[发明专利]一种三维一体双层多孔陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维一体双层多孔陶瓷材料及其制备方法和应用，它是以Ti粉、Al粉、BN粉、石墨为反应原料，以海藻酸钠凝胶作为交联剂，预先通过冷冻干燥的方法形成具有规则垂直孔道的气凝胶材料，后又通过自蔓延高温合成反应使其反应成型，从而形成上层主要物相为C、下层主要物相组成为TiAl、TiBsubgt;2/subgt;、Ti(C,N)、Tisubgt;3/subgt;AlCsubgt;2/subgt;的三维一体双层多孔复合材料，通过控制交联剂的添加量可以使三维一体双层多孔陶瓷材料的孔隙率达到69.4％，光吸收能力超过95％。该材料不仅能淡化海水，对有机染料、含重金属离子的溶液均有很好的净化效果。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，尤其是一种孔结构可控的三维一体双层多孔结构材料及其制备工艺，该多孔材料制备工艺简单，原料来源广泛，可批量生产，应用前景广阔，适用于光热水蒸发所用蒸发器，因该材料的超亲水性、较高的孔隙率及较大的孔径，具有较高的光热转换效率。该多孔材料同样具备良好的热稳定性及化学稳定性，能够在苛刻条件下同样保持高效的蒸发速率。在海水淡化、重金属离子去除、有机染料净化方面同样具有良好的效果。

背景技术

地球上的水，尽管数量巨大，而能直接被人们生产和生活利用的，却只有少数，仅占其总水量的2.5％。太阳能光热海水淡化技术利用太阳能这一可再生能源，成为了缓解淡水资源短缺的有效方法。随着这方面研究逐渐深入改进，通过空气-水界面局部加热的太阳能海水淡化技术被提出并受到越来越多学者的关注。

多孔材料由于其较高的孔隙率及三维连通的孔道为海水蒸发过程中蒸汽的快速逸出提供了有利条件从而为高的海水蒸发速率奠定了基础。光热蒸发器可以将光能转化成热能，三维连通的孔道结构可以将水蒸气快速运输到表面，保持充足的水分供应，而且多孔Ti基材料具有高的耐蚀性，而且有高的孔隙率和足够的强度，可保证较高的吸光性、蒸发速率以及光热转换效率。

中国专利公开号CN113102755A介绍了一种金属间化合物-碳纳米管多孔复合材料，以Ni粉、Al粉为反应原料，NH₄HCO₃作为造孔剂，经过自蔓延制得多孔 NiAl金属间化合物，为了进一步提高其吸光性能，之后在多孔NiAl金属间化合物材料表面利用化学气相沉积法生长碳纳米管。将其应用于光热海水淡化领域。中国专利公开号CN113277854A以碳化硅粉体、氢氧化钠铝粉体、氧化钇粉体、氟化钙粉体等为原料，加入分散剂水溶液、球磨介质，进行一次磨球，一次球磨之后再加入粘结剂溶液，继续二次球磨，得到浆料，经冷冻干燥机干燥脱水后过筛干压成型，后经常压烧结得到高强度莫来石结合碳化硅多孔陶瓷材料，但是该方法工艺流程复杂，生产效率较低。中国专利公开号CN111559918A一种微乳液结合冷冻干燥制备多孔陶瓷坯体的方法，将水、油相和表面活性剂混合，得到水包油乳液，后与氧化钇稳定氧化锆、氮化硅、氧化铝、碳化硅、氧化硅等粉体、烧结助剂、分散剂和粘结剂，混合后得到陶瓷浆料，后经冷冻固化、冷冻干燥后烧结得到多孔陶瓷，但是该方法未实施定向冷冻干燥，获得垂直孔道。