高比表面多孔材料的制备研究进展.pdf

第26卷第2期
粉末冷金工业
Vol.,26,No,2,p68-74
2016年4月
POWDER METALLURGY INDUSTRY
Apr.2016
DOL:10.13228j. boyuan.isn1006-6543.2(015009
高比表面多孔材料的制备研究进展
徐样瀚,张宁,阚洪,王晓阳,龙海波
沈阳大学辽宁省先进材料制备技术重点实验室,運宁沈阳110044)
摘要:介绍了几种多孔材料的制备方法及原理,包括模板法、沉淀法、溶胶凝胶法等,并对不同方法的应用
做了简要说明,最后对高比表面多孔材料的未来应用前景进行了展望。
关键词:高比表面积:多孔材料;制各工ど
文献标志码:A
文章编号:1006-6543-(2016)02-0068-07
Study on preparation of porous materials with high specitic surface
XU Xiang-han, ZHANG Ning, KAN Hong-min, WANG Xiao-yang, LONG Hai-bo
(Liaoning Province Key Laboratory of Advanced Materials Preparation Processing, Shenyang University
Shenyang 110044, China)
Abstract: The preparation methods and principles of several porous matcrials, including template method, precip-
itation method and sol-gel method were introduced, and the application of different methods was briefly stated. Fi-
nally, the future application prospect of porous matcrial with high spccific surfacc was also discusscd
Key words: high specific surlace; porous material; preparation technology
多孔材料是近代オ出现的一种特殊材料,具有热性能佳等特点;多孔金属材料具有孔隙率高、隔
非常优异的结构特点:比表面积大、渗透性好、隔音音性好、导热率高等特点,同时也是一种集功能和
效果好、质量较轻。其中,高比表面积是多孔材料结构于一体的新型材料;泡沫塑料具有导热率
的重要特点之一。高比表面多孔材料是指既具有低、隔热性好、密度小等特点?,但由于泡沫塑料开
外表面积又有内表面积的多孔材料,如石棉等。本发与应用的不足,其优点尚未得到充分的利用。
文就高比表面多孔材料的分类、性能、用途和制备
按照孔隙大小,多孔材料可分为3种:第1种是
方法进行了综述,阐述了共在催化剂載体、治金、环。微孔多孔材料(孔径小于2m),例如宫英啊以正硅
保材料、储氢材料等方面的应用。
酸乙酯为原料采用溶胶凝胶方法成功制备出孔径
1多孔材料的分类和性能
大小为0.8~1.6nm的二氧化硅納米多孔材料,其孔
隙呈现为网络状分布;第2种是介孔或中孔材料(孔
根据材质的不同,多孔材料可分为多孔陶瓷材径为2~50nm),例如刘颖利用模板法在水溶液
料(氧化铝多孔陶瓷、碳化硅多孔陶瓷、氧化锆多孔中添加纳米氧化作模板剂,制得比表面积为
陶瓷、羟基僯灰石多孔陶瓷等)、多孔金属材料(铝515.37m/g、孔径为7.5m的中孔碳;第3种是大孔
合金和镁合金多孔材料)和泡沫卿料(高比表面有材料(孔径大于50mm),例如李双叫利用SiC粉为原
机材料)。多孔陶沦具有刚度高、化学性能稳定、时料,采用冷等静压法制备山70m孔径的大孔径多
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51372156)
作者简介:徐祥瀚(1989-),男,硕士生,主要从事纳米陶瓷方面的研究。
通讯作者:长宁(1960-),男,博士,教授,主要从事纳米材科的研究。
收稿日期:2015-11-16
第2期
徐祥瀚等:高比表面多孔材料的制备研究进展
孔陶瓷管。
泊松比计算,分析了闭孔多孔材料的微观形貌,如
按照孔的微观形貌特点,多孔材料又可分为闭图1(a)所示;而冯上升等则利用沉淀法制备出开
孔和开孔2种,如朱虹等叫通过对闭孔多孔材料的孔泡沫金属,见图1(b)。
20m
50 um
100um
(a)闭孔多仉材料:(b)开孔泡沫金属。
图1不同孔形貌的多孔材料
按照晶体结构的有序程度,多孔材料还可分为量。(3)热导率低。高比表面多孔材料因为具有较
有序和无序2种。有序多孔材料的晶体结构分为
高的比表面积,从而拥有较多的孔隙,其热量的传输
维与三维2种晶体点阵,无序多孔材料的晶体点足以气孔壁为路径,较多的孔隙数量相当于増加了热
阵无序,如泡材料。张秀丽等?利用沉淀法制备量传输的路程,从而热导率降低。实验证明,闭孔陶
出晶体点排列尤序的泡沫金属中孔材料,其孔隙瓷多孔材料的绝热效果更好。例如 ZHANG等以
率在19.3%~62.4%之间
模板法制备出了热导率低全0.23W(m?K)的氧化
按照孔的连通方式,多孔陶瓷材料可分为泡铝多孔陶瓷材料,其热号率是普通氧化铝陶瓷热导
沫陶瓷、蜂窝陶瓷、球状孔淛型多孔陶瓷等。林率(29.31W(m?K)的0.78%叫。因此,利用高比表
煌等使用起泡法制备岀适于过滤器的池沫陶面多孔材料较低的热导率可以作为工业烧结陶瓷
瓷。李艳丽明采用挤压成形方法制备出蜂窝陶瓷,与治金方面的保温材料。
并且广泛应用于汽车尾气浄化器载体和臭氧抑制
催化剂载体当中。
2高比表面多孔材料的用途
多孔材料的优异性能主要表现在:(1)比表面
积高。比表面积越高,多孔材料的吸附性就越好,2-1环境保护
这种高比表面积材料对于环境保扩和储氢都有很
高比表面多孔材料在减少二.氧化碳气体排
大的帮助。此外,高比表面多孔材料因为在反应环放、治理温室效应等方面可发挥重要作用。韩坤
境中具有更大的接触面积,所以反应更加充分,因地利用沉淀法以镁、铝为原料制备了氧化镁多扎
此被广泛应用在催化剂以及医药载体等领域。例复合材料,该复合材料在100℃对CO2的吸附量达
Giunta 2等mp利用凝胶-溶胶方法制备出了可作为到11Smgg。这主要在于氧化镁多孔复合材枓具有
催化剂的介孔二氧化硅多孔陶瓷材料,其比表面积较高的比表面积和大量的碱性位可以吸附CO。日
高达1860mg。(2)低密度。多孔材料具有较高前多孔材料在污水处理方面也得到了「广泛应用,研
的孔隙率,所以密度远小于相同材料的致密体。究结果表明,多孔硅酸钙材料对于污水有极强的除
Sepulveda等以氧化铝为原料,采用前驱体方法制污能力,原因在于较高比表面积的多孔材料在结构
备出了密度极低的高比表面多孔氧化铝陶瓷材料上具有大量迮通网状结构,正是因为这种结构能够
(其密度仪为理论密度的6%),而普通的氧化铅陶提供离子交换、吸附的场所而利于吸附过程的进
瓷理论密度却在3.6g/cm以上。通常情況下低密度行,且吸附时间更短,效率更高。另外,利用水热法
高强度的材料多被运用在飞机上,以诚少总体质合成的硅酸钙能够吸附污水中超过90%