[发明专利]一种以木材细胞为模板制备无机多孔材料的方法

说明书

(一)技术领域

本发明属于无机多孔材料制备领域，特别涉及一种以木材细胞为模板制备无机多孔材料的方法。

(二)背景技术

多孔材料具有特殊的孔结构及表面性能，在高选择性催化剂/催化剂载体、高效吸附剂、高效气液相色谱柱材料、高强度轻质结构材料、特种电池材料(包括电极和电解质)、新型复合材料等领域有着广泛的应用前景，其合成与应用的研究引起了人们的广泛关注。随着精细化工向高效、节能化方向发展，固体催化剂向着具有多层次孔结构方向发展，这进一步促进了多孔材料的研究。

模板技术是目前合成多孔材料有效且实用的技术，模板自身的形状和内部孔道结构直接决定了产品的结构和性质。利用模板表面溶胶一凝胶法实现从微米到纳米尺寸的分级结构复制是近年来制备分级有序结构的亮点(Caruso R A.Angew Chem Int Ed，2004，43(21)：2746)，而以木材细胞模板为代表的生物模板和神奇的仿生材料更是得到材料科学家的青睐(Heuer A H，Fink D J，Laraia V J，et al.Science，1992，255(5048)：1098；Newnham R E，RuschauG R.J Am Ceram Soc，1991，74(3)：463)。木材由含水的细胞和管束构成，并且具有3-0和3-1连通性；细胞的大小和管束的直径随树种而变化。木材的这些特性使其成为制备特殊孔结构的优异模板，用来制备具有复杂结构和形态的无机材料，例如TiO₂(Ota T，Imaeda M，Takase H，et al.J Am Ceram Soc，2000，83(6)：1521)、SiO₂(Shin Y，Liu J，Chang J H，et al.Adv Mater，2001，13(10)：728；Dong A，Wang Y，Tang Y，et al.Adv Mater，2002，14(12)：926)、Fe₂O₃(Liu Z，Fang T，Zhang W，Zhang D.Micropor Mesopor Mat，2005，85：82)等，用于过滤器、吸附及催化载体、可机器加工陶瓷和光结构陶瓷等方面。

模板技术的传统制备方法是浸泡法，由于采用长时间浸渍或多次浸渍法，生产周期长、工序也较为复杂；另一方面，其溶剂的高粘度和表面张力也限制了对更小尺寸形态特征的复制。而超临界流体在制备多孔材料方面有很多独特优势(Cooper A I.Adv Mater，2003，15(13)：1049)，例如能减少或避免有害溶剂的使用，无残留；降低干燥步骤所耗能量；粘度小，微孔中传质效率高；无液相转变；浸润性能好，利于多孔材料的表面改性。近年来，超临界流体特别是超临界CO₂在制备多孔材料方面已取得了一些富有成效的进展，如以活性炭纤维作模板制备氧化硅、铂多孔材料(Wakayama H，Fukushima Y.Phys Chem B，1999，103(16)：3062；Wakayama H，Fukushima Y.Chem Commun，1999，391)，以及利用超临界涂层活性炭工艺制备的SiO₂/Fe₂O₃(Fan Hai juan，Xu Qun，LiJinge，and Cao Yanxia.J Am Ceram Soc，2006，89(10)：3065)，TiO₂/SiO₂(Xu Qun，Fan Hai juan，Guo Yiqun，Cao Yanxia，Mater Sci & Eng A，2006，435-436：158)等中孔复合材料等。

目前，尚未见有利用超临界CO₂作为溶媒，以木材细胞作为模板制备无机多孔材料的文献报道。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种以木材细胞为模板制备无机多孔材料的方法，以超临界二氧化碳为溶媒，克服了以往浸泡法周期长、工序复杂，不利于较小尺寸多孔材料孔形态特征的复制等缺点。

本发明采用的技术方案如下：