背景技術(shù)

多孔陶瓷基體由于其在嚴苛環(huán)境如高溫、氧化還原氣氛和腐蝕性液體中的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及其機械可靠性和耐用性而在多種工業(yè)應(yīng)用(例如，催化載體和水處理)中大受歡迎。

已經(jīng)開發(fā)了很多技術(shù)來制備多孔陶瓷基體。參見Chevalier，J.Pharm.Sci.，97(3)，1135-1154，2008。其中，鑒于聚合物造孔填料的低成本和易于通過熱分解去除，在陶瓷處理中使用聚合物造孔填料依然是很受歡迎的選擇。但是，聚合物填料的自成卷和團聚趨勢可能導(dǎo)致由該方法制備的多孔陶瓷基體的滲透率低，這是因為聚合物填料可能無法形成連續(xù)相。這樣的問題可通過增加聚合物填料的裝載來解決，但是這以陶瓷基體的機械性能為代價。

需要制備具有期望滲透率和機械性能的多孔陶瓷基體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個方面涉及一種多孔陶瓷基體。

本發(fā)明的陶瓷基體包含：多個彼此粘附的陶瓷顆粒、和多個由相鄰陶瓷顆粒的表面限定的通道，所述通道各自的直徑為0.5-2.5μm。基體的特征為：25.0-40.0％的孔隙率、1.57-34.8×10^-14m²(例如，20-34.8x?10^-14m²)的達西滲透率和25-64MPa(例如，40-60MPa)的機械強度。任選地，通道包括狹窄段，每一個所述狹窄段的直徑都小于100nm。

陶瓷顆粒可以由以下制成：氧化釔、氧化鋯、氧化鋁、鋁硅酸鹽、二氧化硅、二氧化鈰、釓摻雜的二氧化鈰、氧化鎂、鎳摻雜的氧化鎂、氧化鋅、氮化硼、碳化硅、氮化硅、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鑭、堿土金屬摻雜的氧化鑭，或它們的組合。

本發(fā)明的另一個方面涉及一種制備多孔陶瓷基體的方法。

所述方法包括以下步驟：(1)提供包含催化劑、粘合劑和涂布有單體的陶瓷顆粒的陶瓷丸粒；(2)通過加熱使單體以固態(tài)聚合以形成嵌入陶瓷丸粒中的聚合物；(3)在一定溫度(例如，300-1000℃)下使聚合物、催化劑和粘合劑碳化以形成多孔陶瓷丸粒；(4)在一定溫度(例如，1000-1700℃)下燒結(jié)多孔陶瓷丸粒以形成多孔陶瓷基體。單體按重量計為陶瓷顆粒的1-10％、催化劑按重量計為1-5％、粘合劑按重量計為1-20％。

單體的實例包括但不限于：丙烯酰胺、對苯二甲酸、對苯二胺、對羥基苯甲酸、4，4′-氧雙鄰苯二甲酸酐、4，4’-二氨基二苯醚、3，3’-二氨基聯(lián)苯胺、4，6-二氨基-1，3-苯-二酚二鹽酸鹽、2，5-二氨基-1，4-苯二硫醇二鹽酸鹽、3，3’-二氨基聯(lián)苯胺，或它們的組合。

聚合步驟中使用的催化劑可以是任何適于固態(tài)熱聚合的催化劑。其包括但不限于：(1)用于自由基聚合的引發(fā)劑(例如，過硫酸銨、過氧化苯甲酰及其組合)，和(2)用于逐步聚合的基于路易斯酸的催化劑(例如，氯化鋰、氯化鈹、氫氟酸、三氟化硼、氯化鋁及其組合)。

粘合劑的實例包括但不限于：聚乙烯縮丁醛、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷、丙烯酸類聚合物、纖維素衍生物(例如纖維素醚、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羥乙基纖維素)，或它們的組合。

具有剛性鏈結(jié)構(gòu)的聚合物在本發(fā)明中是優(yōu)選的。聚合物的實例包括但不限于聚丙烯酰胺、聚對苯二甲酰對苯二胺、聚對羥基苯甲酸酯、聚酯、聚酰亞胺、聚苯并咪唑、聚苯并唑、聚苯并噻唑、芳香族梯形聚合物，或它們的組合。優(yōu)選聚合物的平均聚合度為5至100。

通過上述方法制備的多孔陶瓷基體也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

以下描述中給出了本發(fā)明的一個或更多個實施例的細節(jié)。從實施例的詳細描述以及從所附權(quán)利要求中，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點將很明顯。

發(fā)明詳述

本發(fā)明部分基于以下出人意料的發(fā)現(xiàn)：新制備方法產(chǎn)生了具有極好的滲透性和可靠的機械性能的多孔陶瓷基體。

多孔陶瓷基體包括：(1)多個彼此粘附的陶瓷顆粒，和(2)多個廣泛互連的通道。通道由相鄰陶瓷顆粒的表面限定。在一個實施方案中，全部或顯著數(shù)目的通道包括一個或更多個狹窄段(即，喉狀孔)，其每一個的直徑均小于100nm。這種獨特的通道結(jié)構(gòu)導(dǎo)致當(dāng)被壓力驅(qū)使的稀聚合物溶液通過陶瓷基體時，陶瓷基體引起剪切稀化效應(yīng)的不尋常的能力。上述喉狀孔有助于拉伸溶劑化的聚合物分子，使得流料的粘性降低。

以下是制備本發(fā)明的多孔陶瓷基體的示例性工序，其中陶瓷顆粒由氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)制成。