多孔材料讲座ppt课件
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多孔炭材料ppt课件
实验安排 第一阶段，原料分析 第二阶段，预氧化，温度400–450℃ 、时间1–4h、
升温速率0.5–10℃/min 第三阶段，炭化，活化
水平 1 2 3
炭化温度(A) 炭化时间(B) 活化温度(C) 活化时间(D)
℃
min
℃
min
350
30
800
80
400
45
850
100
450
m ple
图 煤沥青与不同升温速率下前驱体中挥发分及TI含量
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图 煤沥青与各前驱体SEM图 (a) CP (b) PC-r0.5 (c) PC-r2 (d) PC-r5 (e) PC-r10
1400
2
S p e c i f i c s u r f a c e a r e/ag / m
考察因素 原料分析（元素组成、灰分、挥发分、软化点） 预氧化条件（预氧化温度、时间、氧化介质及流量、
升温速率） 前驱体粒度、碱炭浸渍比、分散剂的选择等 炭化条件（炭化温度、时间、升温速率） 活化条件（活化温度、时间、升温速率） 产品性能（灰分、比表面积、孔径分布）
实验设计
吸附等温线是在恒定温度下平衡吸附量与被吸附气体压力 的关系曲线 。
BET吸附理论
吸附等温线类型
不同恒温时间下前驱体制备的活性炭比表面积
2
S p e c i f i c s u r f a c e a r e/ ag / m
1400 1200 1000 800 600 400 200
0 A C -h1
国内外活性炭的生产现状
二战前后，美国的AC产量一直居世界第一位。80年代后， 第三世界国家的AC工业开始发展，产量逐渐增加，到目 前，世界五大洲40多个国家生产AC，年产量达70多万吨。
多孔与介孔材料(课堂PPT)
毛细凝聚理论与Kelvin方程
Kelvin方程 BJH法确定中孔孔径分布 Kelvin方程对4型和5型等温线的解释 吸附滞后现象（自学）
3
吸附基础
❖ 吸附概念
当气体或者液体与某些固体接触时，气体或者液体分子会积聚在固体表面 上，这种现象称为吸附。
吸附是指当流体与多孔固体接触时， 流体中某一组分或多个组分在固体表 面处产生积蓄的现象。
B）极化力(Debye interaction)：具有诱导偶极作用（induced dipole）分子与具有永久 偶极矩（permanent dipole moment）接近时，分子之间的正负电荷的相互作用力；
C）氢键(hydrogen bond, Keesom force)：氢原子与其他分子中有多余未成键电子的原
6
吸附基础
根据吸附剂表面与吸附质分子间作用力的性质不同，吸附可分为 物理吸附和化学吸附两大类。
❖ 物理吸附
定义：被吸附分子与固体表面分子间的作用力为分子间作用力，即范德华力，又称 范德华吸附.
特征： ❖ 可逆过程，快速 ❖ 吸附作用比较弱（静电作用） ❖ 选择性差（不发生化学反应，稍加热就可能脱附）
间的相互作用。低压下，仅吸附在表面少数活性点上，高压下，气
体分子优先以团族结构吸附在已被吸附分子周围，局部形成多分子
层吸附，没有2型吸附曲线的“平台”
实际例：水分子在疏水活性炭上的吸附。
13
吸附基础
4型吸附：中孔材料的典型吸附等温曲线，具有吸附回线。
微观图像：1、低压下，与2型吸附曲线相同。2、一定压力以 上时，吸附质在中孔内发生了毛细凝聚，吸附量急速增加。3、压 力继续升高，所有中孔均完成毛细凝聚，吸附主要在外表面发生， 吸附曲线出现平台。4、毛细凝聚现象：产生吸附滞后回线，影响 因素：孔径分布、孔结构形状、吸附质特性、实验温度等。
Kelvin方程 BJH法确定中孔孔径分布 Kelvin方程对4型和5型等温线的解释 吸附滞后现象（自学）
3
吸附基础
❖ 吸附概念
当气体或者液体与某些固体接触时，气体或者液体分子会积聚在固体表面 上，这种现象称为吸附。
吸附是指当流体与多孔固体接触时， 流体中某一组分或多个组分在固体表 面处产生积蓄的现象。
B）极化力(Debye interaction)：具有诱导偶极作用（induced dipole）分子与具有永久 偶极矩（permanent dipole moment）接近时，分子之间的正负电荷的相互作用力；
C）氢键(hydrogen bond, Keesom force)：氢原子与其他分子中有多余未成键电子的原
6
吸附基础
根据吸附剂表面与吸附质分子间作用力的性质不同，吸附可分为 物理吸附和化学吸附两大类。
❖ 物理吸附
定义：被吸附分子与固体表面分子间的作用力为分子间作用力，即范德华力，又称 范德华吸附.
