聚合物先驱体法制备多孔陶瓷及其性能研究

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多孔陶瓷因其具有低密度、可渗透性、高耐热冲击性、高强度和高温下的化学稳定性,被广泛地应用于催化剂载体、气体分离、保温材料、轻质材料和多孔生物材料等领域。目前,通过聚合物先驱体陶瓷(PDC)路径,利用相分离原理制备多孔陶瓷因其工艺简单、孔结构可调控等优点,具有广泛的应用前景,但其中所涉及的相分离过程及陶瓷先驱体与致孔剂之间相容性对硅基陶瓷孔结构形成的影响尚未被深入研究。此外,因为具有无毒、强氧化性和可见光催化的优势,Bi2WO6被应用于环境净化领域,其对多种有机污染物展现出优异的光降解性能。而现有的Bi2WO6合成方法很难制备出同时兼具高光催化活性和大比表面积的Bi2WO6光催化材料。  本文基于上述问题,采用液-液相分离法结合交联与乳液化过程制备出介孔SiC(O)陶瓷,其次,对影响介孔陶瓷形成的因素(特别是高分子间的相容性)进行了深入的研究。此外,通过PDC路径,将Bi2WO6粉体与陶瓷先驱体共混后经交联和热解,制备出具有宏孔结构的Bi2WO6/SiC(O)纳米复相陶瓷,并评估其光催化降解性能。  首先,利用液-液相分离法结合交联和乳液化过程,以甲基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为致孔剂,烯丙基超支化聚碳硅烷(AHPCS)为陶瓷先驱体,制备介孔SiC(O)陶瓷。通过改变PDMS的粘度和两者的质量分数,研究这些因素对介孔陶瓷孔径和比表面积的影响。此外,在900℃裂解制备的介孔SiC(O)陶瓷可以在1400℃的高温下保持孔结构的稳定。  其次,为了研究陶瓷先驱体与致孔剂之间相容性对制备的介孔SiC(O)陶瓷的影响,我们分别选用AHPCS和聚硅氧烷(PSO)作为先驱体与粘度350cP的PDMS反应。通过裂解AHPCS/PDMS共混交联的凝胶可以制备比表面积87.83m2g-1介孔SiC(O)陶瓷,其平均孔径大小为5nm。而以PSO/PDMS共混物为原料在相同条件下所制备的陶瓷没有形成介孔结构。在AHPCS/PDMS体系中,通过利用FT-IR、TGA、OM、SEM和N2吸附法等表征手段,对其陶瓷化转变、介孔形成过程和介孔特征进行表征。研究发现,聚合物先驱体与致孔剂之间的相容性对介孔陶瓷的形成有显著影响。此外,实验表明所制备的介孔SiC(O)陶瓷对常用染料罗丹明B具有高效的吸附性能。  最后,将Bi2WO6粉体与陶瓷先驱体共混后交联,并在氮气氛围中分别于600℃-900℃下裂解,制备得到一系列具有宏孔结构的Bi2WO6/SiC(O)纳米复相陶瓷。此外,将最终样品分别置于黑暗和紫外光照条件下,通过测量罗丹明B浓度的变化值,对样品的吸附性能和光催化性能进行研究。结果表明,Bi2WO6/SiC(O)纳米复相陶瓷的多孔结构有利于染料分子的物理吸附,进一步促进其在紫外光下的催化降解。
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