一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法与流程

本发明涉及无机多孔陶瓷技术领域，具体涉及一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法。

背景技术：

莫来石多孔陶瓷因其具有熔点高、孔隙率高、导热系数低、热膨胀系数小、抗热震性好、介电常数小、耐化学腐蚀性能优异等特点，被广泛应用于催化剂载体、高温隔热保温材料、气/液过滤材料、高温结构材料、低介电材料等领域。

目前，莫来石多孔陶瓷的制备方法主要有：添加造孔剂法、发泡法、有机泡沫浸渍法、冷冻干燥法等。这些方法虽然各有优点，但其中仍存在一些不足：如添加造孔剂法所制备的莫来石多孔陶瓷孔隙率低、孔径大且分布不均。发泡法虽然可以制备高孔隙率的莫来石多孔陶瓷，但所制备多孔陶瓷的孔径大、力学性能差，且对原料要求较高。冷冻干燥法可以制备高通孔率、高孔隙率的多孔陶，但该方法对设备要求高、工艺复杂，难以广泛推广应用。

因此，当前莫来石多孔陶瓷制备工艺存在的不足是：要么工艺复杂、设备要求高，要么孔隙率高、孔径大、强度低，要么强度高、孔隙率低，很难采用简单的工艺制备出同时具有强度高、孔隙率高且孔径小的莫来石多孔陶瓷。同时，莫来石多孔陶瓷的制备原料主要以莫来石粉、氧化铝、二氧化硅等为原料，成本高，限制了莫来石多孔陶瓷的应用领域。

粉煤灰为煤燃烧后在烟气中搜集下来的细灰，其主要成分为氧化硅和氧化铝等。当前，粉煤灰作为一种工业固体废弃物被大量地堆存于储灰场，不仅占用大量土地、浪费资源，而且严重污染环境，给生态平衡带来严重危害。因此，如何有效的综合利用粉煤灰，开发高附加值产品是其综合利用的一个研究热点。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法，采用该方法制备的莫来石多孔陶瓷的孔隙率高、孔径小、力学性能优异，且该方法工艺易于控制、成本低、应用前景大。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法，包括以下步骤：

1)将40～65wt％粉煤灰粉体、20～40wt％铝矾土粉体和15～40wt％的氧化铝粉体混合均匀，制得混合粉体；

2)按稳定剂:去离子水的质量比为(0.005～0.01):1，将稳定剂浸泡于去离子水中24～48h，再快速搅拌5～20min，制得溶液；

3)按表面活性剂:固化剂:粘结剂:油相:去离子水体积比为(0.02～0.08):(0.1～0.3):(0.2～0.6):(1～2):1，将表面活性剂、固化剂、粘结剂加入步骤2)制得的溶液中，搅拌5～10min，再将油相加入其中，快速搅拌10～30min，制得微乳液；

4)将步骤1)制得的混合粉体逐渐加入步骤3)制得的微乳液中，搅拌5～20min，制得莫来石微乳液浆料；

5)将步骤4)制得的莫来石微乳液浆料注入模具中，在5～40℃静置固化24～48h，脱模，制得莫来石多孔陶瓷坯体；

6)将步骤5)制得的莫来石多孔陶瓷坯体干燥，然后在1350～1600℃下煅烧2～12h，制得莫来石多孔陶瓷；

其中，步骤2)中稳定剂为聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、改性淀粉、明胶中的一种；

步骤3)中表面活性剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、吐温80中的一种；

步骤3)中油相为异辛烷、环己烷、正己烷、丁酸乙酯、油酸乙酯、甘油三酯中的一种；

步骤3)中粘结剂为乙二醇二缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚中的一种；

步骤3)中固化剂为叔胺、四乙烯五胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二丙烯三胺、间苯二胺、间苯二甲胺中的一种。

