[发明专利]一种三维多孔氮化物纳米陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三维多孔氮化物纳米陶瓷及其制备方法。其技术方案是：将0.5~25wt%的原料Ⅰ、0.5~25wt%的原料Ⅱ和55~99wt%的去离子水混合，在水浴条件下搅拌，得到混合溶液。所述原料Ⅰ为硼源、铝源、硅源和钛源中的一种，其中：硼源为硼酸、氧化硼或硼酸钠，铝源为氯化铝、异丙醇铝或铝溶胶，硅源为正硅酸乙酯、硅酸钠或硅溶胶，钛源为氯化钛、钛酸四丁酯或钛溶胶；所述原料Ⅱ为三聚氰胺、氮杂胞嘧啶或二氰二胺。再将所述混合溶液冷冻成块，于冷冻干燥机中干燥，然后置于箱式气氛炉内，在氮气气氛和900~1200℃保温2~4h，即得三维多孔氮化物纳米陶瓷。本发明工艺简单、成本低和产率高，所制制品表观密度低、气孔率高和应用前景广泛。

技术领域

本发明属于多孔氮化物纳米陶瓷材料技术领域。具体涉及一种三维多孔氮化物纳米陶瓷及其制备方法。

背景技术

多孔材料可广泛用作催化剂载体、储氢材料、化学过滤提纯材料等。常用的多孔材料为多孔氧化物，如SiO₂、γ-A1₂O₃、沸石分子筛等，它们虽具有较高的比表面积，但其热导率低(易导致材料发生烧结)、具有亲水性表面(易在材料表面上吸附一层来自周围环境中的水)、化学活性强(易在材料表面形成酸性点或碱性点)，此类材料在一些苛刻的反应条件下，如高温高压、强酸、原料杂质含量高时，将导致活性和稳定性大大降低，故多孔氧化物材料的应用范围受到一定的限制。相比于多孔氧化物，多孔氮化物具有更多优异的性能，如化学稳定性高、熔点高、密度低、热导性好和疏水性强，并且在高温和强光照条件下仍具有很好的抗氧化性，因此它在高温催化剂载体材料、吸附材料、隔音材料等领域具有广泛的应用前景。

目前，多孔氮化物陶瓷的制备方法主要包括：发泡法，如“氮化硅多孔陶瓷的制备方法”(CN101591173)；模板合成法，如“网眼多孔陶瓷的制备方法”(CN1552670)；添加造孔剂法，如“一种氮化硅纳米线增强氮化硅多孔陶瓷的方法”(CN103214264A)等。上述技术，无论是制备出的三维多孔结构材料还是生产方法，都存在着以下不足之处：制得多孔材料的表观密度高、孔隙率低；制备步骤较繁琐、生产周期较长、产率低、成本高，不利于工业大批量生产。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，旨在提供一种方法简单、产率高和成本低的三维多孔氮化物纳米陶瓷材料的制备方法，用该方法制备的三维多孔氮化物纳米陶瓷表观密度低、气孔率高和应用前景好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

步骤1、将0.5～25wt％的原料Ⅰ、0.5～25wt％的原料Ⅱ和55～99wt％的去离子水混合，在80～95℃水浴条件下搅拌30～180分钟，得到混合溶液。

所述原料Ⅰ为硼源、铝源、硅源和钛源中的一种，其中：所述硼源为硼酸、氧化硼和硼酸钠中的一种，所述铝源为氯化铝、异丙醇铝和铝溶胶中的一种，所述硅源为正硅酸乙酯、硅酸钠和硅溶胶中的一种，所述钛源为氯化钛、钛酸四丁酯和钛溶胶中的一种。

所述原料Ⅱ为三聚氰胺、氮杂胞嘧啶和二氰二胺中的一种。

步骤2、将所述混合溶液在-40～-4℃条件下冷冻成块，然后置于冷冻干燥机中于-70～-10℃条件下干燥16～32h，得到三维多孔氮化物前驱体。

步骤3、将所述三维多孔氮化硼前驱体置于箱式气氛炉内，在氮气气氛和900～1200℃条件下保温2～4h，即得三维多孔氮化物纳米陶瓷。

所述硼源、铝源、硅源和钛源均为工业纯或为分析纯；所述硼源中的硼酸、氧化硼和硼酸钠的粒径均≤200μm，所述铝源中的氯化铝和异丙醇铝的粒径均≤200μm，所述硅源中的硅酸钠的粒径≤200μm。

所述原料Ⅱ为工业纯或为分析纯，所述原料Ⅱ的粒径均≤200μm。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果和突出特点：