[发明专利]一种凹凸棒增强氧化铝纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种凹凸棒增强氧化铝纳米纤维膜及其制备方法，该纳米纤维膜的成分包括质量比为(1～30):100的凹凸棒和氧化铝。制备方法为：首先使用无机铝盐、异丙醇铝和铝粉在一定pH值和温度条件下加热回流制得铝溶胶，随后将一定比例经过筛选的凹凸棒和助纺剂加入铝溶胶得到复合纺丝液；使用高压静电纺丝设备进行纺丝，得到凹凸棒增强的氧化铝前驱体纳米纤维膜；最后经过干燥和高温热处理，得到凹凸棒增强的氧化铝纳米纤维膜。与现有氧化铝纳米纤维膜相比，本发明制备的纳米纤维膜成本更加低廉，产率更高，并表现出更优异的柔性和更高的强度。

技术领域

本发明涉及氧化铝纳米纤维膜制备领域，具体为一种凹凸棒增强氧化铝纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步和工业水平的提高，开发功能性陶瓷纤维成为目前陶瓷材料的发展方向。氧化铝纤维具有质量轻、耐高温、耐腐蚀、热稳定性好、热导率低、比热小等优点，在诸多领域具有较为广泛的应用[景茂祥,沈湘黔,氧化铝纤维的研究现状与发展趋势[J].矿业工程，2004(24)69-71.]。首先，氧化铝作为隔热材料，已被广泛用作工业窑炉的绝热和耐火材料、高温高压蒸汽管道的绝热材料和高温密封绝热材料等。其次，氧化铝纤维比表面积较大，作为催化剂载体催化效率高，在发动机废气处理方面表现出极大的应用潜力。除此之外，与传统过滤材料相比，氧化铝纤维过滤效果更好，精度更高，同时具有更加优异的热稳定性、化学稳定性和抗热震性，所以在高温过滤方面也有很大的应用前景[曹峰,李效东,冯春祥,等.连续氧化铝纤维制造、性能与应用[J].宇航材料工艺,1999,29(6)6-9.]。

从微观结构设计的角度出发，将陶瓷纤维直径从现在的10-20微米降低至纳米数量级，将大大提高其比表面积，同时使纤维布更轻质，有望更大程度上发挥陶瓷纤维的功能性，扩展其应用领域。静电纺丝技术是一种利用高压静电场制备连续微纳米纤维的方法，相对其他制备纳米纤维的方法，静电纺丝技术具有高效快捷、成本低廉、工艺可控且环保无污染的特点。静电纺丝技术制备的纤维膜具有比表面积更高、孔隙率更大等优点，可使其在隔热、过滤、吸附、催化等方面具有更优的性能和更加广泛的应用前景[F.E.Ahmed,B.S.Lalia,R.Hashaikeh.Farah Ejaz Ahmed,Boor Singh Lalia,Raed Hashaikeh[J].Desalination 356(2015)15–30]。

然而，目前为止，静电纺丝方法制备的纳米陶瓷纤维膜普遍存在纤维膜脆性大、强度低的缺点。虽然已经很多科研工作者已经做了很多的工作，但是纤维膜的强度主要集中在1MPa以下，还无法满足其独立使用时的强度需要[J.Jiang,N.Ni,X.Zhao,F.Guo,X.Fan,P.Xiao,Flexible and robust YAG-Al₂O₃ composite nanofibrous membranes enabledby a hybrid nanocrystalline-amorphous structure J.Eur.Ceram.Soc.40(2020)2463-2469.]。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种凹凸棒增强氧化铝纳米纤维膜的制备方法，解决了现有技术中静电纺丝制备氧化铝纳米纤维膜强度低的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种凹凸棒增强氧化铝纳米纤维膜，其特征在于，该纳米纤维膜的成分包括质量比为(1～30):100的凹凸棒和氧化铝。

所述的纳米纤维膜的孔隙率为90～95％，纳米纤维的直径为200～300nm。

一种凹凸棒增强氧化铝纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：将无机铝盐置入去离子水中，待其溶解后加入冰乙酸调节溶液的pH值，然后加入异丙醇铝或铝粉，所得溶液加热到设定温度回流搅拌，制得铝溶胶；