CN110592722A - 一种多级孔氧化铝纤维的制备方法 - Google Patents
一种多级孔氧化铝纤维的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110592722A CN110592722A CN201911004274.7A CN201911004274A CN110592722A CN 110592722 A CN110592722 A CN 110592722A CN 201911004274 A CN201911004274 A CN 201911004274A CN 110592722 A CN110592722 A CN 110592722A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- fiber
- sol
- preparing
- alumina
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多级孔氧化铝纤维的制备方法，其特征包括：1.溶胶凝胶纺丝液的配制；2.氧化铝初生纤维的制备；3.高温煅烧三个步骤。本发明制备的多级孔氧化铝纤维材料是一种比表面积大、活性位点多以及吸附效果好的催化剂载体材料及基体增强材料；此外，该材料还可广泛应用在航空航天、保温隔热、高温过滤等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维的制备方法技术领域，具体涉及溶胶凝胶方法制备一种多级孔氧化铝纤维的方法。
背景技术
氧化铝纤维是一种高性能的无机纤维，其主要成分为三氧化二铝(Al2O3)，并含有少量的SiO2、MgO等成分。氧化铝纤维具有超常的耐热性、极低的热导率和优异的化学稳定性，在航空航天、高温绝热及催化剂载体等领域有着广泛应用。尤其是纳微米级别的氧化铝纤维，直径的减小赋予纤维优异的物理化学性能，从而受到研究者们的广泛关注。
静电纺丝是制备纳微米氧化铝纤维行之有效的方法之一，此方法的原理为首先以铝的无机盐或醇盐为铝源，同时加入硅源及有机酸等成分，经醇解和聚合反应制备得到具有特定粘度的溶胶凝胶纺丝液，然后将其置于高压电场中形成纺丝细流，在电场力作用下纺丝细流发生鞭动和劈裂，经溶剂的蒸发和高温热处理后得到纳微米氧化铝纤维。专利ZL200710150942.8介绍了一种纳米氧化铝纤维膜材料的制备方法，指出采用静电纺丝技术可纺制出有机/无机铝盐纳米纤维膜，经高温煅烧后可得到纤维直径在50-200nm的氧化铝纤维膜材料。
随着纳微米氧化铝纤维的进一步发展，针对不同领域的应用需求，研究人员开始设计具有多孔结构的纳微米氧化铝纤维，从而提升其性能。魏恒勇等人以无水氯化铝为原料，聚乙烯吡咯烷酮为助纺剂，无水乙醇为溶剂，采用同轴静电纺丝法制备出氧化铝凝胶/PVP前驱体纤维，经1200℃煅烧后得到仿“北极熊绒毛”状多孔氧化铝纤维[康剑，魏恒勇，崔燚，王鹏，卜景龙，李慧，李敏娜，季文玲.同轴静电纺丝制备仿生多孔氧化铝纤维研究[J].人工晶体学报，2016，45(10)：2493-2499]。陈代荣等人在氧化铝溶胶凝胶纺丝液中添加三嵌段共聚物为纤维制孔剂，经过静电纺丝和700℃高温热处理后，得到具有明显介孔结构的纳米氧化铝纤维[Wang Y，Li W，Jiao X，et al.Electrospinning preparation andadsorption properties of mesoporous alumina fibers[J].Journal of MaterialsChemistry A，2013，1(36)：10720-10726]。然而，现有文献和专利报道的多孔结构氧化铝纤维制备方法多以添加单一制孔剂静电纺丝后结合浸泡、高温煅烧等后处理方法，该方法得到的孔结构尺寸单一，而对于具有多级孔结构的氧化铝纤维的制备方法却鲜有报道。
发明内容
本发明拟解决的技术问题是提供一种多级孔氧化铝纤维的制备方法，采用该发明的技术方案能够简单制备出一种具有多级孔结构的氧化铝纤维，从而具有比表面积大、活性位点多以及吸附效果好等特性。本发明所制备的多级孔氧化铝纤维在催化剂载体、复合材料增强、航空航天、高温过滤等领域具有广阔的应用前景。
本发明提供一种多级孔结构氧化铝纤维的制备方法，其特征包括如下步骤：
(1)溶胶凝胶纺丝液的配制：将结晶氯化铝溶解于去离子水中，制备得到质量分数为20-25％的氯化铝水溶液，随后在搅拌条件下加入硅溶胶和PVA纺丝助剂，其中硅溶胶与结晶氯化铝的质量比为1∶10，PVA与结晶氯化铝的质量比为1∶30，然后在60-75℃氛围下浓缩；继续搅拌并缓慢滴加一定量的PTFE乳液，在25-35℃下充分搅拌后得到乳白色的稳定的溶胶凝胶纺丝液。
(2)氧化铝初生纤维的制备：采用上一步制得的溶胶凝胶纺丝液进行静电纺丝，得到氧化铝初生纤维，随后将其在60-80℃的条件下干燥3-6h。
(3)高温煅烧：在空气氛围条件下，以1-5℃/min的升温速率由室温升温至煅烧温度并保温1-3h，自然降温至室温。
所述的溶胶凝胶纺丝液中PTFE乳液的质量分数为14-16％。