进一步的，步骤1)中，粉煤灰粉体中的氧化铝和二氧化硅总含量≥60wt％，粉煤灰粉体粒径≤80μm。

进一步的，步骤1)中，铝矾土粉体中氧化铝含量≥50wt％，铝矾土粉体粒径≤80μm。

进一步的，步骤1)中，氧化铝粉体中氧化铝的含量≥80wt％，氧化铝粉体粒径≤80μm。

进一步的，步骤6)中干燥温度为100～280℃。

(三)有益效果

本发明提供了一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法，其有益效果如下：

1、本发明通过合理控制表面活性剂、油相及去离子水等的比例，经过快速搅拌即可获得微乳液，制备工艺简单、易于控制。

2、本发明在制备过程中，直接以粉煤灰为主要原料，价格低廉，对设备要求低，易于规模化生产，成本低，具有较大的产业化前景。

3、本发明具有工艺简单、易于控制、成本低等有限；用该方法制备的莫来石多孔陶瓷孔隙率高、孔径小、力学性能优异和应用前景大。

附图说明

图1：本发明实施例1制备的一种莫来石多孔陶瓷的xrd图谱；

图2：本发明实施例1制备的一种莫来石多孔陶瓷的sem图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法，包括以下步骤：

1)将40～55wt％粉煤灰粉体、30～40wt％铝矾土粉体和25～40wt％的氧化铝粉体混合均匀，制得混合粉体；

2)按稳定剂:去离子水的质量比为(0.005～0.0075):1，将稳定剂浸泡于去离子水中24～48h，再快速搅拌5～20min，制得溶液；

3)按表面活性剂:固化剂:粘结剂:油相:去离子水体积比为(0.02～0.04):(0.1～0.2):(0.2～0.4):(1～1.5):1，将表面活性剂、固化剂、粘结剂加入步骤2)制得的溶液中，搅拌5～10min，再将油相加入其中，快速搅拌10～30min，制得微乳液；

4)将步骤1)制得的混合粉体逐渐加入步骤3)制得的微乳液中，搅拌5～20min，制得莫来石微乳液浆料；

5)将步骤4)制得的莫来石微乳液浆料注入模具中，在5～40℃静置固化24～48h，脱模，制得莫来石多孔陶瓷坯体；

6)将步骤5)制得的莫来石多孔陶瓷坯体干燥，然后在1350～1450℃下煅烧6～12h，制得莫来石多孔陶瓷；

本实施例中稳定剂为羧甲基纤维素钠；表面活性剂为吐温80；油相为异辛烷；粘结剂为乙二醇二缩水甘油醚；固化剂为三乙烯四胺。

实施例2：

一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法，包括以下步骤：

1)将40～55wt％粉煤灰粉体、30～40wt％铝矾土粉体和25～40wt％的氧化铝粉体混合均匀，制得混合粉体；

2)按稳定剂:去离子水的质量比为(0.0075～0.01):1，将稳定剂浸泡于去离子水中24～48h，再快速搅拌5～20min，制得溶液；

3)按表面活性剂:固化剂:粘结剂:油相:去离子水体积比为(0.04～0.06):(0.2～0.25):(0.2～0.4):(1～1.5):1，将表面活性剂、固化剂、粘结剂加入步骤2)制得的溶液中，搅拌5～10min，再将油相加入其中，快速搅拌10～30min，制得微乳液；

4)将步骤1)制得的混合粉体逐渐加入步骤3)制得的微乳液中，搅拌5～20min，制得莫来石微乳液浆料；

5)将步骤4)制得的莫来石微乳液浆料注入模具中，在5～40℃静置固化24～48h，脱模，制得莫来石多孔陶瓷坯体；

6)将步骤5)制得的莫来石多孔陶瓷坯体干燥，然后在1350～1450℃下煅烧6～12h，制得莫来石多孔陶瓷；

本实施例中，步骤2)中稳定剂为羧甲基纤维素钠；表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；油相为环己烷；粘结剂为乙二醇二缩水甘油醚；固化剂为三乙烯四胺。

实施例3：

一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法，包括以下步骤：

1)将55～65wt％粉煤灰粉体、20～30wt％铝矾土粉体和15～25wt％的氧化铝粉体混合均匀，制得混合粉体；

2)按稳定剂:去离子水的质量比为(0.005～0.01):1，将稳定剂浸泡于去离子水中24～48h，再快速搅拌5～20min，制得溶液；

3)按表面活性剂:固化剂:粘结剂:油相:去离子水体积比为(0.06～0.08):(0.25～0.3):(0.3～0.5):(1～1.5):1，将表面活性剂、固化剂、粘结剂加入步骤2)制得的溶液中，搅拌5～10min，再将油相加入其中，快速搅拌10～30min，制得微乳液；