特征： ❖ 可逆过程，快速 ❖ 吸附作用比较弱（静电作用） ❖ 选择性差（不发生化学反应，稍加热就可能脱附）
间的相互作用。低压下，仅吸附在表面少数活性点上，高压下，气
体分子优先以团族结构吸附在已被吸附分子周围，局部形成多分子
层吸附，没有2型吸附曲线的“平台”
实际例：水分子在疏水活性炭上的吸附。
13
吸附基础
4型吸附：中孔材料的典型吸附等温曲线，具有吸附回线。
微观图像：1、低压下，与2型吸附曲线相同。2、一定压力以 上时，吸附质在中孔内发生了毛细凝聚，吸附量急速增加。3、压 力继续升高，所有中孔均完成毛细凝聚，吸附主要在外表面发生， 吸附曲线出现平台。4、毛细凝聚现象：产生吸附滞后回线，影响 因素：孔径分布、孔结构形状、吸附质特性、实验温度等。
第12章多孔材料讲解PPT课件
金属离子
溶解度大的硅源和铝源有利于 生成小晶体，反之生成大晶体
碱： 碱金属、碱土金属氢氧化物 水
有机模板 30
硅铝比 决定产物的结构和组成 产物的硅铝比 反应混合物硅铝比，
对于高硅沸石，晶化速度随凝胶 中铝含量的增加而减小
（括号中数字是SBU在已知结构中出现的次数）
14
3、沸石类型材料的合成
20世纪40年代末，成功模拟天然沸石的模型和生 产条件，水热条件合成出低硅沸石分子筛。
1954年，A型和X型分子筛工业化生产，接着研 究与开发出一系列低硅与中硅铝比沸石分子筛 （如NaY型沸石、大孔丝光沸石、L型沸石等）
我国于1959年合成出A型分子筛和X型分子筛， 随后合成出Y型分子筛和丝光沸石。
孔道对吸附物有形状选择性 热/化学稳定性 易再生
9
3. 沸石与分子筛的骨架结构
由硅氧四面体和铝氧四面体组成的三 维骨架结构，骨架中由环组成的孔道 是沸石的最主要结构特征。
10
硅氧四面体[SiO4]4-和铝氧四面体[AlO4]5通过共用氧原子连接而成,统称为TO4四面体
T通常指Si, Al, P原子, 有时指B，Ga，Be
基本结构单元是笼 （方钠石笼）
表面由6个四元环和8个六元环围成的，称为[4668]笼。
笼的平均孔径：6.6 Å,
孔穴内有效体积：160
Å3 17
A型沸石结构类似于氯化钠晶体结构。笼和立方体 笼间隔联结起来，得到A型沸石晶体结构。 8个笼 连接后，当中形成一笼，它是A型沸石的主晶穴。
A型沸石的线状连接图
15
1. A型沸石LTA水热合成
Na12[(AlO2)12(SiO2)12]· 27H2O
13.5g
铝酸钠 加300mL H2O溶解
第五讲 多孔材料和层状材料
通过控制孔道尺寸和形状来得到特殊分子筛性质的多孔材料沸石的微孔将反应物的尺寸限制在约10以下即使通过孔道修饰与改性也受到原来孔径尺寸的限制而难以改变孔径大小为250nm范围内的介孔材料的出现为这些努力提供了可能
第五讲 多孔材料和层状材料
无机化学新材料领域中，孔道材料及层状 材料是具有理论和实际应用价值的一类材料， 在国防、生产和生活多领域得到应用。本讲简 要介绍多孔材料及插层化学等基本知识。
分子筛转பைடு நூலகம்机理：
一.固相转化机理
一.液相转化机理
合成途径：起初发现天然沸石存在于地下火山孔洞中， 从而初期的合成沸石都是模拟地质上生成沸石的环境，采用 高温水热技术。 后来发现地表处也存在天然沸石，而采用低温水热合成 技术（25－150º C）。 1954年末，A型分子筛和X型分子筛开始工业化，一系列 低硅铝比（Si/Al=2.5)的人工合成沸石如NaY等合成及应用。 1959年我国合成了A型分子筛和X型分子筛，随后合成了 Y型分子筛，目前主要用于石油炼制和石油化工中吸附和催化 材料。 优点：纯度高，孔径的均匀性和离子交换性好，应用范 围广，天然沸石具有价格优势。
●
从十二元环微孔到超大微孔
1988 年 , Davis M E 等 十 八 元 环 园 形 孔 口 磷 酸 铝 VPI-5 （12.7Å×12.7Å), (H2O)42[Al18P18O72]，从此出现了超大微孔的概念。 大多为微孔金属磷酸盐且为一微孔道结构。 结构特点： 骨架结构由不同的配位态金属等基本结构单元组成，如[AlO4] 等； 骨架中具有未饱和交联的P=O,P-OH,Al-OH等端基结构； 由于这类结构易于在多胺基、长链和较大分子的结构导向剂存 在下生成，有时还需在F-离子体系中生成，因而骨架中常存在F-，其 次结构中的非键合作用往往与结构导向剂分子相连接。 应用： 大分子催化的研究加快，也使以具有超大微孔结构化合物为主 体的主－客体化学及相应先进材料的研究与应用加快。
第五讲 多孔材料和层状材料
