[发明专利]一种稀土铈掺杂氧化铝纳米纤维催化剂载体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米氧化物纤维制备方法，具体为一种静电纺丝法制备稀土铈掺杂氧化铝纳米纤维膜催化剂载体材料的制备技术领域。

背景技术

氧化铝纤维是一种新型超轻质高温耐火材料，与碳纤维、碳化硅纤维等非氧化物纤维相比，氧化铝纤维不仅具有高强度、高模量、良好的抗化学侵蚀能力等优良性能，而且还有很好的高温抗氧化性、耐腐蚀性和电绝缘性。目前国内外已有很多公司生产各种型号的高性能氧化铝纤维。美国杜邦公司采用淤浆法生产FP氧化铝纤维，氧化铝含量为99.9％[Lavaste V，Berger M H，Bunsell A R et al.Microstructure and mechanical characteristies of alpha-aluminabased fiber.J.Mat.Sci..1995.(30)：4215]。英国ICI公司采用卡内门法生产商品名为Saffil的氧化铝短纤维，直径在3μm左右，其使用温度可达1200～1600℃，已开始应用在工业烧结炉的衬里上。美国3M公司通过溶胶-凝胶法生产Nextel系列氧化铝纤维。[Das G，Pratt，Whimey.Stablity of polyerystallineNextel 720 fiber.Ceram.Eng.Sci.Proc.，1996.17(4)：45]日本住友化学公司采用预聚合法生产Altex氧化铝纤维，其组分为Al₂O₃、SiO₂和B₂O₃。我国中科院山西煤炭研究所采用胶体工艺法，将铝盐制成溶液，加热收缩，制成纺丝胶体，然后在特定条件下成纤和热处理，获得多晶氧化铝纤维。厦门大学科研处采用铝金属盐为原料，首先合成具有纺丝性能的氧化铝溶胶，并由此干纺得到氧化铝凝胶纤维，热处理和高温烧结后获得氧化铝纤维。

正由于氧化铝具有强度高、耐高温、耐腐蚀是一种优良的催化剂及催化剂载体材料，已广泛应用在汽车尾气催化剂载体材料。近几年开始研究采用纤维做汽车尾气催化剂载体材料，以提高载体比表面积，王小华等以莫来石纤维超多孔陶瓷为载体的汽车尾气催化剂并对其性能进行了研究。[王小华，曾令可，罗民华莫来石纤维多孔陶瓷负载性能研究.陶瓷学报.26(1)，2005，39-41.]。但现有的氧化铝纤维的加工方法直径基本都在几微米到几十毫米左右，纤维直径较粗。

关于一维或者准一维纳米材料的制备研究已有很多种方法，例如抽丝法、模板合成法、分相法、自组装法等。抽丝法的缺点是对溶液粘度要求太苛刻。模板合成法的缺点是不能制备根根分离的连续纤维。分相法与自组装法生产率都比较低。此外，还有电弧蒸发法、激光高温烧灼法、化合物热解法。这3种方法从本质上来说，都应属于化合物蒸汽沉积技术。由于对高温的需求，所以工艺条件难以控制。静电纺丝是目前制备纳米纤维的最有效技术之一，成为近年来制备一维纳米材料的研究热点，其核心是使带电的纺丝溶液或熔体在电场中流动与变形，然后经溶剂的蒸发或熔体冷却而固化，得到纤维状物质。静电纺丝是80年代以后研究最多、发展最快，而且较为理想的一种制备纳米纤维的技术，已有许多高分子材料都成功地通过静电纺丝制得了纳米纤维，许多无机金属氧化物纳米纤维也已相继开发成功[Doshi J.，Reneker D.H.Electrospinning process and applications of electrospun fibers.Journal ofElectrostatics，1995，35：151.]。采用静电纺方法纺制成功同上述各种方法相比，静电纺丝纳米纤维膜呈三维立体多孔结构，孔径小、孔隙率大，具有极高的比表面积和良好的力学性能，而且其制备过程简便，工艺相对简单。