4)将步骤1)制得的混合粉体逐渐加入步骤3)制得的微乳液中，搅拌5～20min，制得莫来石微乳液浆料；

5)将步骤4)制得的莫来石微乳液浆料注入模具中，在5～40℃静置固化24～48h，脱模，制得莫来石多孔陶瓷坯体；

6)将步骤5)制得的莫来石多孔陶瓷坯体干燥，然后在1350～1450℃下煅烧2～12h，制得莫来石多孔陶瓷；

本实施例中，步骤2)中稳定剂为聚丙烯酸钠；表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；油相为环己烷；粘结剂为烯丙基缩水甘油醚；固化剂为二乙烯三胺。

实施例4：

一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法，包括以下步骤：

1)将55～65wt％粉煤灰粉体、20～30wt％铝矾土粉体和15～25wt％的氧化铝粉体混合均匀，制得混合粉体；

2)按稳定剂:去离子水的质量比为(0.005～0.01):1，将稳定剂浸泡于去离子水中24～48h，再快速搅拌5～20min，制得溶液；

3)按表面活性剂:固化剂:粘结剂:油相:去离子水体积比为(0.06～0.08):(0.25～0.3):(0.5～0.6):(1～1.5):1，将表面活性剂、固化剂、粘结剂加入步骤2)制得的溶液中，搅拌5～10min，再将油相加入其中，快速搅拌10～30min，制得微乳液；

4)将步骤1)制得的混合粉体逐渐加入步骤3)制得的微乳液中，搅拌5～20min，制得莫来石微乳液浆料；

5)将步骤4)制得的莫来石微乳液浆料注入模具中，在5～40℃静置固化24～48h，脱模，制得莫来石多孔陶瓷坯体；

6)将步骤5)制得的莫来石多孔陶瓷坯体干燥，然后在1450～1600℃下煅烧2～6h，制得莫来石多孔陶瓷；

本实施例中，步骤2)中稳定剂为明胶；表面活性剂为十二烷基磺酸钠；油相为正己烷；粘结剂为己二醇二缩水甘油醚；固化剂为二丙烯三胺。

实施例5：

一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法，包括以下步骤：

1)将55～65wt％粉煤灰粉体、20～30wt％铝矾土粉体和15～25wt％的氧化铝粉体混合均匀，制得混合粉体；

2)按稳定剂:去离子水的质量比为(0.005～0.01):1，将稳定剂浸泡于去离子水中24～48h，再快速搅拌5～20min，制得溶液；

3)按表面活性剂:固化剂:粘结剂:油相:去离子水体积比为(0.06～0.08):(0.25～0.3):(0.5～0.6):(1.5～2):1，将表面活性剂、固化剂、粘结剂加入步骤2)制得的溶液中，搅拌5～10min，再将油相加入其中，快速搅拌10～30min，制得微乳液；

4)将步骤1)制得的混合粉体逐渐加入步骤3)制得的微乳液中，搅拌5～20min，制得莫来石微乳液浆料；

5)将步骤4)制得的莫来石微乳液浆料注入模具中，在5～40℃静置固化24～48h，脱模，制得莫来石多孔陶瓷坯体；

6)将步骤5)制得的莫来石多孔陶瓷坯体干燥，然后在1450～1600℃下煅烧2～6h，制得莫来石多孔陶瓷；

其中，步骤2)中稳定剂为明胶；表面活性剂为十二烷基磺酸钠；油相为正己烷；粘结剂为烯丙基缩水甘油醚；固化剂为二丙烯三胺。

本发明实施例1-5，步骤1)中，粉煤灰粉体中的氧化铝和二氧化硅总含量≥60wt％，粉煤灰粉体粒径≤80μm；铝矾土粉体中氧化铝含量≥50wt％，铝矾土粉体粒径≤80μm；氧化铝粉体中氧化铝的含量≥80wt％，氧化铝粉体粒径≤80μm；步骤6)中干燥温度为100～280℃。

综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明实施例1-5一种采用微乳液模板法制备莫来石多孔陶瓷的方法具有工艺简单、易于控制、成本低的优点，用该方法制备的莫来石多孔陶瓷孔隙率高、孔径小、力学性能优异，应用前景大。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。