高温煅烧过程中，所述的煅烧温度范围为700-900℃。
与现有多孔结构氧化铝纤维的制备方法相比，本发明的优点在于：
1、通过在氧化铝溶胶凝胶纺丝液中添加PTFE乳液，制备复合初生纤维，稳定的PTFE乳液体系保证了不同粒径的制孔剂在纤维中的均匀分散。通过高温煅烧过程，使得纤维中PTFE颗粒和小分子表面活性剂被除去，从而制备得到具有多级孔结构的氧化铝纤维，与单一孔径的多孔氧化铝纤维相比，本方法制备的纤维中具有明显的介孔和大孔多级结构。
2、制备出的具有多级孔结构的纳微米氧化铝纤维，具有比表面积大、活性位点多以及吸附效果好等特性，可作为催化剂载体及基体增强材料，在航空航天、保温隔热、高温过滤等领域得到更广泛的应用。
3、所述的静电纺丝法是一种公知的纳微米纤维制备技术，具有设备简单、操作方便和工艺可控的特点。
附图说明
图1是实施例1制备出的多级孔氧化铝纤维的扫描电镜照片图。
图2是实施例6制备出的普通氧化铝纤维的扫描电镜照片图。
具体实施方式
本发明实施例涉及一种多级孔氧化铝纤维的制备方法，以下对其中几组实施例分别进行详细说明，但发明专利的权利要求保护范围不受具体实施例的限制。
实施例1：
(1)溶胶凝胶纺丝液的配制：将结晶氯化铝溶解于去离子水中，制备得到质量分数为22％的氯化铝水溶液，随后在搅拌条件下加入硅溶胶和PVA纺丝助剂，其中硅溶胶与结晶氯化铝的质量比为1∶10，PVA与结晶氯化铝的质量比为1∶30，然后在70℃氛围下浓缩；继续搅拌并缓慢滴加一定量的PTFE乳液，控制PTFE乳液占纺丝液质量分数为14％，在30℃下充分搅拌后得到乳白色的稳定的溶胶凝胶纺丝液。
(2)氧化铝初生纤维的制备：采用上一步制得的溶胶凝胶纺丝液进行静电纺丝，纺丝电压40kV，接收距离20cm，供液速率0.5ml/h，得到氧化铝初生纤维，随后将其在80℃的条件下干燥3h。
(3)高温煅烧：在空气氛围条件下，以2℃/min的升温速率由室温升温至800℃并保温2h，自然降温至室温。
实施例2：
(1)溶胶凝胶纺丝液的配制：将结晶氯化铝溶解于去离子水中，制备得到质量分数为20％的氯化铝水溶液，随后在搅拌条件下加入硅溶胶和PVA纺丝助剂，其中硅溶胶与结晶氯化铝的质量比为1∶10，PVA与结晶氯化铝的质量比为1∶30，然后在70℃氛围下浓缩；继续搅拌并缓慢滴加一定量的PTFE乳液，控制PTFE乳液占纺丝液质量分数为15％，在30℃下充分搅拌后得到乳白色的稳定的溶胶凝胶纺丝液。
(2)氧化铝初生纤维的制备：同实施例1。
(3)高温煅烧：在空气氛围条件下，以3℃/min的升温速率由室温升温至800℃并保温1h，自然降温至室温。
实施例3：
(1)溶胶凝胶纺丝液的配制：将结晶氯化铝溶解于去离子水中，制备得到质量分数为23％的氯化铝水溶液，随后在搅拌条件下加入硅溶胶和PVA纺丝助剂，其中硅溶胶与结晶氯化铝的质量比为1∶10，PVA与结晶氯化铝的质量比为1∶30，然后在70℃氛围下浓缩；继续搅拌并缓慢滴加一定量的PTFE乳液，控制PTFE乳液占纺丝液质量分数为16％，在30℃下充分搅拌后得到乳白色的稳定的溶胶凝胶纺丝液。
(2)氧化铝初生纤维的制备：采用上一步制得的溶胶凝胶纺丝液进行静电纺丝，纺丝电压40kV，接收距离20cm，供液速率0.5ml/h，得到氧化铝初生纤维，随后将其在65℃的条件下干燥5h。
(3)高温煅烧：在空气氛围条件下，以5℃/min的升温速率由室温升温至900℃并保温3h，自然降温至室温。
实施例4：
(1)溶胶凝胶纺丝液的配制：将结晶氯化铝溶解于去离子水中，制备得到质量分数为25％的氯化铝水溶液，随后在搅拌条件下加入硅溶胶和PVA纺丝助剂，其中硅溶胶与结晶氯化铝的质量比为1∶10，PVA与结晶氯化铝的质量比为1∶30，然后在70℃氛围下浓缩；继续搅拌并缓慢滴加一定量的PTFE乳液，控制PTFE乳液占纺丝液质量分数为14％，在30℃下充分搅拌后得到乳白色的稳定的溶胶凝胶纺丝液。
(2)氧化铝初生纤维的制备：采用上一步制得的溶胶凝胶纺丝液进行静电纺丝，纺丝电压40kV，接收距离20cm，供液速率0.5ml/h，得到氧化铝初生纤维，随后将其在75℃的条件下干燥3h。
(3)高温煅烧：在空气氛围条件下，以1℃/min的升温速率由室温升温至700℃并保温2h，自然降温至室温。
实施例5：
(1)溶胶凝胶纺丝液的配制：将结晶氯化铝溶解于去离子水中，制备得到质量分数为22％的氯化铝水溶液，随后在搅拌条件下加入硅溶胶和PVA纺丝助剂，其中硅溶胶与结晶氯化铝的质量比为1∶10，PVA与结晶氯化铝的质量比为1∶30，然后在70℃氛围下浓缩；继续搅拌并缓慢滴加一定量的PTFE乳液，控制PTFE乳液占纺丝液质量分数为16％，在30℃下充分搅拌后得到乳白色的稳定的溶胶凝胶纺丝液。
(2)氧化铝初生纤维的制备：同实施例4。
(3)高温煅烧：在空气氛围条件下，以2℃/min的升温速率由室温升温至800℃并保温3h，自然降温至室温。
实施例6：
(1)溶胶凝胶纺丝液的配制：将结晶氯化铝溶解于去离子水中，制备得到质量分数为22％的氯化铝水溶液，随后在搅拌条件下加入硅溶胶和PVA纺丝助剂，其中硅溶胶与结晶氯化铝的质量比为1∶10，PVA与结晶氯化铝的质量比为1∶30，然后在70℃氛围下浓缩。
