本發(fā)明涉及多孔材料的制備及應(yīng)用領(lǐng)域，特別是具有大比表面積的多孔陶瓷材料的制備方法，本發(fā)明還涉及大比表面積的多孔陶瓷材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

多孔材料相對于普通材料而言，它的質(zhì)量輕、密度比較小、比表面積較大等優(yōu)異的物理化學(xué)性能使它越來越多地被人們所認(rèn)識和發(fā)展。這里所說的多孔材料根據(jù)其孔徑分布一般分為大孔材料、介孔材料（孔徑在2~50nm）和微納孔材料。通過特定工藝設(shè)計出富含納米孔道結(jié)構(gòu)的多孔材料可以極大地增加材料的比表面積，使材料獲得更多的與外界物質(zhì)發(fā)生相互作用的界面，進(jìn)一步拓寬多孔材料的應(yīng)用領(lǐng)域。如目前應(yīng)用較廣的活性炭材料、分子篩系列多孔材料等都具有巨大的比表面積，在工業(yè)上廣泛用來作為吸附材料或者催化劑。但這樣的材料作為吸附材料吸附選擇性差，吸附后脫附再生困難，作為催化劑因?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)和性能的進(jìn)一步設(shè)計途徑有限而限制了它的應(yīng)用。

在維持吸附材料巨大比表面積的同時，要賦予多孔材料更廣泛的應(yīng)用，一種有效的途徑就是在多孔材料的表面設(shè)計特定的化學(xué)功能基團(tuán)，這樣的設(shè)計人為控制多孔材料對不同物質(zhì)吸附的選擇性，或者人為控制多孔材料作為催化劑對不同反應(yīng)的催化選擇性。然而進(jìn)行這樣的設(shè)計需要多孔材料具有合適的孔徑尺寸，通?？刹僮鞯目讖綉?yīng)大于5nm。介孔材料為這種設(shè)計提供了可能。如介孔分子篩經(jīng)過表面分子設(shè)計后，對污水中汞離子的吸附就具有極高的吸附容量。介孔分子篩經(jīng)過表面分子設(shè)計后制成的催化劑具有高的催化活性并可以循環(huán)使用。

然而，要推廣介孔材料在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用出現(xiàn)了問題，主要是該類材料制備成本高、介孔材料本身因孔壁較薄致使其強(qiáng)度較低（如當(dāng)前的SBA、MCM系列介孔分子篩）。發(fā)展制備成本低、機(jī)械強(qiáng)度高、孔徑分布在介孔尺度的多孔陶瓷材料可以解決上面這兩類問題。陶瓷材料另一方面的優(yōu)點在于其本身具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性（如耐酸、耐堿、耐高溫等），這一方面遠(yuǎn)優(yōu)于有機(jī)多孔泡沫材料，進(jìn)一步拓寬了該類材料在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

鑒于多孔陶瓷材料廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)發(fā)展了一系列的多孔陶瓷制備方法，不同制備方法制備的多孔材料具有不同的孔隙率和微觀孔結(jié)構(gòu)。如模板法可以制備出孔隙率25～95%，孔徑10um～3mm的多孔陶瓷；添加造孔劑法可以制備出孔隙率20～90%，孔徑1um～700um的多孔陶瓷；發(fā)泡法可以制備孔隙率40～97%，孔徑10um～1.2mm的多孔陶瓷；溶膠-凝膠法可以制備出納米級孔道結(jié)構(gòu)、大比表面積的硅基多孔陶瓷，但生產(chǎn)效率低、成本較高。太原理工大學(xué)馬非2012年的博士論文《重金屬離子吸附材料的制備及性能研究》描述了一類通過燒結(jié)方法獲得微米級孔道多孔材料的方法，并用于開展吸附重金屬離子的研究。但微米級的孔道結(jié)構(gòu)致使材料的比表面積較低，材料吸附重金屬離子的容量較小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備方法，制備成本低，制備的得到的納米多孔陶瓷材料產(chǎn)品具有高比表面積，機(jī)械強(qiáng)度高，為產(chǎn)品的進(jìn)一步應(yīng)用提供了更好的基礎(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

①取5～50W%的納米氧化鋁、50～80W%的氣相白碳黑、1～10W%的添加劑、5～50W%的造孔劑混勻，成型；

②采用程序升溫至900～1300℃脫造孔劑，燒結(jié)固化，得納米多孔陶瓷材料；

優(yōu)選的，選用的原材料所述納米氧化鋁、所述白碳黑、均為納米級的顆?；蛉苣z，所述造孔劑也為納米級尺寸均勻的材料，所述添加劑包括粘結(jié)劑、助熔劑，如PVA，氧化鎂等。

優(yōu)選的，步驟②中，燒結(jié)固化過程使用助溶劑實現(xiàn)均勻、低溫?zé)Y(jié)，降低燒結(jié)成本。

一種高比表面積的納米多孔陶瓷材料，采用所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備方法制備得到。

進(jìn)一步，所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料的孔徑范圍分布在5～100nm，比表面積在20～500m²/g范圍。

所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料在重金屬離子吸附材料或異相催化材料中的應(yīng)用。

一種制備重金屬離子吸附材料或異相催化材料的方法，采用所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料，并包括步驟：

