[发明专利]一种基于Zr-MOF衍生物的多孔隔热材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于Zr‑MOF衍生物的多孔隔热材料及其制备方法，该方法包括Zr‑MOF衍生物的制备及多孔隔热材料的制备。本发明所制备的多孔隔热材料在氧化锆耐高温的基础上，还具有Zr‑MOF多孔性能，使其隔热性能更加优异，1400℃下导热系数最低可达到0.122W/mK；同时由于磷酸二氢铝的加入使该多孔隔热材料的强度较其他氧化锆纤维及其制品更强。

技术领域

本发明属于耐高温隔热材料技术领域，特别涉及一种基于Zr-MOF衍生物的多孔隔热材料及其制备方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，世界各国竞相开始研制高超声速飞行器，以确保面对军事打击具有快速反应能力，以及强大的远程突袭能力，来保证本国在国际上的军事能力和军事地位。随着高超声速飞行器飞行速度的不断升级，表面温度已高达2000℃，这对继续提升飞行速度及飞行时间的技术带来了一系列亟待解决的难题，其中耐高温隔热材料是发展高超声速飞行器的重要保障。

氧化锆(ZrO₂)纤维是一种耐超高温、低导热的轻质多晶纤维材料。由于氧化锆本身熔点高达2700℃，如果通过类似玻璃纤维的熔融纺丝法制备，只能选用激光熔融法，但这种方法工艺复杂，生产成本非常昂贵。目前制备氧化锆纤维主要是通过浸渍法制备，其不足之处在于前驱体中的氧化锆含量较低，有机成分含量较高，在烧结过程中体积收缩大，制成的纤维为多孔状，气孔率较高，强度低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于Zr-MOF衍生物的多孔隔热材料及其制备方法。

为了达成上述的目的，本发明提供了一种基于Zr-MOF衍生物的多孔隔热材料的制备方法，包括以下步骤：

1)Zr-MOF(锆基金属有机框架材料)衍生物的制备：

分别将金属锆盐和有机配体溶解于有机溶剂，之后将得到的两份溶液混合后加入调节剂，20-150℃搅拌0.5-24h后，密封后置于20-150℃下保温6-48h；反应结束后离心分离所得固体，用乙醇溶液洗涤3-4次后，在40-120℃干燥1-10h；

将干燥后的产物与硝酸钠混合，在惰性气体保护下，以3-10℃/min的升温速率升到300-550℃，并在该温度下保温1-8h，冷却至室温后取出，得到Zr-MOF衍生物；

2)多孔隔热材料的制备：

将步骤1)得到的Zr-MOF衍生物与磷酸二氢铝溶液混合后在120-200℃下保温8-24h，得到基于Zr-MOF衍生物的多孔隔热材料。

进一步地，其中步骤1)中，所述金属锆盐选自氯化锆、硫酸锆、八水合二氯氧锆、正丙醇锆、四乙氧基锆或二氯二茂锆中的一种。

进一步地，其中步骤1)中，所述有机配体选自反丁烯二酸、均苯三甲酸、1,4-萘二甲酸、对苯二甲酸、4，4’-联苯二甲酸、4，4’-连三苯二甲酸、反，反-1，6-己二烯二酸、以及带有官能团-CH3、-F、-Cl、-Br、I、-CHO、-COOH、-COOCH3、-NO2、-NH2、-SO3H或-OH的1,4-对苯二甲酸、4,4’-联苯二甲酸、4，4’-连三苯二甲酸和反，反-1，6-己二烯二酸中的一种。

进一步优选地，其中步骤1)中，所述有机配体选自均苯三甲酸、1,4-萘二甲酸、对苯二甲酸、4，4’-联苯二甲酸、4，4’-连三苯二甲酸以及带有官能团-CH3、-F、-Cl、-Br、I、-CHO、-COOH、-COOCH3、-NO2、-NH2、-SO3H或-OH的1,4-对苯二甲酸、4,4’-联苯二甲酸和4，4’-连三苯二甲酸中的一种，优选后通过配体制备的隔热材料具有更好的孔结构。

进一步地，其中步骤1)中，所述有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种；所述惰性气体为氮气或者氩气。

进一步地，其中步骤1)中，所述金属锆盐与有机配体的摩尔比为1:(0.1-10)。