无机化学新材料领域中，孔道材料及层状 材料是具有理论和实际应用价值的一类材料， 在国防、生产和生活多领域得到应用。本讲简 要介绍多孔材料及插层化学等基本知识。
分子筛转பைடு நூலகம்机理：
一.固相转化机理
一.液相转化机理
合成途径：起初发现天然沸石存在于地下火山孔洞中， 从而初期的合成沸石都是模拟地质上生成沸石的环境，采用 高温水热技术。 后来发现地表处也存在天然沸石，而采用低温水热合成 技术（25－150º C）。 1954年末，A型分子筛和X型分子筛开始工业化，一系列 低硅铝比（Si/Al=2.5)的人工合成沸石如NaY等合成及应用。 1959年我国合成了A型分子筛和X型分子筛，随后合成了 Y型分子筛，目前主要用于石油炼制和石油化工中吸附和催化 材料。 优点：纯度高，孔径的均匀性和离子交换性好，应用范 围广，天然沸石具有价格优势。
●
从十二元环微孔到超大微孔
1988 年 , Davis M E 等 十 八 元 环 园 形 孔 口 磷 酸 铝 VPI-5 （12.7Å×12.7Å), (H2O)42[Al18P18O72]，从此出现了超大微孔的概念。 大多为微孔金属磷酸盐且为一微孔道结构。 结构特点： 骨架结构由不同的配位态金属等基本结构单元组成，如[AlO4] 等； 骨架中具有未饱和交联的P=O,P-OH,Al-OH等端基结构； 由于这类结构易于在多胺基、长链和较大分子的结构导向剂存 在下生成，有时还需在F-离子体系中生成，因而骨架中常存在F-，其 次结构中的非键合作用往往与结构导向剂分子相连接。 应用： 大分子催化的研究加快，也使以具有超大微孔结构化合物为主 体的主－客体化学及相应先进材料的研究与应用加快。
多孔材料精品PPT课件
Ⅰ、二维蜂窝材料 Ⅱ、三维开孔泡沫材料 Ⅲ、三维闭孔泡沫材料
多孔材料的基本参量表征
多孔材料是由固相和通过固相形成的孔隙所组成 的复合体，它区别于普通密实固体材料的最显著 特点是具有有用的孔隙。
多孔材料最基本的参量是直接表征其孔隙性状的 指标，如孔率 、孔径、比表面积等。另外多孔 材料的性能也在很大程度上依赖于孔隙形貌、孔 隙尺寸及其分布。
D L /(0.785)2 L / 0.616
气泡法
气泡法是利用对通孔 2r cos r 2 p
材料具有良好浸润性 的液体浸渍多孔样品， 使之充满开孔隙空间， 然后以气体将连通孔 中的液体推出，依据 所用气体压力来计算 孔径值。
气体吸附法
在恒温下，将作为吸附质
的气体分压从0.01-1atm逐
多孔材料的类型
多孔材料的相对孔隙含量（即孔率，又称孔隙率 或孔隙度）是变化的。
根据孔径尺寸在2nm以下的称为微孔，2nm-50nm为 介孔，而在50nm以上的称为大孔。也可根据材料 分为多孔金属、多孔陶瓷、多孔塑料等。
另外根据孔率大小也可分为中低孔率材料和高孔 率材料，前者多为封闭型，后者则会呈现三种类 型：蜂窝材料、开孔泡沫材料、闭孔泡沫材料。
根据BET多层吸附模型，吸附量与吸附质气体分压 之间满足如下关系：多层吸附模型，吸附量与吸附
质气X体 p分0p压之p间 满足X如1M下C关系XC：MC1pp0
流体透过法
透过法是通过测量流体透过多孔体的阻力来测算比 表面积的一种方法，其中用的较多的是气体。
在层流条件下，将多孔材料中的孔道视为毛细管通 过理论推导及实验可得出比表面积公式：
密度与对应致密材质密度的比值：
(1
r ) 100%
(1
第01章 多孔材料概述-1
2 简述多孔材料的分类方法，详述按照孔隙尺寸 如何划分多孔材料？
• 人类师法自然，制备了一系列人工多孔材料。
几类典型的多孔材料
多孔陶瓷
泡沫塑料
多孔金属
第一章 综述
1.1 多孔材料的概念 1.2 多孔材料的类型
• 1.1 多孔材料的概念
•
顾名思义，多孔材料是一类包含大量孔隙的固体材料，
这种多孔固体材料主要由形成材料本身基本构架的连续相和
形成空隙的流体相所组成，其中流体相又可随孔隙中所含介
⑥ 硅藻土质材料 主要以精选硅藻土为原料，加粘土烧 结而成，用于精滤水和酸性介质；
⑦ 炭质材料 以低灰分煤或石油沥青焦颗粒为原料，或 加入部分石墨，用稀焦油粘结烧制而成，用于耐水、冷热强 酸、冷热强碱介质以及空气的消毒和过滤等；
⑧ 塑料泡沫 ⑨ 多孔金属 ⑩ 复合材质
思考题
• 1 什么是多孔材料，它必须具备哪些要素？ •
SBA-15介孔分子筛
宏孔材料
1.2.3 按照获取分类
按照获取方式的不同，多孔材料又可分为天然多孔体和人 造多孔体两种。
天然多孔材料的存在是十分普遍的，例如动物和人类用来 支撑躯体的骨骼，沸石、天然的分子筛等。
人造的多孔体可分为多孔陶瓷、多孔炭、多孔膜、气凝胶、 合成分子筛等，？？？？。