（1）對所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料進(jìn)行前期預(yù)處理；

（2）然后對所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料進(jìn)行表面功能化改性，設(shè)計成重金屬離子吸附材料或異相催化材料。

其中，所述前期預(yù)處理為使用0.5~10W%雙氧水、0.1~5W%硝酸在50~80℃條件下對所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料進(jìn)行前期預(yù)處理10min~2h，80~150℃烘干。

所述表面功能改性包括：A：將能和重金屬離子發(fā)生較強(qiáng)配位的有機(jī)功能基團(tuán)密集地接枝在所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料表面，獲得重金屬離子吸附材料；或B：將能和催化活性金屬離子發(fā)生較強(qiáng)配位的有機(jī)功能基團(tuán)密集地接枝在所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料表面，發(fā)展異相催化材料。

本發(fā)明的所述高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備方法，制備成本低，適于工業(yè)推廣，同時，制得的高比表面積的納米多孔陶瓷材料優(yōu)勢明顯，具有高比表面積，機(jī)械強(qiáng)度高，具有更好的工業(yè)應(yīng)用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備方法以及應(yīng)用方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例得到的高比表面積的納米多孔陶瓷材料的孔分布情況；

圖3為實施例2中不同氧化鎂添加劑加入的孔隙率和比表面積；

圖4為產(chǎn)品照片；

圖5為產(chǎn)品照片。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1

高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備，步驟如下：

①取35W%的納米氧化鋁、50W%的氣相白碳黑、5W%的粘結(jié)劑、10W%的造孔劑混勻，成型。

②程序升溫至1200℃燒結(jié)固化，脫造孔劑，降溫得高比表面積的納米多孔陶瓷材料。高比表面積的納米多孔陶瓷材料的孔分布情況見圖2所示。

實施例2

高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備方，步驟如下：

①取20W%的納米氧化鋁、65W%的氣相白碳黑、4W%的粘結(jié)劑、1W%的氧化鎂、10W%的造孔劑混勻，成型。

②程序升溫至1000℃燒結(jié)固化，脫造孔劑，降溫得高比表面積的納米多孔陶瓷材料。不同氧化鎂添加劑加入的孔隙率和比表面積見圖3所示。

實施例3

高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備和應(yīng)用工藝，步驟如下：

①取20W%的鋁溶膠、66W%的氣相白碳黑、3W%的粘結(jié)劑、1W%的燒結(jié)助劑、10W%的造孔劑混勻，成型；

②程序升溫至1000℃燒結(jié)固化，脫造孔劑，降溫得納米多孔陶瓷材料。

③使用2%雙氧水、1%硝酸在60℃條件下對高比表面積的納米多孔陶瓷材料進(jìn)行前期預(yù)處理0.5h，120℃烘干備用。

④對步驟③得到的高比表面積的納米多孔陶瓷材料經(jīng)乙醇、KH560、催化劑改性，獲得富含巰基的多孔陶瓷材料。經(jīng)巰基改性的多孔陶球，其表面及陶球內(nèi)部都呈現(xiàn)不易被水潤濕的特性，見圖4所示。

⑤將富含巰基的多孔陶瓷材料經(jīng)氫氧化鈉溶液處理，以改善巰基改性多孔陶瓷材料的親水性特征，即得用于水體、淤泥重金屬污染治理的重金屬離子吸附材料。

實施例4

高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備方法和應(yīng)用，步驟如下：

①取35W%的納米氧化鋁、50W%的氣相白碳黑、5W%的添加劑、10W%的造孔劑混勻，成型。

②程序升溫至1100℃燒結(jié)固化，脫造孔劑，降溫得納米多孔陶瓷材料。

③使用2%雙氧水、0.1%硝酸在80℃條件下對納米多孔陶瓷材料進(jìn)行前期預(yù)處理1h，150℃烘干備用。

④對步驟③得到的納米多孔陶瓷經(jīng)乙醇、KH550、催化劑改性，獲得富含氨基的多孔陶瓷材料，即得重金屬離子吸附材料。

實施例5

一種具有高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備方法及其應(yīng)用，步驟如下：

①取實施例3所得重金屬離子吸附材料吸附含汞污水中的重金屬離子Hg2+,汞的吸附容量達(dá)~50mg/g；

②使用10mol/L的鹽酸浸泡①中吸附Hg2+的多孔陶瓷材料，實現(xiàn)重金屬離子吸附材料的再生。

實施例6

一種具有高比表面積的納米多孔陶瓷材料的制備方法及其應(yīng)用，步驟如下：

①取35W%的納米氧化鋁、50W%的氣相白碳黑、5W%的添加劑、10W%的造孔劑混勻，成型；

②程序升溫至1000℃燒結(jié)固化，脫造孔劑，降溫得納米多孔陶瓷材料；

③使用2%雙氧水、0.5%硝酸在80℃條件下對納米多孔陶瓷材料進(jìn)行前期預(yù)處理2h，120℃烘干備用。

④對步驟③得到的納米多孔陶瓷經(jīng)乙醇、KH550、催化劑改性，獲得富含氨基的多孔陶瓷材料。

利用表面氨基化學(xué)接枝強(qiáng)金屬離子配體（如：卡賓類配體），制備異相催化劑。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。