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​单级孔陶瓷太局限?多级孔更有前途?
2021年02月05日    阅读量:2883    新闻来源:中网信息 ChinaNews360.com  |  投稿

多孔陶瓷是一种含有一定量空隙的无机非金属粉末烧结体,与其他无机非金属(致密陶瓷)的根本区别在于其是否含有空隙(气孔)及含有多少体积百分比的空隙(气孔)。


由于这些气孔的存在,多孔陶瓷的结构、性质、功能都发生了显著的改变,具体可分为以下5个部分:①体积密度小,质量较轻;②较大的比表面积和良好的过滤功能;③低的热传导率,良好的隔热和隔音性能;④良好的化学和物理稳定性,可适应各种腐蚀环境,具有良好的机械强度及刚度,耐热性好;⑤工艺简单,成本低廉。

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再综合陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学和尺寸稳定性,也难怪多孔陶瓷材料可以在多个领域都有着广泛的应用,如气体液体过滤、净化分离、吸声减震、保温材料、生物殖入材料,特种墙体材料和传感器材料等涂料在线coatingol.com


单级孔的局限


依据国际和应用化学协会(TUPAC)的定义,基于孔直径的大小可以将多孔材料分为三种∶孔径大于50nm的大孔材料(macroporousmaterials),孔径介于2~50nm的介孔材料(mesoporousmaterials)和孔径小于2nm的微孔材料(microporousmaterials)。不过,即便这三种材料各有所长,但由于孔径的限制,它们在应用上其实都存在一定的局限性。


为什么会这么说呢?一方面,为了实现反应物和产物的快速传输,往往要求材料具有足够多的大孔作传输通道,使其具有优异的通透性;但过多大孔的存在使得材料脆性大、强度低。另一方面,为了使材料具有足够大的比表面积,足够数量的微孔和介孔是必要条件;但孔径过小的介孔和微孔又不利于大体积客体分子的进出与传递,难以满足如大分子催化、过滤及吸附等化学过程的需求。


显然,单级孔陶瓷已经无法满足部分领域的需求,亟需在结构上做出改善,目前“多级孔”被公认为是最有前景的改进方向之一。


多级孔的优势


多级孔材料,顾名思义就是将具有两种或两种以上孔结构的复合材料,或者包括两种或多种不同尺寸的同级孔的复合孔材料。与单级孔材料相比,多级孔材料兼具通透性好、孔隙结构发达、比表面积和孔体积大等优点,很好地打破了前者孔结构单一的局限,因此越来越受到研究人员的关注。

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多级孔硅藻土陶瓷的SEM照片


目前多级孔材料主要分为微孔-介孔材料、微孔-大孔材料、介孔-大孔材料、微孔-介孔-大孔材料以及含有两种或多种不同孔径的介孔-介孔材料。可采用的部分制备工艺有:


①大孔-介孔材料:模板法、发泡法、溶胶.凝胶法及熔盐法等;

②微孔-介孔材料:化学活化法、模板法和水热法等;

③介孔-介孔材料:水热法、模板法、溶胶凝胶法及自组装法等。


由于结合了多种孔材料的优势,多级孔陶瓷材料在液相色谱分离、能源、气/液体过滤、催化剂载体、高温隔热材料、超级电容器及生物工程等领域都有着广泛的应用和潜在的应用前景。


例如,大孔-介孔复合孔材料就能解决介孔材料只能用于小分子化学反应过程,而无法适应有机大分子或生物大分子在其孔道内扩散和传输的问题,从而大大拓展了多孔材料在催化、吸附、分离、能源及生物医学等领域的应用。另外,研究表明多级孔材料在用作催化剂载体时,可以提高反应分子在孔道内的扩散效率,从而提高催化过程中物质的传递效率。


标签:今日头条建材应用技术中心成品材料瓷砖陶瓷
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