人体骨骼
率材料和高孔隙率材料，前者的孔隙多为封闭型，其中孔
隙的行为类似于致密材料中的夹杂相；
•
后者则随孔隙形态和连续固体形态而呈现出三种形式
(见图1.1)。
•
第一种形式为连续固体作多边形二维排列，其中孔隙
相应地呈柱状分割的存在，类似于蜜蜂的六边形巢穴，因
而可将这种多孔材料称为“蜂窝材料”。
图1.1－a 蜂窝材料
• 人类师法自然，制备了一系列人工多孔材料。
几类典型的多孔材料
多孔陶瓷
泡沫塑料
多孔金属
第一章 综述
1.1 多孔材料的概念 1.2 多孔材料的类型
• 1.1 多孔材料的概念
•
顾名思义，多孔材料是一类包含大量孔隙的固体材料，
这种多孔固体材料主要由形成材料本身基本构架的连续相和
形成空隙的流体相所组成，其中流体相又可随孔隙中所含介
⑥ 硅藻土质材料 主要以精选硅藻土为原料，加粘土烧 结而成，用于精滤水和酸性介质；
⑦ 炭质材料 以低灰分煤或石油沥青焦颗粒为原料，或 加入部分石墨，用稀焦油粘结烧制而成，用于耐水、冷热强 酸、冷热强碱介质以及空气的消毒和过滤等；
⑧ 塑料泡沫 ⑨ 多孔金属 ⑩ 复合材质
思考题
• 1 什么是多孔材料，它必须具备哪些要素？ •
SBA-15介孔分子筛
宏孔材料
1.2.3 按照获取分类
按照获取方式的不同，多孔材料又可分为天然多孔体和人 造多孔体两种。
天然多孔材料的存在是十分普遍的，例如动物和人类用来 支撑躯体的骨骼，沸石、天然的分子筛等。
人造的多孔体可分为多孔陶瓷、多孔炭、多孔膜、气凝胶、 合成分子筛等，？？？？。
人体骨骼
率材料和高孔隙率材料，前者的孔隙多为封闭型，其中孔
隙的行为类似于致密材料中的夹杂相；
•
后者则随孔隙形态和连续固体形态而呈现出三种形式
(见图1.1)。
•
第一种形式为连续固体作多边形二维排列，其中孔隙
相应地呈柱状分割的存在，类似于蜜蜂的六边形巢穴，因
而可将这种多孔材料称为“蜂窝材料”。
图1.1－a 蜂窝材料
多孔与介孔材料(课堂PPT)
曲线特征。
25
毛细凝聚理论与Kelvin方程
Kelvin方程 BJH法确定中孔孔径分布 Kelvin方程对4型和5型等温线的解释 吸附滞后现象（自学）
3
吸附基础
❖ 吸附概念
当气体或者液体与某些固体接触时，气体或者液体分子会积聚在固体表面 上，这种现象称为吸附。
吸附是指当流体与多孔固体接触时， 流体中某一组分或多个组分在固体表 面处产生积蓄的现象。
11
吸附基础
❖ 气凝胶材料测试结果
气凝胶结构特征：纳米尺度颗粒 （5-30nm）在三维空间无序堆积而 成的具有三维纳米通孔结构特征的 多孔材料。
Pore Volume (cm3/g•nm)
Quantity Adsorbed (cm3/g)
200016001来自00800400
0
0.0
0.2
0.4
0.6
实际应用的不足 ❖ 能够较好解释2型，3型吸附，但不能解释4型、5型吸附 ❖ 定量解释不够准确，半定量或者定性地解释
19
毛细凝聚理论与Kelvin方程
❖ 毛细凝聚理论
毛细凝聚现象定义：在一个毛细孔中，因吸附作用形成一个凹液面，与该液面成平 衡的蒸汽压P必须小于同温度下平整液面的饱和蒸汽压P0。毛细孔直径越小，凹液面 的曲率半径越小，蒸汽压越低。
子所吸引，如水以及其他含氢化合物中，如乙醇，DNA等
8
吸附基础
范德华键：
键能小，弱键(Secondary force)
化学键：
金属键、共价键与离子键 键能大，强健。
键合类型 Bond type 离子键 共价键 金属键
范德华键
键能（Kcal/mol） Binding energy
150-370 125-300 25-200
25
毛细凝聚理论与Kelvin方程
Kelvin方程 BJH法确定中孔孔径分布 Kelvin方程对4型和5型等温线的解释 吸附滞后现象（自学）
3
吸附基础
❖ 吸附概念
当气体或者液体与某些固体接触时，气体或者液体分子会积聚在固体表面 上，这种现象称为吸附。
吸附是指当流体与多孔固体接触时， 流体中某一组分或多个组分在固体表 面处产生积蓄的现象。
11
吸附基础
❖ 气凝胶材料测试结果
气凝胶结构特征：纳米尺度颗粒 （5-30nm）在三维空间无序堆积而 成的具有三维纳米通孔结构特征的 多孔材料。
Pore Volume (cm3/g•nm)
Quantity Adsorbed (cm3/g)
200016001来自00800400
0
0.0
0.2
0.4
0.6
实际应用的不足 ❖ 能够较好解释2型，3型吸附，但不能解释4型、5型吸附 ❖ 定量解释不够准确，半定量或者定性地解释
19
毛细凝聚理论与Kelvin方程