(2)氧化铝初生纤维的制备：同实施例1。
(3)高温煅烧：同实施例1。
Claims (3)
1.一种多级孔氧化铝纤维的制备方法，其特征包括如下步骤：
(1)溶胶凝胶纺丝液的配制：将结晶氯化铝溶解于去离子水中，制备得到质量分数为20-25％的氯化铝水溶液，随后在搅拌条件下加入硅溶胶和PVA纺丝助剂，其中硅溶胶与结晶氯化铝的质量比为1∶10，PVA与结晶氯化铝的质量比为1∶30，然后在60-75℃氛围下浓缩；继续搅拌并缓慢滴加一定量的PTFE乳液，在25-35℃下充分搅拌后得到乳白色的稳定的溶胶凝胶纺丝液。
(2)氧化铝初生纤维的制备：采用上一步制得的溶胶凝胶纺丝液进行静电纺丝，得到氧化铝初生纤维，随后将其在60-80℃的条件下干燥3-6h。
(3)高温煅烧：在空气氛围条件下，以1-5℃/min的升温速率由室温升温至煅烧温度并保温1-3h，自然降温至室温。
2.根据权利要求1所述的一种多级孔氧化铝纤维的制备方法，其特征在于，所述的溶胶凝胶纺丝液中PTFE乳液的质量分数为14-16％。
3.根据权利要求1所述的一种多级孔氧化铝纤维的制备方法，其特征在于，高温煅烧过程中，所述的煅烧温度范围为700-900℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911004274.7A CN110592722A (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 一种多级孔氧化铝纤维的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911004274.7A CN110592722A (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 一种多级孔氧化铝纤维的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110592722A true CN110592722A (zh) | 2019-12-20 |
Family
ID=68851467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911004274.7A Pending CN110592722A (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 一种多级孔氧化铝纤维的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110592722A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS605022A (ja) * | 1983-06-22 | 1985-01-11 | Mitsubishi Chem Ind Ltd | アルミナ繊維の製造法 |
| CN102584211A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-07-18 | 西安理工大学 | 一种低温静电纺丝制备微、纳米多孔陶瓷纤维的方法 |
| CN103396100A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-11-20 | 河南煤业化工集团研究院有限责任公司 | 一种氧化铝超细纤维制备用静电纺丝胶液的制备方法 |
| US20180258554A1 (en) * | 2015-09-16 | 2018-09-13 | Soochow University | Metal oxide macroscopic fiber and preparation method thereof |
| CN109939664A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-06-28 | 天津工业大学 | 一种多尺度纳微米氧化铝纤维光催化剂载体的制备方法 |
| CN109987929A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-07-09 | 天津工业大学 | 一种氟诱导生长的针刺状多尺度氧化铝纤维的制备方法 |
| CN110004519A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-07-12 | 天津工业大学 | 一种可生产"毛毛虫"状多尺度氧化铝纤维的静电纺丝液 |
-
2019
- 2019-10-22 CN CN201911004274.7A patent/CN110592722A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS605022A (ja) * | 1983-06-22 | 1985-01-11 | Mitsubishi Chem Ind Ltd | アルミナ繊維の製造法 |
