[发明专利]一种高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制备方法和应用，高疏水碳化硅泡沫陶瓷由基底碳化硅泡沫陶瓷及其表面的聚多巴胺和长链烷基胺分子或含氟分子覆层构成；所述聚多巴胺为包覆层的底层，长链烷基胺分子或含氟分子为包覆层的表层。本发明制备的碳化硅泡沫陶瓷具有三维网状连通结构，孔隙率高，尺寸可控，成本低，满足工业化生产要求；采用超支化液态聚碳硅烷为粘结剂来制备碳化硅泡沫陶瓷，实现低温度烧结，陶瓷产率高；本发明采用三维多孔碳化硅泡沫陶瓷，由于其大的表面积和表面粗糙度使得其在吸附过程中具有较好的吸附动力学，可较快的达到吸附平衡，而它的大孔结构和微孔隙可作为储油空间，因而在油吸附剂方面具有非常大的应用前景。

技术领域

本发明属于特殊功能材料制备领域，具体涉及一种高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

碳化硅泡沫陶瓷具有抗高温、耐腐蚀、表面积大、低密度、孔隙率高等优点，广泛应用于高温气体净化、柴油机尾气过滤、熔融金属过滤、保温和隔音等领域。

碳化硅泡沫陶瓷的制备方法多种多样，不同的制备方法可制备出不同气孔率、孔道结构、孔径大小的泡沫陶瓷。泡沫陶瓷制备的关键是形成具备一定孔筋强度的三维立体网络结构。根据使用目的和性能的不同，人们开发了多种成型制备工艺，目前对碳化硅泡沫陶瓷低温烧结成型技术研究不够，烧成泡沫陶瓷所需温度依然较高，可供选择的泡沫模板较少，此外，传统粘结剂聚碳硅烷热分解后体积收缩，产生裂纹，影响了陶瓷的致密度，陶瓷产率较低，现有的碳化硅泡沫陶瓷的制备方法主要有：

(1)反应烧结法：粉末烧结法、固相反应烧结法需要很高的烧结温度(2000℃以上)，还需添加助烧剂，因而影响了材料的高温性能，限制了泡沫陶瓷材料的应用。

(2)添加造孔剂法：该方法的缺点是难以制取高气孔率制品，气孔分布均匀性，对造孔剂的分散性要求比较高，在烧结后，造孔剂会留在碳化硅泡沫陶瓷中，会影响其透波性能。

(3)含硅树脂热解法：将有机硅前躯体制成高分子凝胶，脱出凝胶中的有机溶剂后得到泡沫状含硅树脂，经充分预氧化后进行热解即可得到碳化硅泡沫陶瓷，该方法的缺点是由于没有热压过程，初始密度不高，制备的泡沫陶瓷不致密，而且强度低，孔隙体积和尺寸难以控制。

(4)有机泡沫浸渍法：有机泡沫浸渍法中运用较多的有机泡沫体，其弹性和开孔率相对较低，已经成功运用制备泡沫陶瓷的可供选择的泡沫模板较少，而泡沫模板的物理特性将直接影响泡沫陶瓷的机械性能。

近年来，由于油污染事故频繁发生，使得清理原油泄漏成为一项全球性挑战，传统的解决方法如重力分离，撇渣，浮选等可以有效地实现油水分离，但其低效率和高成本限制了其广泛应用。制备疏水亲油材料和过滤膜具有低成本和使用方便等优势，可被推广应用于实际生产，但其仍存在以下问题：①在分离过程中同时吸附油和水，表现出低的分离选择性和分离效率；②长期的使用，使得油或油脂造成细孔堵塞和材料表面污染，造成材料吸附容量以及流体流量显著降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制备方法和应用，通过所述方法制备得到的碳化硅泡沫陶瓷孔隙率高、密度低和具有疏水亲油特性，可应用于吸附高粘度油类。

为了实现上述目的，本发明提供一种高疏水碳化硅泡沫陶瓷，其由基底碳化硅泡沫陶瓷及其表面的聚多巴胺和长链烷基胺分子或含氟分子包覆层构成；所述聚多巴胺为包覆层的底层，长链烷基胺分子或含氟分子为包覆层的表层。

本发明提供一种高疏水碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量分数分别称取碳化硅微粉20～30wt％、超支化液态聚碳硅烷20～30wt％和溶剂40～60wt％，将各组份搅拌均匀获得陶瓷浆料，将待包覆的密胺泡沫塑料均匀浸渍浆料，取出后挤出多余浆料得到泡沫预制体；