❖ 毛细凝聚理论
毛细凝聚现象定义：在一个毛细孔中，因吸附作用形成一个凹液面，与该液面成平 衡的蒸汽压P必须小于同温度下平整液面的饱和蒸汽压P0。毛细孔直径越小，凹液面 的曲率半径越小，蒸汽压越低。
子所吸引，如水以及其他含氢化合物中，如乙醇，DNA等
8
吸附基础
范德华键：
键能小，弱键(Secondary force)
化学键：
金属键、共价键与离子键 键能大，强健。
键合类型 Bond type 离子键 共价键 金属键
范德华键
键能（Kcal/mol） Binding energy
150-370 125-300 25-200
多孔吸声材料材料(共18张PPT)
开孔泡沫材料：现在提出了把旋转发泡法和颗粒浸出法结合
起来的方法, 可以通过控制颗粒的形状尺寸, 来控制孔隙率和孔形状, 能够制得孔隙率为0.9 的高孔率材料, 由于开孔泡沫材料具有复杂的
渠
道结构以及表面粗糙的内
部空隙, 导致其具有较高 流阻, 所以开孔泡沫铝的
整体吸声性能要比闭孔 的好的多。
开孔泡沫铝宏观照片
hole size
3 影响吸声材料的因素
3.4 厚度的影响
--多孔材料厚度增大时, 各个频段的吸声性能都有所增高, 这是因为 多孔材料厚度增大时, 孔隙通道延长, 进人孔隙中的声波经多次能 量损失之后, 才可以穿过多孔材料而到达其另一侧。
吸声系数与材料厚度的关系
Realtionship between sound-absorption coefficient and
根据疏松多孔的材料对声音的这种特性， 人们制造出了吸声 材料，即多孔吸声材料。
多孔吸声材料必须具有大量微孔，且微孔必须通到材料制品表面 ，使空气能够自由进入，才能达到吸声效果。
2 吸声材料的分类
吸声机理
共振吸声结构的材料 多孔吸声结构的材料
2 吸声材料的分类
2.1 共振吸声结构材料
—— 结构特性：为亥姆霍兹共鸣器式结构, 它是利用 入射声
波在结构内产生共振, 从而使大量能量耗逸。利用了共振原理, 因而 吸声的频带较窄。
2.2 多孔吸声结构材料
——结构特征：材料内部具有大量互相连通的微孔或间隙, 而
且孔隙细小且在材料内部均匀分布。
2 吸声材料的分类
2.2 多孔吸声材料
——吸声机理：当声波入射到材料表面时, 一部分
在材料表面反射, 另一部分则透人到材料内部向前传 播, 在传播过程中, 引起孔隙中的空气运动, 与形成孔壁 的固体孔筋或孔壁发生摩擦, 由于粘滞性和热传导效应,
起来的方法, 可以通过控制颗粒的形状尺寸, 来控制孔隙率和孔形状, 能够制得孔隙率为0.9 的高孔率材料, 由于开孔泡沫材料具有复杂的
渠
道结构以及表面粗糙的内
部空隙, 导致其具有较高 流阻, 所以开孔泡沫铝的
整体吸声性能要比闭孔 的好的多。
开孔泡沫铝宏观照片
hole size
3 影响吸声材料的因素
3.4 厚度的影响
--多孔材料厚度增大时, 各个频段的吸声性能都有所增高, 这是因为 多孔材料厚度增大时, 孔隙通道延长, 进人孔隙中的声波经多次能 量损失之后, 才可以穿过多孔材料而到达其另一侧。
吸声系数与材料厚度的关系
Realtionship between sound-absorption coefficient and
根据疏松多孔的材料对声音的这种特性， 人们制造出了吸声 材料，即多孔吸声材料。
多孔吸声材料必须具有大量微孔，且微孔必须通到材料制品表面 ，使空气能够自由进入，才能达到吸声效果。
2 吸声材料的分类
吸声机理
共振吸声结构的材料 多孔吸声结构的材料
2 吸声材料的分类
2.1 共振吸声结构材料
—— 结构特性：为亥姆霍兹共鸣器式结构, 它是利用 入射声
波在结构内产生共振, 从而使大量能量耗逸。利用了共振原理, 因而 吸声的频带较窄。
2.2 多孔吸声结构材料
——结构特征：材料内部具有大量互相连通的微孔或间隙, 而
且孔隙细小且在材料内部均匀分布。
2 吸声材料的分类
2.2 多孔吸声材料
——吸声机理：当声波入射到材料表面时, 一部分
在材料表面反射, 另一部分则透人到材料内部向前传 播, 在传播过程中, 引起孔隙中的空气运动, 与形成孔壁 的固体孔筋或孔壁发生摩擦, 由于粘滞性和热传导效应,
多孔陶瓷 ppt课件
9
多孔陶瓷
10
多孔陶瓷
3.1多孔陶瓷材料的工艺 3.2多孔陶瓷材料的制备方法
11
多孔陶瓷
• 3.1.1 • 3.1.2 • 3.1.3 • 3.1.4 • 3.1.5 • 3.1.6 • 3.1.7 • 3.1.8 • 3.1.9
挤压成形工艺 有机(聚合物)泡沫浸渍工艺 发泡工艺 添加造孔剂工艺 固态烧结工艺 溶胶-凝胶工艺 冷冻干燥工艺 多孔陶瓷水热-热静压工艺 快速自动成形工艺
