多级孔材料研究进展

多孔材料具有孔隙率高、比表面积大、导热系数低、体积密度小及化学性质稳定等优点,在吸附与分离、催化剂载体、隔热材料、能量储存、传感器等领域拥有广阔的应用前景。基于孔直径的大小可将多孔材料分为三类:孔径大于50nm的大孔材料(Macroporous materials),孔径介于2～50nm的介孔材料(Mesoporous materials)和孔径小于2nm的微孔材料(Microporous materials)。但是,由于孔径的限制,这三类材料的应用均存在一定的局限性。多级孔材料兼具通透性好、孔隙结构发达、体积密度小、比表面积和孔体积大等优点,打破了传统单级孔材料孔结构单一的局限,因此越来越受到研究人员的关注。然而,多级孔材料在制备中仍存在较多问题。例如,其合成过程通常会涉及到两种及两种以上的方法,制备工艺复杂;现有的多级孔材料的制备成本高,孔结构难以控制。因此,研究者们主要从优化多级孔材料的制备工艺以及降低生产成本等方面入手,制备出孔径均一且可控的多级孔材料。多级孔材料主要有大孔-介孔材料(Macro-mesoporous materials)、微孔-介孔材料(Micro-mesoporous materials)以及含有两种或多种不同孔径的介孔-介孔材料(Meso-mesoporous materials)。大孔-介孔材料常见的制备方法有模板法、发泡法、溶胶-凝胶法及熔盐法等;微孔-介孔材料的主要制备方法有化学活化法、模板法和水热法等;介孔-介孔材料的制备方法主要有水热法、模板法、溶胶-凝胶法及自组装法等。本文综述了近年来多级孔材料的最新研究进展,分别对大孔-介孔、微孔-介孔及介孔-介孔材料的制备方法进行了介绍,并简要分析了未来本领域研究的发展趋势。     

熔盐镁热还原制备SiC纳米粉体及其氧化动力学

以SiO_2及活性炭粉为反应物、Mg粉为还原剂、NaCl-KCl二元盐为反应介质,采用熔盐镁热还原法低温制备了SiC纳米粉体,并采用TG–DSC非等温氧化法对所合成SiC纳米粉体的氧化动力学进行了研究。结果表明:所合成SiC纳米粉体的主晶相为2H-SiC;合成2H-SiC的最佳工艺条件为n(C)和n(Si)摩尔比为1.3:1.0,Mg粉过量60%(质量分数)、反应条件为1 373 K保温3 h时合成粉体中2H-SiC的相对含量最高约为72%,所合成SiC的晶粒大小约为20~50 nm。Kissinger法和Ozawa法的计算结果表明:所合成SiC纳米粉体的氧化反应表观活化能分别约为267.96和270.33 kJ/mol。     

ZrB_2-SiC复合粉体添加量对低碳镁碳耐火材料性能的影响

以ZrB_2-SiC复合粉体替代鳞片石墨,在473K固化12h制备ZrB_2-SiC/MgO-C耐火材料,并分别在1 373,1 673K进行了热处理,研究了复合粉体添加量(质量分数在0~4.0%)对该耐火材料物理性能、力学性能和抗热震性能的影响。结果表明:随复合粉体添加量的增加,固化后和热处理后耐火材料的常温抗折强度和耐压强度均先增后降,热处理温度对常温物理和力学性能的影响很小;1 673K热处理后耐火材料的高温抗折强度均随复合粉体添加量的增加先增后降;1 673K热处理后耐火材料在测试温度低于673K时主要发生弹性变形,在测试温度不低于673K时则发生塑性变形;以ZrB_2-SiC复合粉体替代石墨能较大幅度地提高耐火材料在氧化气氛下的抗热震性能。     

SiC多孔陶瓷制备方法研究进展

碳化硅(SiC)多孔陶瓷作为一种重要的结构材料,具有高熔点、高强度、比表面积大、体积密度小、热膨胀系数小以及良好的化学稳定性等优点,被广泛应用于催化剂载体、气/液过滤装置、生物医学材料、保温材料和耐火材料等领域。SiC多孔陶瓷的微观结构、性能及服役寿命等均受其制备方法的影响,因此综述了近年来国内外在SiC多孔陶瓷制备方法方面的研究进展,总结了物理成孔法(包括颗粒堆积法、冷冻干燥法及3D打印法等)和化学成孔法(包括添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法与生物模板法等)制备SiC多孔陶瓷的优缺点,并对其发展方向和重点进行了展望。     

SiC含量对ZrB_2-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料性能的影响

以镁砂、鳞片石墨和ZrB_2-xSiC(x为0,20%,40%,60%,80%,100%,质量分数)复合粉为原料,经成型、干燥、固化和不同温度(1 373,1 673K)保温3h热处理后,制备得到ZrB_2-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料,研究了SiC含量对该耐火材料物理和力学性能的影响.结果表明:随SiC含量的增加,固化后复合耐火材料的体积密度和常温抗折强度先增大后减小再略有增大,耐压强度则波动性降低,当SiC质量分数为20%时,复合耐火材料的常温性能最佳;在1 673K保温3h热处理后,复合耐火材料的抗折强度随温度的升高呈先增大后减小的变化趋势,当SiC质量分数为20%时,不同温度下的抗折强度均达到最大;SiC含量的改变对不同温度下的载荷和位移关系影响较小,复合耐火材料的塑性变形开始温度为873~1 073K,断裂温度均为1 673K.     

硅酸钠添加量对多孔硅藻土陶瓷性能的影响

以工业硅藻土细粉为原料,以硅酸钠为烧结助剂,采用发泡注凝法在1 000℃保温2h制备多孔硅藻土陶瓷,研究了硅酸钠添加量(0~5%,质量分数)对陶瓷物相组成、显微结构、气孔孔径和耐压强度的影响.结果表明:随硅酸钠添加量的增加,多孔硅藻土陶瓷中的方石英含量减少,鳞石英含量增加,烧结致密程度增大,气孔孔径呈现减小的趋势,耐压强度增大;当硅酸钠的质量分数为3%时制备得到具有多级孔结构的硅藻土陶瓷,该陶瓷的耐压强度为(1.13±0.08)MPa,比未添加硅酸钠的提高了约113%,其200℃时的热导率仅为(0.098±0.002)W·m~(-1)·K~(-1).