[发明专利]低温同轴静电喷雾制备多孔陶瓷微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种低温同轴静电喷雾制备多孔陶瓷微球的方法。

背景技术

陶瓷微球是指直径在微米或纳米尺度的球形无机非金属材料，因其具有较小的尺寸和较大的表面能，在使用时会产生小尺寸效应、表面效应或界面效应等，从而在物理和化学性质方面表现出特殊的性能。

陶瓷微球在药物控释、骨修复填料、催化载体和压电材料等领域应用时，其孔隙率和比表面积是影响性能的关键因素，由于多孔陶瓷微球的表面具有介孔或大孔结构，相对于普通陶瓷微球可以获得更高的孔隙率和比表面积，尤其作为催化反应和药物缓释的载体时具有更高的吸附量和负载量，从而表现出优异的性能，所以开发出高孔隙率和比表面积多孔陶瓷微球至关重要。

中国专利《纳米二氧化钛多孔微球》（申请号：02112734.4，公开号：1443601，公开日：2003-09-24），公开了一种纳米二氧化钛多孔微球及其制造方法，该方法将纳米二氧化钛粉末与纳米二氧化钛胶体混合、研磨，获得纳米二氧化钛的混合浆料，然后采用喷雾造粒，经热处理获得纳米二氧化钛多孔微球，其多孔结构主要是由二氧化钛胶体中的溶剂在干燥时快速挥发留下的。中国专利《一种硅藻土基多孔陶瓷微球的制备方法》（申请号：201110228418.4，公开号：102391011A，公开日：2012-03-28），公开了一种硅藻土基多孔陶瓷微球的制备方法，以硅藻土为主要原料，通过喷雾干燥制备多孔陶瓷微球，其多孔结构主要是在烧结时硅藻土的间隙形成的。上述两种方法制备的多孔陶瓷微球的比表面积较小，大都在300m²/g以下，同时对于多孔陶瓷微球孔结构（孔隙率和孔尺寸）的控制比较困难，不能满足实际需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温同轴静电喷雾制备多孔陶瓷微球的方法，解决了现有方法制备的多孔陶瓷微球的比表面积小和孔结构较难控制的问题。

本发明所采用的技术方案是，低温同轴静电喷雾制备多孔陶瓷微球的方法，首先将电喷液进行低温同轴静电喷雾得到球状复合材料，然后将球状复合材料经过冷冻干燥后烧结，即得到多孔陶瓷微球。

本发明的特点还在于，

电喷液由溶剂与溶质组成，溶质由陶瓷前驱体与聚合物组成，在溶剂中依次加入聚合物和陶瓷前驱体，混合均匀后得到电喷液；溶剂与溶质的质量比为95～70：5～30，陶瓷前驱体与聚合物的质量比为20～80：80～20。

电喷液在静电喷雾器中经过同轴静电喷雾形成球状液滴后进入低温腔体，然后落在接收器上，低温腔体的温度为-50～10℃。

冷冻干燥在真空环境中进行，真空度低于6Pa，烧结的温度为300℃～1200℃。

溶剂为水、叔丁醇、莰烯、水-叔丁醇和叔丁醇-莰烯中的任意一种。

陶瓷前驱体为钛酸丁酯、钛酸四异丙酯、正硅酸乙酯、三异丙氧基氧化钒、醋酸锌、硝酸锌、硝酸锆、乙酸镍、硝酸钡、硝酸铁、硝酸铈、硝酸钇、硝酸铟和硝酸银中的任意一种。

聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、纤维素、尼龙66、聚苯乙烯和聚乳酸中的任意一种。

本发明的有益效果是，本发明低温同轴静电喷雾制备多孔陶瓷微球的方法制备的陶瓷微球具有多孔结构，比表面积极高，并且其孔结构易于控制，有助于提高陶瓷微球的吸附、催化、分离和传感性能，在生物医药、过滤材料、催化剂载体、燃料电池和电子元件领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明低温同轴静电喷雾制备多孔陶瓷微球的方法中静电喷雾器的结构示意图。

图中，1.内层管微量泵；2.外层管微量泵，3.饱和气体输送管，4.溶剂的饱和气体，5.同轴喷头内层管，6.同轴喷头外层管，7.接收器，8.低温腔体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明低温同轴静电喷雾制备多孔陶瓷微球的方法，首先将电喷液进行低温同轴静电喷雾得到球状复合材料，然后将球状复合材料经过冷冻干燥后烧结，即得到多孔陶瓷微球。

具体步骤如下：

步骤1，电喷液的制备

在溶剂中依次加入聚合物和陶瓷前驱体，混合均匀后得到电喷液；溶剂与溶质的质量比为95～70：5～30，陶瓷前驱体与聚合物的质量比为20～80：80～20；

步骤2，低温同轴静电喷雾