一种具有微米级孔径高性能蜂窝陶瓷的制备新方法及其基础研究

蜂窝陶瓷具有平行贯通的孔隙结构，具有渗透压高、几何表面大、扩散距离短、有利于反应物的进入和生成物的排出并缩小反应器的体积等优点，加上陶瓷材料本身独有的耐高温、耐腐蚀、机械强度高和优良的抗热震性等优点，特别适用于环境净化和资源再利用的颗粒过滤器、气体或化学传感器、生物反应器，以及在诸如分离用过滤器、触媒或吸收剂用载体等领域都可能具有广泛的用途。.本项目提出一种新的微米级通孔结构的蜂窝陶瓷的制备方法，即利用海藻酸盐离子凝胶制备微米级孔径、孔长度以及气孔率可控的高性能的蜂窝陶瓷的制备工艺，并研究其动力学因素。本研究提出的微米级通孔结构蜂窝陶瓷的制备新方法无需复杂精密的模具，产品性能高、工艺简单、成本低、环境友好、再现性强。本项目将开拓蜂窝陶瓷制备方法的新领域，对研究和改善蜂窝陶瓷蜂窝孔结构和工艺的动力学，促进蜂窝陶瓷的推广和应用，具有重要的理论意义和巨大的实用价值。

项目基于海藻酸钠的定向自组装凝胶反应提出一种新的微米级孔道的蜂窝陶瓷的制备方法。项目深入系统地研究了浆料的固相含量、阳离子溶液浓度、海藻酸钠种类及浓度，干燥工艺和烧结温度对海藻酸钠离子凝胶的影响规律，探讨了海藻酸钠自组装凝胶反应的机理，研究了陶瓷颗粒对海藻酸钠凝胶的影响。成功制备了微米级氧化铝、氧化锆、氮化硅及3-1型锆钛酸压电蜂窝陶瓷，并首次实现了用该工艺制备的蜂窝陶瓷作为载体负载催化剂在光催化条件下降解有机物亚甲基蓝的应用。首次制备了孔密度高达58000 cpsi（孔/平方英寸）的蜂窝陶瓷，所制备的蜂窝陶瓷具有均匀有序的孔道结构，高孔密度和高强度，且孔径尺寸，孔壁厚度及孔密度可控。所制备的3-1型PZT陶瓷的孔隙率在16.4 %-64.8 %之间，孔径在100-300 µm之间，HFOM值在448-7554×10-15 Pa-1之间，具备较高的灵敏度。并且，鉴于3-1型PZT陶瓷蜂窝状的孔结构，以及在制备工艺中引入了CaO掺杂物，其机械性能得到了大幅度提升。总之，该项目的研究，不仅提出了一种新的绿色的制备蜂窝陶瓷的方法，突破了目前难以制备高孔密度蜂窝陶瓷的难点，而且为海藻酸钠自组装凝胶反应应用于蜂窝陶瓷的制备提供了更深入的理论依据。