Mg 0.02 0.02 0.018 0.017
Fe 0.08 0.10 0.09 0.09
由表中数据可见，泡沫陶瓷过滤净化工艺 对合金材料的化学成分没有污染作用。
30
用陶瓷多孔管作尘埃阻滤元件,可测定 1000℃高温烟气中0.5um以上的尘埃；
利用碳化硅制成的孔径约40um的多孔 陶瓷可用于核电站中低放射性废弃物燃烧 处理时的过滤；
3.1.6 溶胶-凝胶工艺
溶胶-凝胶工艺主要利用凝胶化过程中胶体 粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下 小气孔,形成可控多孔结构。
3.1.7 冷冻干燥工艺 冷冻干燥法全名为真空冷冻干燥法,该
技术由英国人Wollaston于1813年发明。 冷冻干燥的机理就是将需干燥的物料在低 温下先行冻结至其共晶点以下,使物料中的 水分变成固态的冰,然后在适当的真空环境 下,通过加热使冰直接升华为水蒸汽而除去, 从而获得干燥的制品。
16
3.1.8 多孔陶瓷水热-热静压工艺
该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔 径多孔陶瓷。其简单制备步骤为:硅凝胶和10%(质 量百分数)的水混合,置于高压釜中(压力10~15MPa, 温度300℃),通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。 水热-热静压工艺中,反应时间一般为10~180 min。 在25MPa下处理60 min,制得的多孔陶瓷材料体积 密度为0.88 g/c,孔体积为0.59c/g,孔尺寸分布范围为 30~50 nm,抗压强度高达80MPa。多孔陶瓷水热-热 静压工艺具有以下优点:制得的多孔陶瓷材料抗压 强度高、性能稳定、孔径分布范围广。
多孔陶瓷
10
多孔陶瓷
3.1多孔陶瓷材料的工艺 3.2多孔陶瓷材料的制备方法
11
多孔陶瓷
• 3.1.1 • 3.1.2 • 3.1.3 • 3.1.4 • 3.1.5 • 3.1.6 • 3.1.7 • 3.1.8 • 3.1.9
挤压成形工艺 有机(聚合物)泡沫浸渍工艺 发泡工艺 添加造孔剂工艺 固态烧结工艺 溶胶-凝胶工艺 冷冻干燥工艺 多孔陶瓷水热-热静压工艺 快速自动成形工艺
Mg 0.02 0.02 0.018 0.017
Fe 0.08 0.10 0.09 0.09
由表中数据可见，泡沫陶瓷过滤净化工艺 对合金材料的化学成分没有污染作用。
30
用陶瓷多孔管作尘埃阻滤元件,可测定 1000℃高温烟气中0.5um以上的尘埃；
利用碳化硅制成的孔径约40um的多孔 陶瓷可用于核电站中低放射性废弃物燃烧 处理时的过滤；
3.1.6 溶胶-凝胶工艺
溶胶-凝胶工艺主要利用凝胶化过程中胶体 粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下 小气孔,形成可控多孔结构。
3.1.7 冷冻干燥工艺 冷冻干燥法全名为真空冷冻干燥法,该
技术由英国人Wollaston于1813年发明。 冷冻干燥的机理就是将需干燥的物料在低 温下先行冻结至其共晶点以下,使物料中的 水分变成固态的冰,然后在适当的真空环境 下,通过加热使冰直接升华为水蒸汽而除去, 从而获得干燥的制品。
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3.1.8 多孔陶瓷水热-热静压工艺
该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔 径多孔陶瓷。其简单制备步骤为:硅凝胶和10%(质 量百分数)的水混合,置于高压釜中(压力10~15MPa, 温度300℃),通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。 水热-热静压工艺中,反应时间一般为10~180 min。 在25MPa下处理60 min,制得的多孔陶瓷材料体积 密度为0.88 g/c,孔体积为0.59c/g,孔尺寸分布范围为 30~50 nm,抗压强度高达80MPa。多孔陶瓷水热-热 静压工艺具有以下优点:制得的多孔陶瓷材料抗压 强度高、性能稳定、孔径分布范围广。
多孔陶瓷专题教育课件
44
采用泡沫陶瓷进行过滤净化，不但能有 效清除合金中旳夹杂物和杂质，消除铸造缺 陷，而且可大幅度提升合金旳力学性能。
45
5.2 精过滤技术在其他领域旳应用
①用泡沫陶瓷或蜂窝陶瓷有效地捕获柴 油机尾气中不大于lum旳炭粒；
