[发明专利]一种生物形貌碳化硅与分子筛复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体地说涉及一种生物形 貌多孔碳化硅与分子筛复合材料的制备方法。

背景技术

近年来生物质陶瓷材料的研究受到了人们的广泛关注，生物质陶 瓷材料是由生物质转化而来的保持了与原材料相似的形态和独特结构 特征，同时又具有陶瓷特性的材料。其中生物质碳化硅由于具有良好 的机械强度、热稳定性、化学惰性、及导热导电性能，因而在催化化 工等领域有广泛的应用前景。

生物质碳化硅一般以木材，稻杆，高粱等为模板经碳化和高温渗 硅制备得到，制备方法在中国专利中已有报道(专利公开号： CN1064062A和CN1064062A)。各种不同形貌的生物质碳化硅的制备也 有文献报道，如德国的Vogl i等人采用气相渗硅的方法将碳化的松木 转化成纯度高达90％以上的块状生物质SiC陶瓷材料(Journal of the European Ceramic Society 22(2002)2663-2668)。钱军民等人采用 多次渗入SiO₂溶胶和碳热还原反应的方法以碳化的橡木为模板制备出 管状孔结构SiC陶瓷(Materials Science and Engineering A 371(2004) 229-235)。此外，本研究组报道了以小米、高粱等为模板的球形碳化 硅的制备(专利CN100369863)。这类材料虽然集合了SiC材料导热性 好、热稳定高以及生物质固有的颗粒外形、多孔结构等优点，但对于 某些吸附和催化过程来说，比表面还不够高(一般只有10-40m²/g)， 因此应用受到一些限制。分子筛是一种具有规则孔道结构的晶体材料， 它的多孔结构、高的比表面积和表面酸性使其在催化、吸附及离子交 换等方面有突出的应用价值，但存在热稳定性差、难以过滤和回收等 问题。近年来，将分子筛组装生长于不同载体孔道和外表面制备复合 材料的研究受到人们的关注。这种复合材料兼具了分子筛和载体两种 材料的优点，因而在催化、吸附和分离等领域的应用前景更为广泛。

将分子筛负载生长于不同载体孔道和外表面制备复合材料的研究 也有文献报道。Rebrov等将微孔分子筛ZSM-5复合于不锈钢管道内， 用于NO和氨气的选择性催化还原反应中，表现出优良的活性(Appl. Catal.A.，206(2001)125)。Tsapatsis等将分子筛ZSM-5生长于 α-Al₂O₃载体上，使其可以有效地分离有机气体(Science，300(2003) 456)。β沸石分子筛附着于蜂窝状堇青石载体上得到的材料可以应用 于汽车废气中NO_x的脱除(Appl.Catal.B：Environ.，58(2005)1)； Schwiger等在由藤条制备的SiC陶瓷材料孔道内组装微孔分子筛，得 到了一种SiSiC/Zeolite复合材料，并在n-己烷的催化裂解反应中显 示出高的活性(Adv.Mater.，17(2005)344)。然而以具有生物球形 的碳化硅为载体的分子筛复合材料的制备还未见报道，这种载体特殊 的分级多孔结构将使其在催化，分离和石油化工等领域有广阔的应用 前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物结构球形碳化硅与分子筛的复合 材料的制备方法。

本发明是采用不同颗粒尺寸的农作物果实为模板制备生物质碳化 硅，通过原位水热合成法或二次合成方法(包括晶种法和二次结晶法) 将分子筛均匀有序地组装进生物质SiC孔道内，得到稳定的SiC/分子 筛复合材料。鉴于此类生物质碳化硅特殊的蜂窝式胞状微观结构，采 用真空渗透和多次渗透等方法促进分子筛溶胶进入碳化硅的孔道，实 现了均匀稳定的负载。

本发明是通过如下方法实现的：

(1)将生物结构碳化硅置于硝酸和氢氟酸的混合溶液中于处理 12-72小时，以除去孔道内多余硅，同时在表面部分形成氧化物层以便 于分子筛在其表面的负载；

(2)分子筛溶胶的制备：将溶有模板剂的水溶液与氢氧化钠的水 溶液混合，搅拌均匀后加入氧化铝物质，缓慢加入二氧化硅物质，混 合溶液搅拌1-12小时，得到分子筛溶胶；