[发明专利]一种高比表面积SiC/C多孔复合陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料制备技术领域，涉及一种高比表面积SiC/C多孔复合陶瓷及其制备方法。

背景技术

SiC是由碳和硅构成的共价键化合物，具有类似金刚石的四面体结构单元,不仅具有非常好的化学稳定性、高的机械强度和硬度,而且具有良好的导热导电性能。尤其是SiC良好的导电导热性有利于催化剂在反应过程中的热传递以及催化剂活性组分与载体间的电子传递，碳化硅成为催化剂载体的理想材料。但是，在化工催化技术领域中却很少看到SiC多孔陶瓷应用的身影。究其原因，是因为商业化方法生产出来的SiC多孔陶瓷其比表面积难以满足催化剂载体材料的要求。因此，如何制备能用作催化剂载体的高比表面积碳化硅,已引起了研究者的重视,有关的研究也日益增多，开发了模板法、溶胶凝胶法、聚碳硅烷裂解法等方法，制备了SiC多孔颗粒，SiC纳米管，SiC微球等结构。

中国发明专利02130064.X报道了一种高比表面积碳化硅及其制各方法，该方法所制备的高比表面积碳化硅的直径为10-20nm，比表面积为60-160m²/g，孔径分布范围为3-100nm。然而，上述方法制备的高比表面积SiC要达到实际应用还需成型，使制成的催化剂载体具有合适的形状、尺寸和机械强度，以符合工业反应器的操作要求。在催化剂成型的过程中，多孔SiC陶瓷的烧结过程会导致比表面积的大幅降低。因此，开发一种高比表面积的碳化硅多孔陶瓷及其制备方法，使其具有高比面积的同时，还具有较强的可成型性和机械强度是解决该材料在催化领域中应用的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备高比表面积的碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。大幅提高了多孔陶瓷的比表面积。

为实现上述目的，本发明提供了一种SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，包括以下特征：以碳纤维作为骨架，在碳纤维的骨架上沉积热解碳，然后在碳纤维表面沉积碳微球，得到多孔碳模板，接着，在多孔碳模板中引入纳米氧化物颗粒，最后以摩尔比为2:1~2:3的硅和二氧化硅混合粉末作为硅源，将多孔碳模板放置在硅和二氧化硅混合粉末上方进行烧结，即可。

作为本发明的优选实施例，所述碳微球的尺寸控制在200~500nm；

作为本发明的优选实施例，烧结时，保证多孔碳模板与反应容器的内壁紧密接触；

作为本发明的优选实施例，所述热解碳层的厚度控制在1~5μm；

作为本发明的优选实施例，所述在碳纤维表面沉积碳微球的方法为：将沉积有热解碳的碳纤维骨架放置在微波水热反应仪中，以葡萄糖为碳源，在碳纤维表面沉积碳微球；

作为本发明的优选实施例，在沉积碳微球的方法中，所述葡萄糖的浓度控制在10~100g/L，反应温度控制在150~250℃；

作为本发明的优选实施例，引入纳米氧化物颗粒的方法为：将多孔碳模板放置在微波水热反应仪中，以金属无机盐作为原料，在多孔碳模板中引入纳米氧化物颗粒，最终得到的纳米氧化物的尺寸控制在5~50nm；

作为本发明的优选实施例，在引入纳米氧化物颗粒的方法中，所述金属无机盐溶液的浓度控制在0.5~3.0mol/L，反应温度控制在150~250℃；

作为本发明的优选实施例，所述烧结方法为：氛围：真空，反应温度：1300~1600℃，反应分压控制在1KPa~100KPa。

本发明还提供了一种SiC/C多孔复合陶瓷，其比表面积为30~120m²/g。

本发明SiC/C多孔复合陶瓷不仅具有高比表面积，易成型，高强度的特点，而且还具有金属催化的功能。本发明制备SiC/C多孔复合陶瓷的方法至少具有以下优点：以碳纤维作为骨架，碳纤维之间利用化学气相沉积热解碳连接，形成一个高孔隙率、高强度的三维网络结构，碳纤维轻质高强的特点，是SiC/C多孔复合陶瓷的基础。用SiC微球和SiC纳米线来模拟自然界微/纳米多级结构，实现SiC/C多孔复合陶瓷的仿生设计，大幅提高了多孔陶瓷的比表面积。通过微波辅助的水热合成方法引入弥散分布的金属氧化物纳米颗粒，在碳热还原反应中，SiC纳米线通过VLS机制生长，使得纳米线尖端分布纳米级的催化剂金属颗粒，赋予了多孔陶瓷催化功能。

附图说明

图1是本发明的SiC/C多孔复合陶瓷的三维结构单元；

图2是本发明的SiC/C多孔复合陶瓷的微观结构示意图；