[发明专利]一种高孔隙率定向孔结构多孔莫来石材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备多孔莫来石材料及其工艺方法，特别是一种高孔隙率定向孔结构多 孔莫来石材料及其制备方法。

技术背景

多孔陶瓷具有高孔隙率，优良的抗腐蚀性、抗氧化性和耐高温性等特点，可用作高温气 体净化器、熔融金属过滤器、热交换器、保温隔音材料、催化剂载体等，在冶金、化工、环 保和能源等领域具有广阔的应用前景。莫来石是Al₂O₃和SiO₂的固溶体，是大气压下 Al₂O₃-SiO₂系中唯一稳定的化合物，具有优异的耐酸碱性能、低的热膨胀系数、较好的高温 力学性能和良好的体积稳定性，是理想的高温过滤、保温隔音、催化载体材料。天然莫来石 比较稀少，因此常用人工合成的方法来制备莫来石陶瓷材料。

煤矸石是煤矿资源的伴生矿物，主要化学组成成分为Al₂O₃和SiO₂,还有少量的Fe、Ca、 Na、Mg等金属氧化物。随着煤炭行业的发展，采煤过程中煤矸石的产量也逐渐增加。对煤 矸石的资源化、合理化利用不但能减少环境污染，还能创造一定的经济效益。煤矸石和莫来 石化学组成成分上的相似性，为以煤矸石作为原材料合成莫来石提供了可行性。

到目前为止，利用煤矸石合成多孔莫来石的例子并不多，QikaiLü等人(Journalof HazardousMaterials,2014,273:136-145)利用煤矸石和铝矾土为原料，玉米淀粉作造孔剂制备 了多孔莫来石，但是孔隙率较低，不超过50％，并且孔隙结构混乱，这将对多孔莫来石的物 理性能和使用领域造成一定的限制。RuipingLiu等人(JournalofEuropeanCeramicSociety, 2013,33:3249-3256)虽然利用冷冻干燥法制备了定向孔隙的莫来石，孔隙率超过70％，并且 孔隙结构排列整齐均匀，但是他们用纯莫来石粉末作原料，成本较高。

发明内容

本发明的目的是要提供一种高孔隙率定向孔结构多孔莫来石材料及其制备方法，解决目 前人工制备多孔莫来石孔隙率较低，以及成本高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案完成的，包括多孔莫来石材料和多孔莫来石材料的制 备方法。

所述的多孔莫来石材料：原料组成比例为每100g煤矸石加入0-72.88gAl₂O₃粉末,控制 原料中Al₂O₃的质量分数为50-72％，制备的莫来石孔隙为定向孔道结构。

所述的莫来石孔道的孔隙率在60％～83％之间。

所述的多孔莫来石材料制备方法：包括原料的混合均匀及成分控制、浆料的制备，浆料 的定向冷冻，冷冻坯体的低温低压干燥和生坯的烧结；

具体工艺步骤如下：

(1)将煤矸石和Al₂O₃粉末加酒精球磨混合均匀，并干燥，煤矸石和Al₂O₃粉末的比例 为每100g煤矸石加入0-72.88gAl₂O₃粉末，控制原料中Al₂O₃的质量分数50-72％；

(2)配制两种溶液：Ⅰ)叔丁醇(TBA)+0.5-2.0wt.％聚乙烯醇缩丁醛(PVB)+0.2-1.0 wt.％硬脂酸；其中：叔丁醇(TBA)作溶剂，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作粘结剂，硬脂酸 作分散剂；Ⅱ)水+2-4wt.％聚乙烯醇(PVA)+0.5-2.0wt.％一水合柠檬酸；其中：水作溶 剂，PVA作粘结剂，一水合柠檬酸作分散剂；

(3)将步骤(1)中混合干燥好的粉末加入到两种不同的溶液中，粉末和溶液按照体积 比1:10到1:4混合，以100-200r/min室温搅拌2小时，混合均匀，配制成浆料；

(4)将混合好的浆料倒入塑料模具中，将模具放到实心铜柱上，铜柱用-196～-80℃的液 氮+干冰降温，通过干冰调节液氮的温度，液氮浸没铜柱底部10-20mm处，将盛装浆料的模 具放在铜柱上保持5-10分钟，直到浆料全部凝固成坯体；在定向冷冻过程中，塑料模具的外 面包覆一层绝热材料；