②精密气动装置或液压装置中利用孔径 约为20um旳陶瓷过滤器，可清除对装置有 害旳微粒；
54
5.6 降低噪声
利用多孔陶瓷旳孔道阻尼作用可使高 速排气管旳排气速度降低。如排气速度降 低1/2，则噪声衰减24dB。
55
5.7 用于布气
孔径为10 ~ 600um旳多孔陶瓷用于化工、冶 炼等过程，可增大气液反应接触面而加速反应。
目前城市废水处理旳活性污泥法中，已使用 了大量多孔陶瓷管或多孔陶瓷板进行布气。
多孔陶瓷
1、概 述 2、表征多孔陶瓷材料特征参数 3、多孔陶瓷旳制备 4、多孔陶瓷旳形成机理 5、多孔陶瓷旳应用
1
1、概 述
多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有 大量彼此相通并与材料表面也相贯穿旳孔道 构造旳陶瓷材料。
多孔陶瓷旳种类诸多，几乎目前研制及 生产旳全部陶瓷均能够经过合适旳工艺制成 多孔体。
23
有机材料在陶瓷料浆注入后能恢复原状 并足以弹回而没有过量旳变形，留下涂覆在 泡沫纤维上旳陶瓷，然后，经干燥、高温烧 结，进而完全烧尽聚合物，最终余下一种内 连开口气孔三维网状骨架和孔隙构造(即泡 沫构造)旳纯粹陶瓷复制品。
24
泡沫陶瓷必须具有适于作为栽体所具 有旳高空隙体积构造，如sotfoam企业提供 旳一种聚氨酯泡沫，具有独特旳十二边内 连气孔晶胞构造，能提供97％旳空隙体积。
42
5.1 在金属熔体过滤净化技术中旳应用
因为泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等多孔陶瓷材 料具有过滤面积大、过滤效率高旳特点， 所以，在金属熔体过滤净化技术中，泡沫 陶瓷作为一种新型高效过滤器，得到人们 旳注重。
采用泡沫陶瓷进行过滤净化，不但能有 效清除合金中旳夹杂物和杂质，消除铸造缺 陷，而且可大幅度提升合金旳力学性能。
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5.2 精过滤技术在其他领域旳应用
①用泡沫陶瓷或蜂窝陶瓷有效地捕获柴 油机尾气中不大于lum旳炭粒；
②精密气动装置或液压装置中利用孔径 约为20um旳陶瓷过滤器，可清除对装置有 害旳微粒；
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5.6 降低噪声
利用多孔陶瓷旳孔道阻尼作用可使高 速排气管旳排气速度降低。如排气速度降 低1/2，则噪声衰减24dB。
55
5.7 用于布气
孔径为10 ~ 600um旳多孔陶瓷用于化工、冶 炼等过程，可增大气液反应接触面而加速反应。
目前城市废水处理旳活性污泥法中，已使用 了大量多孔陶瓷管或多孔陶瓷板进行布气。
多孔陶瓷
1、概 述 2、表征多孔陶瓷材料特征参数 3、多孔陶瓷旳制备 4、多孔陶瓷旳形成机理 5、多孔陶瓷旳应用
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1、概 述
多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有 大量彼此相通并与材料表面也相贯穿旳孔道 构造旳陶瓷材料。
多孔陶瓷旳种类诸多，几乎目前研制及 生产旳全部陶瓷均能够经过合适旳工艺制成 多孔体。
23
有机材料在陶瓷料浆注入后能恢复原状 并足以弹回而没有过量旳变形，留下涂覆在 泡沫纤维上旳陶瓷，然后，经干燥、高温烧 结，进而完全烧尽聚合物，最终余下一种内 连开口气孔三维网状骨架和孔隙构造(即泡 沫构造)旳纯粹陶瓷复制品。
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泡沫陶瓷必须具有适于作为栽体所具 有旳高空隙体积构造，如sotfoam企业提供 旳一种聚氨酯泡沫，具有独特旳十二边内 连气孔晶胞构造，能提供97％旳空隙体积。
42
5.1 在金属熔体过滤净化技术中旳应用
因为泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等多孔陶瓷材 料具有过滤面积大、过滤效率高旳特点， 所以，在金属熔体过滤净化技术中，泡沫 陶瓷作为一种新型高效过滤器，得到人们 旳注重。
第15章-多孔材料的合成化学PPT课件
2021
以上三个例子并不是合成这些沸石的惟 一混合物组成和反应条件，只是希望对沸 石合成有最基本的了解，下一节在生成机 理讨论之后，将对沸石合成的主要影响因 素逐一进行介绍，包括那些在上面例子里 并没有涉及到的合成影响因素。
