专利名称：多孔莫来石块体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔莫来石块体的制备方法，具体涉及一种溶胶-凝胶伴随相分离法制备多孔莫来石块体的方法。
背景技术：
莫来石(通常组成为3Al203*2Si02)是在SiO2-Al2O3两相系统中唯一稳定存在的晶体，也是最为常见的工业陶瓷之一。由于莫来石具有优异的高温强度、抗蠕变性、低热膨胀系数、良好的介电性能、在中红外区的高透射率、良好的化学稳定性和热稳定性，同时能够保持在升温条件下的机械性能及在氧化性气氛中的稳定性，它在电子、光学及高温结构等方面都有着重要的应用前景。具有可控多孔结构的多孔莫来石已经成为莫来石在催化剂载体、隔热、颗粒筛、金属渗透陶瓷等应用方面的一个新发展。目前已有各种合成多孔莫来石的技术路线，如凝胶冷冻干燥、添加造孔剂、凝胶注模、熔融沉积、反应形成、水热处理、煅烧、浸出法等等，但尚无制备具有贯通多孔结构的莫来石方法的报道，也没有溶胶-凝胶伴随相分离法制备多孔莫来石块体的研究。溶胶-凝胶伴随相分离法是制备具有共连续结构多孔块体的一种新的合成手段。采用这种方法已经成功合成了硅、铝、钛、锆、碳、铁等元素的氧化物多孔块体。尽管单组份系统的多孔块体制备已经建立了理论依据，但鲜有关于两相或三相体系，如SiO2-Al2O3,CaO-Al2O3, MgO-Al2O3-SiO2，及莫来石、钙铝石、堇青石等复杂氧化物多孔材料的研究。因为与一元系统相比，二元或三元系统的共水解、形成均相复合溶胶、溶胶-凝胶转变及相分离等过程都更为复杂，并且难以控制
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多孔莫来石块体的制备方法，采用该方法制备而得的多孔莫来石块体具有阶层多孔结构，孔径尺寸及数量可控，骨架连续，比表面积大(孔径大孔孔径分布在广2微米，比表面积为5(T400 m2/g)等特点。为了解决上述技术问题，本发明提供一种多孔莫来石块体的制备方法，以2g的六水合氯化铝(A1C13*6H20)为铝源，以0.25 0.3ml的正硅酸甲酯(TMOS)为硅源，以1.5 2.0ml的环氧丙烷(PO)为凝胶促进剂，以0.02、.03g的聚氧化乙烯(ΡΕ0，平均分子量为IX IO6)为相分离诱导剂；包括以下步骤:I)、于室温下，先将六水合氯化铝和聚氧化乙烯溶解在溶剂中，然后在搅拌状态下滴加正硅酸甲酯；滴加完毕后，继续搅拌反应5(T70min ；2)、于室温下，在步骤I)的所得物中加入环氧丙烷均匀搅拌后，得均质溶液；3)、将均质溶液放入容器中密封后于35 45°C凝胶8 12min (从而实现凝胶转变)，得湿凝胶；4)、将湿凝胶置于35 45°C下老化68 76h ；
5)、将步骤4)所得的老化后的凝胶于7(T80°C干燥2 3d ;然后置于80(Tl40(TC热处理4 6h，得到多孔莫来石块体(结晶的多孔莫来石块体)。作为本发明的多孔莫来石块体的制备方法的改进:溶剂为去离子水与无水乙醇的混合物，去离子水与无水乙醇的体积比为1:0.9^1.1。溶剂的用量为3飞ml。作为本发明的多孔莫来石块体的制备方法的进一步改进:热处理温度为110(Tl400°C。在本发明中，室温一般指1(T25°C。本发明采用将普通烷氧基硅烷的水解-聚合过程与金属盐的环氧化物介导的溶胶-凝胶反应相结合的方法，制备了具有共连续的通孔和骨架结构的多孔莫来石块体，其孔径尺寸及孔容等由添加的PEO的量及热处理温度决定。当800°C处理时，则莫来石仍为无定形；当1100°C及以上处理时，则生成晶态莫来石；在本发明中，热处理并没有破坏凝胶中的宏观孔结构，而只是转变了块体的相组成及微-介孔结构，同时轻微地减小了宏观孔尺寸。本发明的有益效果是制备了一种具有共连续结构的阶层多孔莫来石块体材料，并且可以方便有效地控制孔径尺寸和孔容。由于其独特的阶层多孔结构，制备的多孔莫来石块体有望在多相催化、分离、吸附、提取、降解、固化等领域展现重要的应用前景。同时，该制备方法有机结合了溶胶-凝胶原理与相分离理论的各自特点，具有湿化学高纯制备，可构造精细阶层多孔结构，工艺简单，设备低廉等优点。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。图1是实施例2中得到的多孔莫来石块体的内部结构图。`
