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1、(10)申请公布号 CN 103073330 A (43)申请公布日 2013.05.01 CN 103073330 A *CN103073330A* (21)申请号 201310042074.7 (22)申请日 2013.02.04 C04B 38/06(2006.01) C04B 35/185(2006.01) C04B 35/10(2006.01) C04B 35/622(2006.01) (71)申请人 山东科技大学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港路 579 号山东科技大学 (72)发明人 徐国纲 阮国智 马映华 赵慧玲 崔洪芝 张智慧 (74)专利代理机构 济南金迪知识。
2、产权代理有限 公司 37219 代理人 段毅凡 (54) 发明名称 以活性酵母菌为造孔剂制备莫来石 - 刚玉多 孔陶瓷的方法 (57) 摘要 本发明公开了一种以活性酵母菌为造孔剂制 备莫来石-刚玉多孔陶瓷的方法， 它是以AlOOH和 硅微粉为原料， 以无水乙醇作为球磨介质， 以活性 酵母菌为造孔剂， 经混合、 真空抽滤成型， 通过直 接反应高温烧结即可 ； 上述活性酵母菌是由干酵 母在 30-40去离子水中培养得到。本发明以活 性酵母菌为造孔剂， 活性酵母菌大小均一， 尺寸在 2-5m， 并且酵母菌在溶液中带负电荷， 原料粉体 AlOOH 和硅微粉在溶液中带正电荷， 利用静电作 用， 可以使原。
3、料粉体很好的吸附于酵母菌表面， 从 而使最终制备的多孔材料孔径范围窄， 孔径分布 均匀。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103073330 A CN 103073330 A *CN103073330A* 1/1 页 2 1. 一种以活性酵母菌为造孔剂制备莫来石 - 刚玉多孔陶瓷的方法， 其特征在于， 它是 以重量比为(3.1-7.1):1的AlOOH和硅微粉为原料， 以无水乙醇作为球磨介质， 以活性酵母 菌为造孔剂， 经混合、 。
4、真空抽滤成型， 通过直接反应高温烧结即可， 烧结后的多孔材料的孔 隙率为 40 62%， 孔径尺寸在 0.5-3m ； 上述活性酵母菌是由干酵母在 30-40去离子水中培养得到 ； 上述各原料纯度的重量百分比含量为 ： 拟薄水铝石 98%， 硅微粉 97%。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 详细步骤如下 ： 第一步 ： 活性酵母菌溶液的制备 首先将称量好的干酵母粉加入到 30-40去离子水中， 其中酵母菌与去离子水的重量 比为 （0.25-1） :100， 充分搅拌， 培养得到活性酵母菌溶液 ； 第二步 ： 原料细粉的制备 将AlOOH和硅微粉按(3.1-7.1):1重量比称。
5、量， 加入到球磨罐中， 以无水乙醇作为球磨 介质湿法球磨， 使原料粉体混合均匀， 干燥后得到原料细粉 ； 第三步 ： 莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料的制备 将上述粉体原料按照最终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:(2-5) 的重量比添加到 酵母菌溶液中， 不断搅拌形成悬浮液， 并调节悬浮液 PH 值为 8-9 ； 将充分搅拌混合的悬浮液 采用真空抽滤成型得到素坯， 素坯经干燥后在 1200-1400条件下高温烧结 2-4 小时， 通过 直接反应烧结方法得到莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料。 权 利 要 求 书 CN 103073330 A 2 1/4 页 3 以活性酵母菌为造孔剂制备莫来。
6、石 - 刚玉多孔陶瓷的方法 技术领域 0001 本发明涉及多孔陶瓷材料领域， 尤其涉及一种以活性酵母菌为造孔剂制备莫来 石 - 刚玉多孔陶瓷的方法。 背景技术 0002 随着国民经济的发展、 工业化进程加快， 环境污染问题凸显。大量工业三废排放， 尤其是工业高温烟气以及机动车尾气、 固体颗粒的排放已成为城市污染的罪魁祸首。 因此， 开展高温烟气过滤、 催化技术的研究和开发， 减少固体颗粒及有毒气体的排放成为节能减 排、 环境保护工程中的重要一环。 高温过滤体材料除了需要具有耐高温和耐腐蚀之外， 还需 要具有一定的孔隙度、 强度和优良的抗热震性。 多孔陶瓷材料由于具有孔隙率高、 透气阻力 小、 。
