[发明专利]一种基于MOFs的陶瓷多孔材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于MOFs的陶瓷多孔材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1：以金属前驱体和有机配体为原料，制备金属有机骨架材料；S2：将锆盐分散于溶剂中，搅拌混合生成透明凝胶，密封老化后，干燥得到干凝胶；S3：干凝胶高温煅烧并球磨后得到陶瓷粉体；S4：将陶瓷粉体和金属有机骨架材料分散在溶剂中，加入分散剂，球磨均匀后加入粘结剂继续球磨，得到金属有机骨架‑陶瓷复合浆料；S5：将金属有机骨架‑陶瓷复合浆料倒入模具，干燥得到陶瓷胚体；高温煅烧得到基于MOFs的陶瓷多孔材料；本发明以MOFs材料作为造孔剂，得到MOFs‑陶瓷复合材料孔隙率高且孔径均匀，MOFs材料高温烧结后形成的氧化物与陶瓷中的氧化锆粘结，形成的多孔材料强度更高。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种基于MOFs的多孔陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

金属有机骨架材料(MOFs)，又称多孔配位聚合物，是指以无机金属或金属簇与含氮氧多齿有机配体通过配位键连接而形成的晶体材料，是一类具有高比表面积、可调变孔道尺寸、有机功能化的多孔材料；金属有机骨架材料与常规的多孔材料相比，具有以下优势：(1)可通过调控有机配体的长度、大小来有效控制材料织构性能(比表面积、孔径)；(2)内部孔道体系发达，无死体积，孔结构规整；因此，MOFs材料在化工及其他技术领域，如催化、分离、磁性、光电、气体存储和传感等领域均显现出广阔的应用场景。

多孔陶瓷是经过成型和特殊高温烧结工艺制备的一种具有开口孔径的陶瓷材料，具有耐高温、高压、抗酸碱和有机介质腐蚀，良好的生物惰性、使用寿命长等优点，适用于各种介质的过滤与分离、高压气体排气消音、气体分布及电解隔膜等领域，由于兼有良好的机械性能、化学和热稳定性，作为一种绿色材料其广泛应用于废水处理、高温气体过滤、吸音材料、隔热保温材料等领域。

多孔陶瓷的制备方法有多种，比如：添加造孔剂法，有机泡沫浸渍法和发泡法。添加造孔剂法是利用有机造孔剂在高温下燃尽或者挥发而在陶瓷体中留下孔隙，这种方法工艺简单，孔隙率可调节，但孔隙率低，孔径大小和形状分布不均，且制备过程中会排放污染物。有机泡沫浸渍法是利用有机泡沫所具有的开孔三维网状骨架的特殊结构，将制备好的浆料均匀地涂敷在有机泡沫网状体上，干燥后烧掉有机泡沫体而获得一种网眼多孔陶瓷。该方法制备过程中有机体的强度和弹性对多孔材料的结构和性能有很大影响，制得的多孔材料存在强度不高的缺点，同时易产生残留体和有毒气体，对环境造成污染。发泡法制备的多孔陶瓷孔隙率一般可以大于70％，发泡法一般会添加一些有机物，在陶瓷浆料发泡后固化浆料，这些有机物都会在烧结时燃烧或挥发，污染环境。总之，现有的多孔陶瓷材料存在孔隙率不高、强度不高、孔径大小和形状分布不均的缺陷。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于MOFs的陶瓷多孔材料及其制备方法，以MOFs材料作为造孔剂，得到MOFs-陶瓷复合材料孔隙率高且孔径均匀；通过调节MOFs材料中使用的有机配体，能够对孔道的大小进行设计和调控，以适应多孔陶瓷材料对不同孔径的需求，其目的在于解决现有的多孔陶瓷材料存在的孔隙率不高、强度不高、孔径大小和形状分布不均的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于MOFs的陶瓷多孔材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：以金属前驱体和有机配体为原料，制备金属有机骨架材料；

S2：制备陶瓷凝胶：将锆盐分散于溶剂中，搅拌混合生成透明凝胶，密封老化一段时间后，干燥得到干凝胶；采用凝胶法制备的陶瓷浆料不易团聚，稳定性更好。

S3：制备陶瓷粉体：将干凝胶高温煅烧，球磨后得到陶瓷粉体；

S4：将陶瓷粉体和金属有机骨架材料分散在溶剂中，搅拌使其混合均匀，金属有机骨架材料的添加量为陶瓷粉体的30wt％-70wt％；向混合物中加入分散剂，球磨均匀后加入粘结剂继续球磨，得到金属有机骨架-陶瓷复合浆料；