無機鹽氧氯化鋯、氯化釔為前驅體，乙醇和去離子水的混合溶液為溶劑，聚氧化乙烯為相分離誘導劑，乙二醇為絡合劑，甲酰胺為干燥控制化學添加劑，環(huán)氧丙烷為凝膠促進劑，采用溶膠-凝膠伴隨相分離法制備氧化釔穩(wěn)定氧化鋯多孔塊體材料。40℃條件下凝膠反應得到的濕凝膠經過常壓干燥后可以得到具有共連續(xù)骨架的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯多孔塊體。相分離后，相分離誘導劑主要分布在液相

3、中，體系熵的減小是相分離的主要驅動力。釔的摻雜量對干凝膠微觀形貌影響不大，摻雜0.094～0.337g氯化釔得到的樣品都擁有理想的共連續(xù)骨架，樣品的平均大孔孔徑為1.7μm左右，且孔隙率均超過60％。熱處理后，釔摻雜的氧化鋯多孔塊體沒有出現單斜相氧化鋯晶型，釔的摻雜能夠對氧化鋯的晶體結構起到穩(wěn)定化作用;摻雜0.264 g氯化釔得到的樣品經800℃熱處理后，平均大孔孔徑因為燒結作用減小至0.7μm，樣品的比表面積也由287 m2·g-1降

4、低至34 m2·g-1。
　　(2)以氧氯化鋯、氯化鑭為前驅體，乙醇和去離子水的混合溶液為溶劑，聚氧化乙烯為相分離誘導劑，乙二醇為絡合劑，甲酰胺為干燥控制化學添加劑，環(huán)氧丙烷為凝膠促進劑，采用溶膠-凝膠伴隨相分離法制備鋯酸鑭多孔塊體材料。通過優(yōu)化原料比例得到的濕凝膠，在進行溶劑置換后常壓干燥，可以得到具有共連續(xù)骨架的鋯酸鑭多孔塊體。樣品干凝膠1100℃熱處理后能夠得到F-結構的鋯酸鑭，提高熱處理溫度F-結構鋯酸鑭向P-結構鋯酸鑭轉

5、變;熱處理后得到的樣品中仍含有少量氧化鋯。采用該方法得到的鋯酸鑭塊體熱處理前孔隙率為55％，1100℃熱處理后樣品孔隙率上升至69％，但熱處理前后的樣品比表面積都相對較低。
　　(3)以氧氯化鋯、氯化鋇為前驅體，乙醇和去離子水的混合溶液為溶劑，聚氧化乙烯為相分離誘導劑，甲酰胺為干燥控制化學添加劑，環(huán)氧丙烷為凝膠促進劑，乙二醇為絡合劑，采用溶膠-凝膠伴隨相分離法制備鋯酸鋇多孔塊體材料。通過調整相分離誘導劑和凝膠促進劑的用量，可以制備