| CN102584211A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-07-18 | 西安理工大学 | 一种低温静电纺丝制备微、纳米多孔陶瓷纤维的方法 |
| CN103396100A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-11-20 | 河南煤业化工集团研究院有限责任公司 | 一种氧化铝超细纤维制备用静电纺丝胶液的制备方法 |
| US20180258554A1 (en) * | 2015-09-16 | 2018-09-13 | Soochow University | Metal oxide macroscopic fiber and preparation method thereof |
| CN109939664A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-06-28 | 天津工业大学 | 一种多尺度纳微米氧化铝纤维光催化剂载体的制备方法 |
| CN109987929A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-07-09 | 天津工业大学 | 一种氟诱导生长的针刺状多尺度氧化铝纤维的制备方法 |
| CN110004519A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-07-12 | 天津工业大学 | 一种可生产"毛毛虫"状多尺度氧化铝纤维的静电纺丝液 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108840656B (zh) | 一种基于静电纺SiO2纳米纤维气凝胶隔热材料及其制备和应用 | |
| CN104153123B (zh) | 一种柔性氧化钛纳米纤维膜及其制备方法 | |
| CN109112728B (zh) | 柔性二氧化钛/碳复合多孔纳米纤维膜材料的制备方法 | |
| CN109987929B (zh) | 一种氟诱导生长的针刺状多尺度氧化铝纤维的制备方法 | |
| CN103011778B (zh) | 一种多孔氧化铝纳米纤维及其制备方法 | |
| CN103985434B (zh) | 一种透明导电膜的制造方法及透明导电膜 | |
| CN111925194A (zh) | 一种耐高温高性能气凝胶复合材料及其制备方法 | |
| WO2019095602A1 (zh) | 一种热化学气相沉积制备三维石墨烯纤维的方法及其应用 | |
| CN103451851A (zh) | 一种柔韧高强氧化锆纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN103696235B (zh) | 一种碳纤维负载介孔二氧化钛的制备方法 | |
| CN113663611B (zh) | 一种耐高温复合纳米纤维气凝胶材料及其制备方法 | |
| CN114455846B (zh) | 一种具有垂直取向结构的多孔莫来石纳米纤维基絮片材料及其制备方法 | |
| CN113668139A (zh) | 一种柔性耐高温SiO2陶瓷纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN113087729B (zh) | 一种镧配合物前驱体、氧化镧纤维及其衍生的锆酸镧纤维的制备方法与应用 | |
| CN111116221A (zh) | 一种耐高温的莫来石纳米纤维气凝胶的制备方法 | |
| CN105603585A (zh) | 一种尺度可控的中空碳纤维的制备方法 | |
| CN113831581A (zh) | 一种高弹性抗辐射纳米纤维气凝胶材料及其制备方法 | |
| CN104451957A (zh) | 低密度SiC纳米纤维及其制备方法 | |
| JP2014019591A (ja) | ２相共連続型シリカ構造体及びその製造方法 | |
| CN114213062B (zh) | 一种具有两相海岛结构的柔弹性气凝胶复合隔热材料及其制备方法 | |
| CN111285368B (zh) | 一种氮硼双掺杂多孔中空碳纳米胶囊材料的制备方法 | |
| CN107893263B (zh) | 一种适用于制备高均质连续多孔氧化铝基陶瓷超细/纳米纤维的纺丝助剂 | |
| CN113648940A (zh) | 一种超轻质高弹性抗辐射纳米纤维气凝胶材料及其制备方法 | |
| CN113846418A (zh) | 一种兼具高比表面积与大孔径的柔性多孔SiO2纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN110592722A (zh) | 一种多级孔氧化铝纤维的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20191220 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |