[发明专利]一种具有多重“孔-窗结构”的三维连通堇青石泡沫陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有多重“孔‑窗结构”的三维连通堇青石泡沫陶瓷及其制备方法，具体包括：(1)将MgO、Al₂O₃和SiO₂混合，加入去离子水，得到陶瓷悬浮液；(2)继续加入聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、蔗糖和马铃薯淀粉，得到陶瓷料浆；(3)调节所得料浆pH，得到稳定的前驱体；(4)湿法球磨前驱体；(5)调节球磨后的料浆pH；(6)以没食子酸正丙酯乙醇溶液对料浆进行原位改性；(7)调节改性后料浆pH，静置陈化；(8)料浆中加入正辛烷，乳化得到颗粒稳定微乳液；(9)干燥、脱模得到陶瓷生坯；(10)烧结。本发明以马铃薯淀粉和蔗糖作为成孔剂优化孔径，从而制备高孔隙率、高力学强度的具有多重“孔‑窗结构”的三维连通多孔堇青石陶瓷。

技术领域

本发明属于陶瓷载体技术领域，具体涉及一种具有多重“孔-窗结构”的三维连通堇青石泡沫陶瓷及其制备方法。

背景技术

多孔陶瓷材料由于其本身优异特性被广泛应用于各种工业领域。其中，多孔陶瓷在汽车尾气分离与净化领域中占据重要位置。随着人类生活条件的改善，越来越多的私家汽车除了造成交通拥挤，也是大气污染的主要来源之一，为了对汽车尾气及排放的固体颗粒进行处理，利用催化技术将气体中的有害成分转化为对人体无害的气体显得尤为重要，因此对催化剂的载体的选择是当前要务。然而作为汽车尾气催化剂的载体，工作温度较高，要求其必须具备良好的抗热震性能以及足够的孔隙率为催化剂提供催化位点。因此具有低热膨胀系数，高孔隙率，良好导热性和优异的耐热冲击性的堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂(MASO))材料是首选最常用的处理废气的催化剂载体材料。

堇青石陶瓷是典型变质镁铝硅酸盐矿物，具有玻璃光泽，硬度大(7-7.5)，熔点高(1470℃)等诸多优点，因而堇青石陶瓷至今仍是科研人员研究热点之一。根据大量实验探究，目前已有许多合成堇青石陶瓷的制备工艺，主要包括：沉淀、喷雾干燥、乳液加工、等离子体喷雾、燃烧合成、微晶玻璃法、固相烧结法和溶胶凝胶技术等新技术。但这些普遍的工艺均有多种不同的缺陷。

而且，现有技术中制备堇青石陶瓷普遍使用天然原料，主要有滑石、高岭土、稻壳灰、天然沸石、铬铁渣、海泡石等，但是这些原料通常含有许多晶相和杂质，这些晶相和杂质会导致材料偏离目标产品和性能。

另外，制备多重孔结构的堇青石陶瓷最常用的方法是在煅烧过程中转化成气体的原料作为造孔剂或发泡剂。该方法成本低，易于制备多孔陶瓷材料。然而，这种方法将会导致材料孔径不均匀、机械强度差，同时大量有机添加剂在烧结过程中释放温室气体和有毒气体，会造成污染。

综上，如何克服现有技术问题，通过简单工艺制备颗粒稳定微乳液，从而得到具有可控多重“孔-窗”结构的多孔堇青石陶瓷，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多重“孔-窗结构”的三维连通堇青石泡沫陶瓷的制备方法，以氧化镁、氧化铝、二氧化硅等纯化学试剂为原料，以蔗糖和马铃薯淀粉作为造孔剂制备得到性能稳定的堇青石陶瓷乳液前驱体。再以没食子酸正丙酯进行原位改性，最后加入正辛烷，从而得到具有多重“孔-窗结构”的堇青石泡沫陶瓷。整体工艺方法简单、能耗低，原料环保、无污染，尤其适合规模化制备。

为实现上述目的，本发明提供一种具有多重“孔-窗结构”的三维连通堇青石泡沫陶瓷的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按配方量将MgO、Al₂O₃和SiO₂混合，加入去离子水，得到陶瓷悬浮液；

(2)将聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、蔗糖和马铃薯淀粉加入到步骤(1)所得悬浮液中，得到陶瓷料浆；

(3)调节步骤(2)所得料浆pH，得到稳定的前驱体；

(4)湿法球磨步骤(3)所得前驱体，使其充分分散和均匀化；