[发明专利]介孔无机纤维复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种介孔无机纤维复合材料及其制备方法和应用，属于无机复合材料技术领域。该方法采用高温处理的技术在埃洛石纤维表面构造出纳米结构，并采用水热处理的方法丰富其表面羟基，再以此纤维膜为基材，将其与二氧化硅气凝胶母液复合，使硅气凝胶母液填充至纤维膜空隙中；通过常压干燥方法，制备出致密的气凝胶复合材料。该制备方法使用常压干燥法即可获得介孔无机纤维复合材料，无体积收缩、致密无裂纹的介孔气凝胶/纤维膜复合膜，且可简化常压干燥法的制备工序，大幅提升了制备效率，节约了成本，有望在高效吸附、纳米催化剂负载及高温气体催化等领域的广泛应用。

技术领域

本发明涉及无机复合材料技术领域，特别是涉及一种介孔无机纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

多孔材料根据其孔径分布一般分为大孔材料、介孔材料(孔径在2-50nm)和微纳孔材料。通过特定工艺设计出富含纳米孔道结构的多孔材料可以极大地增加材料的比表面积，使材料获得更多的与外界物质发生相互作用的界面，可进一步拓宽多孔材料的应用领域。此外，由于双介孔材料具有大小不同的双介孔通道，具有高效分散活性物质并同时提供高效的扩散通道的特性，因而在用作催化剂载体发面尤其具有应用潜力。

二氧化硅气凝胶是一种介孔材料，与孔径在微米级以上的常规多孔材料相比，有高孔隙率(通常80％以上)、三维纳米孔网络结构，具有超级隔热、高效催化剂载体、传感器、吸附剂、低介电材料等所要求的多方面的优异性能。

但是，因其高的孔隙率，造成材料本身力学性能下降，强度极低，容易产生突发性的破坏，难以将气凝胶以板状或片状的形式直接应用。在实际应用中，将气凝胶与纤维进行复合可以显著改善其强度或韧性不足的缺点，从而能更好地发挥它的优异性能，达到工程应用对材料的综合性能要求。

当前许多研究主要集中于纤维增强柔性气凝胶的制备以及其隔热性能的研究。但是目前所用的各种纤维增强材料，其中使用常压干燥技术制备出来的复合气凝胶存在体积收缩问题，会存在明显的裂纹，这些裂纹的存在会降低其力学性能，明显影响其使用性能。提高纤维与气凝胶之间的界面附着力是非常重要的。为了提高两相界面的结合力，除了化学键合外，还需要发展其他的界面相互作用。此外，为获得完整无裂纹气凝胶复合材料，多采用超临界干燥技术制备，其技术条件苛刻，操作复杂，设备要求高，能耗也较大，成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种介孔无机纤维复合材料的制备方法，采用该方法，可在常压条件下干燥制备的得到的气凝胶纤维复合材料，具有操作简单，设备要求低，能耗低，成本低的优势。

一种介孔无机纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

基材制备：取埃洛石纤维膜，在高温条件下处理使其表面产生纳米级凸起，并加入酸溶液以水热法处理，增加该埃洛石纤维膜表面羟基，得到基材；

母液制备：通过酸催化正硅酸乙酯水解和碱催化凝胶，制备出均匀的二氧化硅溶胶母液；

前体复合材料制备：将所述母液填充至所述基材的纤维空隙中，得前体复合材料；

老化处理：将上述前体复合材料进行凝胶、陈化和老化；

改性处理：以三甲基氯硅烷对经老化处理后的前体复合材料进行表面改性，再以正己烷进行清洗，对所述前体复合材料的孔径大小进行调控；

干燥：对经改性处理后的前体复合材料进行常压干燥，即得。

上述介孔无机纤维复合材料的制备方法，采用高温处理的技术在埃洛石纤维表面构造出纳米结构，并采用水热处理的方法丰富其表面羟基，再以此纤维膜为基材，将其与二氧化硅气凝胶母液复合，使硅气凝胶母液填充至纤维膜空隙中；通过常压干燥方法，制备出致密的气凝胶复合材料，并根据需要，可通过对其进行二次改性处理，实现对其孔径的调控。