7、清洗再生方便以及耐高温、 高压、 耐化学介质腐蚀等特点是作为高温流体分离与净化的 最佳选择。 0003 多孔陶瓷基体材料种类繁多， 其中莫来石 - 刚玉复合基体材料由于具有耐高温， 抗热震性优异， 耐磨性好， 强度高， 韧性好， 抗蠕变和抗侵蚀性好以及弹性模量高等特点， 成 为研究应用较多的一种基质材料。基于莫来石 - 刚玉复合材料的优良性能， 其多孔陶瓷材 料制品成为工业高温流体过滤分离以及机动车尾气、 固体颗粒过滤净化用载体材料的理想 选择。在莫来石 - 刚玉复合多孔陶瓷材料的制备与应用研究中， 近年来人们也做了一些工 作， 通过不同的制备合成方法， 添加不同的造孔剂， 制备了各种莫来石 。
8、- 刚玉多孔陶瓷材 料。 0004 例如 ： Yingchao Dong等人 （Yingchao Dong,Bin Lin,KuiXie,et.al.,Journal of Alloys and Compounds,47,2009,350-356） 采用玉米淀粉为造孔剂制备了莫来石 - 刚玉多 孔陶瓷膜支撑体， 孔隙率 40左右， 平均孔径为 26.21m。 0005 韩火年等人 （韩火年， 李强， 洪昱斌等， 功能材料， 3期42卷， 2011年， 425-428） 首先 通过沉淀法制备超细氧化铝粉包裹的氧化铝， 再与纳米二氧化硅反应并添加造孔剂制备莫 来石 - 刚玉多孔陶瓷膜支撑体， 孔隙。
9、率为 40.21， 平均孔径为 9.87m。 0006 Kiyoshi Okada 等人 （Kiyoshi Okada,Shuhei Uchiyama,ToshihiroIsobe,et al.,Journal of the European Ceramic Society,29,2009,2491-2497） 通过添加有机纤维 制备了莫来石基多孔陶瓷。 0007 上述三个公开文献中主要是以淀粉、 石墨、 有机纤维等为造孔剂， 通过机械球磨的 方法将造孔剂与原料粉体进行混合， 烧结得到莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料。存在的缺陷是 ： 在机械球磨混合时， 由于造孔剂与原料粉体的比重差别较大， 造孔。
10、剂在坯体中分散不均匀， 且造孔剂本身粒径尺寸难以控制， 容易产生团聚， 得到的多孔材料孔径分布不均匀， 孔径分 布范围宽 , 从而降低了多孔陶瓷的烧结强度， 影响了其使用效果和使用寿命。 0008 与本发明相近的技术是 ： 中国专利公开号 CN1442392A 公开了一种以酵母粉为造 孔剂的碳化硅多孔陶瓷的制备方法， 它是以SiC、 Al2O3、 苏州土和膨润土为原料， 以干酵母粉 为造孔剂， 通过筛分不同粒度的酵母粉， 与陶瓷浆料混合， 经烘干， 压制成型烧结而成的。 该 说 明 书 CN 103073330 A 3 2/4 页 4 方法存在的缺陷是 ： 由于使用干酵母粉作为造孔剂， 造孔剂。
11、尺寸较大， 导致造孔剂与原料粉 体的比重差别较大， 且同样通过机械球磨方法与原料粉体混合， 出现混合不均的缺陷， 且由 于采用 1 粒度干酵母粉， 制备的多孔陶瓷孔径分布范围宽， 在 50-500m 之间， 孔径的不均 匀分布同样影响到材料的烧结强度。 发明内容 0009 为了克服现有制备莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料方法中因孔径分布不均， 尺寸难以 控制， 孔径分布范围宽导致的材料烧结强度低、 过滤精度低的技术缺陷， 本发明提出来一种 以活性酵母菌为造孔剂的莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料的制备方法， 该方法利用酵母菌具有 均匀的尺寸 （2-5m） ， 且表面带有负电荷的特性， 与带有正电荷的陶瓷。
12、粉体通过静电吸引， 使陶瓷粉体原料吸附于酵母菌表面， 实现酵母菌在陶瓷原料中的均匀分散， 从而获得孔径 分布均匀， 强度高的莫来石 - 刚玉多孔陶瓷， 以满足工业高温流体过滤及机动车尾气净化 处理等载体材料的要求。 0010 为达到上述目的， 本发明的制备方法为 ： 0011 它是以重量比为 (3.1-7.1):1 的 AlOOH 和硅微粉为原料， 以无水乙醇作为球磨介 质， 以活性酵母菌为造孔剂， 经混合、 真空抽滤成型， 通过直接反应高温烧结即可， 烧结后的 多孔材料的孔隙率为 40 62， 孔径尺寸在 0.5-3m。 0012 上述活性酵母菌是由干酵母在 30-40去离子水中培养得到 ；。
13、 0013 上述各原料纯度的重量百分比含量为 ： 拟薄水铝石 98%， 硅微粉 97%。 0014 本发明莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料的详细制备方法如下 ： 0015 第一步 ： 活性酵母菌溶液的制备 0016 首先将称量好的干酵母粉加入到 30-40去离子水中， 其中酵母菌与去离子水的 重量比为 （0.25-1） :100， 充分搅拌， 培养得到活性酵母菌溶液 ； 0017 第二步 ： 原料细粉的制备 0018 将AlOOH和硅微粉按(3.1-7.1):1重量比称量， 加入到球磨罐中， 以无水乙醇作为 球磨介质湿法球磨， 使原料粉体混合均匀， 干燥后得到原料细粉 ； 0019 一般混合料、 。
