【摘要】：多孔塊體是一類(lèi)具有一定尺寸和數(shù)量有序孔結(jié)構(gòu)、外觀(guān)呈塊體狀的材料。因其具有低的相對(duì)密度、高的比表面積、優(yōu)異的滲透性能和吸附性能,多孔塊體被廣泛用作過(guò)濾、分離、吸附、催化等領(lǐng)域的載體材料,已成為新型材料的研究熱點(diǎn)。多孔塊體的制備方法較多,其中溶膠-凝膠伴隨相分離法是一種新型的濕化學(xué)法制備多孔塊體材料的技術(shù)。所制備的多孔塊體具有微米尺度可控的共連續(xù)大孔和骨架結(jié)構(gòu),在催化劑載體、液相色譜柱等應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。本文首先綜述了多孔塊體材料的研究現(xiàn)狀,在SiO2、Al2O3、TiO2等單一氧化物體系的研究基礎(chǔ)上,開(kāi)展了溶膠-凝膠伴隨相分離法制備多孔復(fù)合氧化物塊體材料的研究。選取鈣鋁石(Ca12Al14O33)、鈦酸鋁(Al2Ti05)和磷酸鋁(AIPO4)作為研究對(duì)象,重點(diǎn)分析了聚氧化乙烯(PEO)、環(huán)氧丙烷(PO)和溶劑用量以及凝膠溫度、熱處理溫度等制備參數(shù)對(duì)試樣微觀(guān)形貌的影響,研究了各體系溶膠-凝膠伴隨相分離機(jī)制。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：(1)以無(wú)機(jī)鹽氯化鋁和氯化鈣為前驅(qū)體,乙二醇(EG)為絡(luò)合劑,甲酰胺(FA)為干燥控制化學(xué)添加劑,PO為凝膠促進(jìn)劑,PEO (Mv=3×105)為相分離誘導(dǎo)劑,水和乙醇為溶劑制備了多孔鈣鋁石塊體材料。加入EG可抑制鈣離子在溶膠-凝膠過(guò)程中析出,加入FA可減少鈣鋁石凝膠在常壓干燥過(guò)程中的收縮。Ca-Al-O體系的溶膠-凝膠伴隨相分離機(jī)制與PO的開(kāi)環(huán)反應(yīng)及PEO和A1203低聚物間的相互作用有關(guān)。PEO中的醚氧結(jié)構(gòu)單元通過(guò)氫鍵與A1203低聚物表面羥基結(jié)合,誘導(dǎo)A1203低聚物進(jìn)一步縮聚并使體系發(fā)生相分離。PEO在相分離后主要分布在液相。在最佳的起始組分和凝膠溫度條件下,可制備得到具有理想的共連續(xù)大孔和骨架結(jié)構(gòu)的鈣鋁石凝膠塊體。干凝膠在1000℃熱處理后由無(wú)定型轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鋁石晶型Ca12Al14O32Cl2,同時(shí)原有的大孔結(jié)構(gòu)得到完整保留。多孔鈣鋁石塊體在熱處理前后均具有窄的孔徑分布,大孔孔隙主要分布在1-2μm之間。熱處理后塊體的孔隙率達(dá)72.9%。該多孔鈣鋁石塊體有望在電化學(xué)和催化領(lǐng)域得到應(yīng)用。(2)以氯化鋁和鈦酸四丁酯為前驅(qū)體,檸檬酸為酸催化劑和絡(luò)合劑,FA為凝膠促進(jìn)劑,PEO (Mv=1×105)為相分離誘導(dǎo)劑,水和乙醇為溶劑制備了多孔鈦酸鋁塊體材料。Al2O3-TiO2復(fù)合體系的相分離是PEO-Al2O3體系和PEO-TiO2體系相分離之間相互競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程,PEO在相分離后主要分布在凝膠相中。在最佳的起始組分條件下,可制備得到具有理想大孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鋁凝膠塊體,大孔孔隙主要分布在2-3μm,孔隙率為63.3%。干凝膠在1300℃熱處理后由無(wú)定型轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2TiO5晶型,同時(shí)原有大孔結(jié)構(gòu)在熱處理后得到進(jìn)一步優(yōu)化。與采用添加造孔劑法制備的多孔鈦酸鋁陶瓷相比,所得多孔塊體在熱處理后具有適合流體通過(guò)的共連續(xù)結(jié)構(gòu)和窄的孔徑分布。該多孔鈦酸鋁塊體有望應(yīng)用于汽車(chē)尾氣凈化裝置的載體材料。(3)以氯化鋁和磷酸為前驅(qū)體,PO為凝膠促進(jìn)劑,PEO (Mv=1×104)為相分離誘導(dǎo)劑,水和甲醇為溶劑制備了階層多孔磷酸鋁塊體材料。通過(guò)進(jìn)一步調(diào)整PEO、PO和溶劑用量,優(yōu)化了課題組已報(bào)道的大孔結(jié)構(gòu)。采用溶劑熱法制備了銀溶膠并通過(guò)銀溶膠浸漬的方法制備了銀負(fù)載的多孔磷酸鋁塊體。在最佳負(fù)載工藝下,銀納米顆�？删鶆蜇�(fù)載在磷酸鋁多孔骨架的表面。該銀負(fù)載多孔磷酸鋁塊體材料在貴金屬催化領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價(jià)值。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2421200