具体实施例方式以下实施例中的搅拌均在50(Γ600转/分的转速下进行。实施例1、一种多孔莫来石块体的制备方法，以2g的六水合氯化铝(A1C13*6H20)为铝源，以0.2805mL的正硅酸甲酯(TMOS)为硅源，以1.8mL的环氧丙烷(PO)为凝胶促进齐IJ，以0.025g的聚氧化乙烯(ΡΕ0，平均分子量为I X IO6)为相分离诱导剂；依次进行以下步骤:I)、先将2g六水合氯化铝(A1C13*6H20)和0.025g聚氧化乙烯(PEO)溶解在由
2.1mL乙醇与2mL去离子水组成的溶剂中，然后在搅拌状态下滴加0.2805mL的正硅酸甲酯(TMOS) ；1分钟滴加完毕后，继续搅拌反应60min ;反应温度为室温；2)、室温下，在步骤I)的所得物(为透明澄清溶液)中迅速加入1.SmL环氧丙烷(PO)，均匀搅拌Imin后，得均质溶液；3)、将均质溶液放入容器中密封后于40°C凝胶IOmin ;从而实现凝胶转变，得湿凝胶；4)、将湿凝胶置于40 V下老化72h ；5)、将步骤4)所得的老化后的凝胶于75°C干燥3d ;然后置于800°C进行热处理5h(升温速率为2 3°C /min)，得到多孔莫来石块体。
制备得到的多孔莫来石块体为无定形态，由于在此800°C下尚未发生晶型转变。其N2吸附等温线为IV型，证明了介孔的存在，而孔径分布主要在微孔到介孔区间范围内，平均大孔孔径为1.4 μ m,比表面积达400 m2/go实施例2、一种多孔莫来石块体的制备方法，将实施例1步骤5)中的热处理温度由800°C改成1100°C，其余同实施例1。制备得到的多孔莫来石块体结晶良好、完全，并且具有共连续的宏观通孔结构和完好骨架(见图1)，而骨架由盘状或针状的纳米晶颗粒组成。其孔径分布集中，体密度约为
1.34 g*cm_3，计算相对密度为42%。该多孔莫来石块体的N2吸-脱附曲线为H3型，表明块体因其骨架结构而存在狭缝状介孔，介孔大致消失，大孔平均孔径为1.2 μ m，比表面积为54m2/g。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为 是本发明的保护范围。
权利要求
1.多孔莫来石块体的制备方法，其特征在于:以2g的六水合氯化铝为铝源，以0.25 0.3ml的正硅酸甲酯为硅源，以1.5 2.0ml的环氧丙烷为凝胶促进剂，以0.02 0.03g的聚氧化乙烯为相分离诱导剂；包括以下步骤: I )、于室温下，先将六水合氯化铝和聚氧化乙烯溶解在溶剂中，然后在搅拌状态下滴加正硅酸甲酯；滴加完毕后，继续搅拌反应5(T70min ； 2)、于室温下，在步骤I)的所得物中加入环氧丙烷均匀搅拌后，得均质溶液； 3)、将均质溶液放入容器中密封后于35 45°C凝胶8 12min，得湿凝胶； 4)、将湿凝胶置于35 45°C下老化68 76h； 5)、将步骤4)所得的老化后的凝胶于7(T80°C干燥2 3d;然后置于80(Tl40(rC热处理4 6h，得到多孔莫来石块体。
2.根据权利要求1所述的多孔莫来石块体的制备方法，其特征在于: 所述溶剂为去离子水与无水乙醇的混合物，去离子水与无水乙醇的体积比为1:0.9 1.1。
3.根据权利要求2所述的多孔莫来石块体的制备方法，其特征在于: 所述溶剂的用量为3飞ml。
4.根据权利要求2或3所 述的多孔莫来石块体的制备方法，其特征在于:所述热处理温度为 110(Tl40(TC。
全文摘要
本发明公开了一种多孔莫来石块体的制备方法，包括以下步骤1)先将六水合氯化铝和聚氧化乙烯溶解在溶剂中，然后滴加正硅酸甲酯；滴加完毕后，继续搅拌反应50~70min； 2)于室温下，在步骤1)的所得物中加入环氧丙烷均匀搅拌后，得均质溶液；3)将均质溶液放入容器中密封后于35~45℃凝胶8~12min，得湿凝胶；4)将湿凝胶置于35~45℃下老化68~76h；5)将步骤4)所得的老化后的凝胶于70~80℃干燥2~3d；然后置于800~1400℃热处理4~6h，得到多孔莫来石块体。采用该方法制备而得的多孔莫来石块体具有阶层多孔结构，孔径尺寸及数量可控，骨架连续，比表面积大等特点。
文档编号C04B30/00GK103242027SQ20131017981
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者郭兴忠, 吕林一秀, 杨辉, 李文彦 申请人:浙江大学