14、球、 酒精的重量百分比为 1:（1.5 2.5） :（0.6 0.9） ； 0020 第三步 ： 莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料的制备 0021 将上述粉体原料按照最终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:(2-5) 的重量比添 加到酵母菌溶液中， 不断搅拌形成悬浮液， 并调节悬浮液 PH 值为 8-9 ； 将充分搅拌混合的悬 浮液采用真空抽滤成型得到素坯， 素坯经干燥后在 1200-1400条件下高温烧结 2-4 小时， 通过直接反应烧结方法得到莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料。 0022 本发明的优点是 ： 0023 1、 由于本发明以活性酵母菌为造孔剂， 活性酵母菌大小均一， 尺寸在 。
15、2-5m， 并且 酵母菌在溶液中带负电荷， 原料粉体 AlOOH 和硅微粉在溶液中带正电荷， 利用静电作用， 可 以使原料粉体很好的吸附于酵母菌表面， 从而使最终制备的多孔材料孔径范围窄， 孔径分 布均匀， 工艺简单。 0024 2、 本发明利用直接反应烧结的方法， 在烧结过程中， 将酵母菌去除， 留下孔隙， 并 且拟薄水铝石分解生成的活性氧化铝直接与活性高的硅微粉反应在孔壁处生成强度高莫 说 明 书 CN 103073330 A 4 3/4 页 5 来石 - 刚玉材料。 0025 3、 本发明所制得的莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料耐高温， 强度高， 气孔率为 40 62、 气孔孔径分布均匀， 。
16、热稳定性和化学稳定性好， 可以用于陶瓷滤膜支撑体、 工业高温 流体过滤、 分离及机动车尾气净化处理用的载体材料， 为实现莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料 在工业高温流体过滤及机动车尾气净化处理中的应用打下良好的基础。 0026 经检测 ： 本发明制备的莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材料的气孔率为可达 40 62， 孔 径分布范围窄 , 孔径大小均匀 , 且在 0.5-3m 之间， 可以很好地提高过滤分离精度。 附图说明 0027 图 1 是采用本发明方法合成的多孔陶瓷材料的 X- 射线粉末衍射图谱。 0028 图 2a 是本发明所制备多孔陶瓷材料的放大 1000 倍的扫描电镜照片 ； 0029 图 2b。
17、 是本发明所制备多孔陶瓷材料的放大 5000 倍的扫描电镜照片。 具体实施方式 0030 本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式， 还包括各具体实施方式间 的任意组合。 0031 实施例 1 ： 以刚玉含量占总质量的质量百分比为 5进行配料， 酵母添加量按照最 终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:5 的重量比。 0032 首先按上述重量称取原料 ： 拟薄水铝石 87.9g， 硅微粉 27.6g， 并将原料粉体 AlOOH 和硅微粉加入到行星球磨机中混合， 混合料、 球、 无水乙醇的重量百分比为 1:2:0.8， 混合时 间为 2 个小时。称取干酵母 50g， 加入到 10L。
18、30-40的去离子水中不断搅拌 2 小时， 培养得 到酵母菌溶液 ； 将上述球磨混合好的原料粉体加入到培养好的酵母菌溶液中并不断搅拌 4 小时， 得到悬浮液。 然后将悬浮液真空抽滤成型得到素坯， 放入烘箱在80条件下烘干。 烘 干后的样品在 1200温度下进行烧成， 保温时间为 2 小时， 制得莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材 料， 多孔材料的孔隙率为 57， 抗折强度为 32Mpa， 孔径大约在 0.5-3m 之间。 0033 实施例 2 ： 以刚玉含量占总质量的质量百分比为 5进行配料， 酵母添加量按照最 终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:2 的重量比。 0034 首先按下述重量称。
19、取原料 ： 拟薄水铝石 87.9g， 硅微粉 27.6g， 并将原料粉体 AlOOH 和硅微粉加入到行星球磨机中混合， 混合料、 球、 无水乙醇的重量百分比为 1:2:0.8， 混合时 间为 2 个小时。称取干酵母 20g， 加入到 10L30-40的去离子水中不断搅拌 1 小时， 培养得 到酵母菌溶液 ； 将上述球磨混合好的原料粉体加入到培养好的酵母菌溶液中并不断搅拌 4 小时， 得到悬浮液。 然后将悬浮液真空抽滤成型得到素坯， 放入烘箱在80条件下烘干。 烘 干后的样品在 1200温度下进行烧成， 保温时间为 2 小时， 制得莫来石 - 刚玉多孔陶瓷材 料， 多孔材料的孔隙率为 41， 抗。
