[发明专利]多孔堇青石块体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔堇青石块体的制备方法，具体涉及一种环氧化物调控溶胶-凝胶伴随相分离法制备多孔堇青石块体的制备方法。

背景技术

堇青石（通常组成为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂）是MgO-Al₂O₃-SiO₂三元系统中的一种晶体。由于堇青石具有较低的热膨胀系数和介电常数，良好的抗热震性、耐火性及机械性能，它在窑业材料、高温气液体的过滤材料、汽车尾气的催化、净化载体以及电子封装材料等等方面都有着重要的应用前景。

具有孔结构可控的多孔堇青石已经成为了一种发展迅速的堇青石材料，它可以作为颗粒过滤器、催化剂载体、热绝缘体保温材料等，在高温高热震的严苛条件下表现良好稳定性。目前合成多孔堇青石的技术路线有多种，如凝胶冷冻干燥法、凝胶注模、原位凝固胶态成型、固相反应等，但尚无制备在微观结构上具有贯通多孔结构的堇青石块体方法的报道，也没有溶胶-凝胶伴随相分离法制备多孔堇青石块体的研究。

溶胶-凝胶伴随相分离法是制备具有共连续结构多孔块体的一种新型合成手段。已采用这种方法成功合成了硅、铝、钛、锆、铁等元素的氧化物多孔块体。对于一元系统的多孔块体制备，国内外学者已经建立了较完整的理论系统，但鲜有关于两元或三元系统，如SiO₂-Al₂O₃，CaO-Al₂O₃，MgO-Al₂O₃-SiO₂，及莫来石、钙铝石、堇青石等复杂氧化物多孔材料的研究。因为与一元系统相比，二元或三元系统的共水解、形成均相复合溶胶、溶胶-凝胶转变及相分离等过程都更为复杂，并且难以控制。

在溶胶-凝胶过程中，环氧化物作为凝胶促进剂加入，通过不可逆开环反应使整个体系pH值均匀提高，促进体系的水解、聚合反应以及溶胶-凝胶转换，这一原理对多孔块体，特别是多元系统多孔块体的设计及制备非常有用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种多孔堇青石块体的制备方法，采用该方法制备的多孔堇青石块体具有阶层多孔结构、孔隙率高等特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多孔堇青石块体的制备方法，先按照如下比例配制主原料：以0.75～0.85g的六水氯化镁（MgCl₂·6H₂O）为镁源，以1.9～2.1g的六水氯化铝（AlCl₃·6H₂O）为铝源，以0.9～1.0ml的正硅酸甲酯（TMOS，也称四甲氧基硅烷））为硅源，以1.4～1.6g聚丙烯酰胺（PAAm，平均分子量为10000）为相分离诱导剂，以0.5～0.8ml的环氧丙烷（PO，即，1,2-环氧丙烷）为凝胶促进剂；然后依次进行以下步骤：

1）、在室温下，首先分别将六水氯化镁、六水氯化铝和聚丙烯酰胺溶解在溶剂中，然后滴加（滴加时间约为2min）正硅酸甲酯；滴加完毕后，于50～70℃（置于50～70℃水浴中）继续搅拌反应50～70min，得到透明澄清溶液；

2）、将步骤1）所得的透明澄清溶液自然冷却至室温，然后加入（迅速加入）环氧丙烷均匀搅拌0.5～2min，得到均质溶液；

3）、将步骤2）所得的均质溶液置入容器中密封后于35～45℃凝胶3～5min，得到湿凝胶（为乳白色不透明湿凝胶）；

4）将步骤3）所得的湿凝胶置于35～45℃下老化60～80h；

5）将步骤4）所得的老化后的凝胶置于50～70℃常压干燥72～96h；然后于900～1300℃热处理4～6h，得到多孔堇青石块体。

备注说明：所述步骤5）中，干燥结束后，以1.5～2.5℃/min（较佳为2℃/min）的升温速率升温至900～1300℃然后保温热处理4～6h，从而得到多孔堇青石块体。

上述多孔堇青石块体为结晶的多孔堇青石块体，包括可控的多种晶型。

作为本发明的多孔堇青石块体的制备方法的改进：溶剂为去离子水与无水乙醇的混合物，去离子水与无水乙醇的体积比为1：0.9～1.1。溶剂用量为4～8ml。

作为本发明的多孔堇青石块体的制备方法的进一步改进：步骤5）中的热处理温度为1200～1300℃。

在本发明中，室温一般指20～25℃。