专利名称：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、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。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-刚玉多孔陶瓷材料。例如:YingchaoDong等人(Yingchao Dong, Bin Lin, KuiXie, et.al., Journal ofAlloys and Compounds, 47, 2009, 350-356)米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26.21 μ m。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，孔隙率为40.21 %，平均孔径为9.87 μ m。Kiyoshi Okada 等人(Kiyoshi Okada, Shuhei Uchiyama, Toshihirolsobe, etal., 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。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。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、Al203、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。该方法存在的缺陷是:由于使用干酵母粉作为造孔剂，造孔剂尺寸较大，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I粒度干酵母粉，制备的多孔陶瓷孔径分布范围宽，在50-500μπι之间，孔径的不均匀分布同样影响到材料的烧结强度。
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(2-5 μ m),且表面带有负电荷的特性，与带有正电荷的陶瓷粉体通过静电吸引，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。为达到上述目的，本发明的制备方法为:它是以重量比为(3.1-7.1):1的A100H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0.5-3 μ m。上述活性酵母菌是由干酵母在30_40°C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%。本发明莫来石-刚玉多孔陶瓷材料的详细制备方法如下: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°C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A100H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；一般混合料、球、酒精的重量百分比为1: (1.5 2.5): (0.6 0.9);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°C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。本发明的优点是: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2-5 μ m,并且酵母菌在溶液中带负电荷，原料粉体A100H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。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来石_刚玉材料。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，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。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0.5-3 μ m之间，可以很好地提高过滤分离精度。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。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；图2b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。
，还包括各
间的任意组合。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。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A100H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10L30-40°C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°C条件下烘干。烘干后的样品在1200°C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0.5-3μπι之间。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。首先按下述重量称取原料:拟薄水铝石87.9g，硅微粉27.6g，并将原料粉体A100H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°C的去离子水中不断搅拌I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°C条件下烘干。烘干后的样品在1200°C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 %，抗折强度为65Mpa，孔径大约在0.5-3 μ m之间。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。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A100H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I个小时。称取干酵母50g，加入到10L30-40°C的去离子水中不断搅拌I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°C条件下烘干。烘干后的样品在1200°C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0.5-3 μ m之间。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。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A100H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I个小时。称取干酵母50g，加入到10L30-40°C的去离子水中不断搅拌I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°C条件下烘干。烘干后的样品在1300°C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53%，抗折强度为38Mpa，孔径大约在0.5-2 μ m之间。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。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A100H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I个小时。称取干酵母50g，加入到10L30-40°C的去离子水中不断搅拌I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°C条件下烘干。烘干后的样品在1400°C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0.5-2 μ m之间。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》。本发明多孔陶瓷材料的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0.5-3 μ m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。


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2-5μm，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。