20、折强度为 65Mpa， 孔径大约在 0.5-3m 之间。 0035 实施例 3 ： 以刚玉含量占总质量的质量百分比为 50进行配料， 酵母添加量按照 最终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:5 的重量比。 0036 首先按下述重量称取原料 ： 拟薄水铝石 103.1g， 硅微粉 14.8g， 将原料粉体 AlOOH 和硅微粉加入到行星球磨机中混合， 混合料、 球、 无水乙醇的重量百分比为 1:2:0.8， 混合时 间为 1 个小时。称取干酵母 50g， 加入到 10L30-40的去离子水中不断搅拌 1 小时， 培养得 说 明 书 CN 103073330 A 5 4/4 页 6 到酵。
21、母菌溶液 ； 将上述球磨混合好的原料粉体， 按照最终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:5的比例加入到培养好的酵母菌溶液中并不断搅拌6小时， 得到悬浮液。 然后将悬浮液 真空抽滤成型得到素坯， 放入烘箱在 90条件下烘干。烘干后的样品在 1200温度下进行 烧成， 保温时间为2小时， 制得莫来石-刚玉多孔陶瓷材料， 多孔材料的孔隙率为62， 抗折 强度为 15Mpa， 孔径大约在 0.5-3m 之间。 0037 实施例 4 ： 以刚玉含量占总质量的质量百分比为 20进行配料， 酵母添加量按照 最终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:5 的重量比。 0038 首先按下述重量称。
22、取原料 ： 拟薄水铝石93g， 硅微粉23.2g， 将原料粉体AlOOH和硅 微粉加入到行星球磨机中混合， 混合料、 球、 无水乙醇的重量百分比为 1:2:0.8， 混合时间为 1 个小时。称取干酵母 50g， 加入到 10L30-40的去离子水中不断搅拌 1 小时， 培养得到酵 母菌溶液 ； 将上述球磨混合好的原料粉体， 按照最终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:5 的比例加入到培养好的酵母菌溶液中并不断搅拌 4 小时， 得到悬浮液。然后将悬浮液真空 抽滤成型得到素坯， 放入烘箱在 80条件下烘干。烘干后的样品在 1300温度下进行烧 成， 保温时间为2小时， 制得莫来石-刚玉多。
23、孔陶瓷材料， 多孔材料的孔隙率为53， 抗折强 度为 38Mpa， 孔径大约在 0.5-2m 之间。 0039 实施例 5 ： 以刚玉含量占总质量的质量百分比为 20进行配料， 酵母添加量按照 最终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:5 的重量比。 0040 首先按下述重量称取原料 ： 拟薄水铝石93g， 硅微粉23.2g， 将原料粉体AlOOH和硅 微粉加入到行星球磨机中混合， 混合料、 球、 无水乙醇的重量百分比为 1:2:0.8， 混合时间为 1 个小时。称取干酵母 50g， 加入到 10L30-40的去离子水中不断搅拌 1 小时， 培养得到酵 母菌溶液 ； 将上述球磨混合好的。
24、原料粉体， 按照最终莫来石 - 刚玉产物重量 : 干酵母 =10:5 的比例加入到培养好的酵母菌溶液中并不断搅拌 4 小时， 得到悬浮液。然后将悬浮液真空 抽滤成型得到素坯， 放入烘箱在 80条件下烘干。烘干后的样品在 1400温度下进行烧 成， 保温时间为2小时， 制得莫来石-刚玉多孔陶瓷材料， 多孔材料的孔隙率为48， 抗折强 度为 45Mpa， 孔径大约在 0.5-2m 之间。 0041 本发明中抗折强度的检测参考国标 GB/T1965-1996多孔陶瓷弯曲强度试验方 法 ， 上述孔隙率的检测依据国标 GB/T1966-1996多孔陶瓷显气孔率、 容重试验方法 。 0042 本发明多孔陶。
25、瓷材料的 X- 射线粉末衍射图谱和断面扫描电镜照片分别见图 1、 图 2a、 图 2b。由图 1X- 射线粉末衍射分析可知， 材料的物相组成主要为莫来石和刚玉。从图 2a、 图 2b 断面形貌分析可知， 多孔陶瓷材料的孔径分布非常均匀， 孔径大小在 0.5-3m 之 间， 孔与孔之间相互贯通， 并且孔壁莫来石 - 刚玉相烧结致密， 可以有效地提高多孔陶瓷的 强度， 满足常温、 高温条件下工业生产中溶液或气体过滤及机动车尾气净化处理等载体材 料的要求。 说 明 书 CN 103073330 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2a 说 明 书 附 图 CN 103073330 A 7 2/2 页 8 图 2b 说 明 书 附 图 CN 103073330 A 8 。