2021
15.3.2 非硅铝酸盐分子筛的合成
1．分子筛与元素周期表-杂原子取代 2．全硅分子筛与笼合物
（3）另一个大的飞跃是1961年Barrer和Denny首次将有 机季铵盐阳离子引入合成体系，有机阳离子的引入允许合 成高硅铝比沸石甚至全硅分子筛，此后在有机物存在的合 成体系中得到了许多新沸石和分子筛。
2021
2.合成的起始物： 通常沸石合成的起始物是非均相的硅铝
酸盐凝胶，最典型的凝胶是由活性硅源、铝 源、碱和水混合而成。
1. 按其所含的次级结构单元来分类： 常见的结构可划分为以下几组：①双四元环
（D4R）组；②双六元环（D6R）组；③单四元 环(S4R)组；④五元环（5-1）组等。
有时也可按孔径大小分类，分成大孔（≥12元 环）、中孔（10元环）、小孔结构（8和6元环）。
2021
2. 按组成分类：
将沸石和微孔材料分成以下几类：①低 硅沸石；②中硅沸石；③高硅沸石；④全 硅分子筛；⑤全硅笼合物；⑥磷酸铝分子 筛；⑦取代的磷酸铝分子筛；⑧其它磷酸 盐分于筛；⑨微孔二氧化锗及锗酸盐；⑩ 微孔硫化物；11八面体氧化物微孔材料； 12微孔硼铝酸盐；13其它微孔材料。
2021
5. 常用的多孔无机材料制备方法：
①沉淀法，固体颗粒从溶液中沉淀出 来生成有孔材料；②水热晶化法，如沸石 的制备；③热分解方法，通过加热除去可 挥发组分生成多孔材料；④有选择性的溶 解掉部分组分；⑤在制造形体（薄膜、片、 球块等）过程中生成多孔（二次孔）。
以上三个例子并不是合成这些沸石的惟 一混合物组成和反应条件，只是希望对沸 石合成有最基本的了解，下一节在生成机 理讨论之后，将对沸石合成的主要影响因 素逐一进行介绍，包括那些在上面例子里 并没有涉及到的合成影响因素。
2021
15.3.2 非硅铝酸盐分子筛的合成
1．分子筛与元素周期表-杂原子取代 2．全硅分子筛与笼合物
（3）另一个大的飞跃是1961年Barrer和Denny首次将有 机季铵盐阳离子引入合成体系，有机阳离子的引入允许合 成高硅铝比沸石甚至全硅分子筛，此后在有机物存在的合 成体系中得到了许多新沸石和分子筛。
2021
2.合成的起始物： 通常沸石合成的起始物是非均相的硅铝
酸盐凝胶，最典型的凝胶是由活性硅源、铝 源、碱和水混合而成。
1. 按其所含的次级结构单元来分类： 常见的结构可划分为以下几组：①双四元环
（D4R）组；②双六元环（D6R）组；③单四元 环(S4R)组；④五元环（5-1）组等。
有时也可按孔径大小分类，分成大孔（≥12元 环）、中孔（10元环）、小孔结构（8和6元环）。
2021
2. 按组成分类：
将沸石和微孔材料分成以下几类：①低 硅沸石；②中硅沸石；③高硅沸石；④全 硅分子筛；⑤全硅笼合物；⑥磷酸铝分子 筛；⑦取代的磷酸铝分子筛；⑧其它磷酸 盐分于筛；⑨微孔二氧化锗及锗酸盐；⑩ 微孔硫化物；11八面体氧化物微孔材料； 12微孔硼铝酸盐；13其它微孔材料。
2021
5. 常用的多孔无机材料制备方法：
①沉淀法，固体颗粒从溶液中沉淀出 来生成有孔材料；②水热晶化法，如沸石 的制备；③热分解方法，通过加热除去可 挥发组分生成多孔材料；④有选择性的溶 解掉部分组分；⑤在制造形体（薄膜、片、 球块等）过程中生成多孔（二次孔）。
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3． 从力学性能来分：纳米增强陶瓷材料、纳米改 性高分子材料、纳米耐磨及润滑材料、超精细研磨 材料等 4． 从表面活性来分：纳米催化材料、吸附材料、 防污环境材料 5． 以光学性能来分：纳米吸波（隐身）材料、光 过滤材料、光导电材料、感光或发光材料、纳米改 性颜料、抗紫外线材料等。
6． 以电子性能来分：纳米半导体传感器材料、纳 米超纯电子浆料 7． 以性能来分：高密度磁记录介质材料、磁流体、 纳米磁性吸波材料、纳米磁性药物、纳米微晶永磁 或软磁材料、室温磁制冷材料等。 8． 以热学性能来分：纳米热交换材料、低温烧结 材料、低温焊料、特种非平衡合金等 9． 以生物和医用性能来分：纳米药物、纳米骨和 齿修复材料、纳米抗菌材料
5.物理方法制备纳米材料
气相法
真空冷凝法 惰性气体凝聚法
固相法
高能球磨法 搅拌磨法 震动磨法 强变形法 (severe plastic deformation)
化学方法制备纳米材料
- 气相法 -激光法 -等离子法 -裂解法 -氧化法 -水解法 -燃烧法
液相法
-化学沉淀法(均匀沉淀法, 共沉淀法) -水解法(醇盐,卤化物) -溶胶-凝胶法 -水热合成法 -气溶胶法 -微乳液法
4.纳米晶界结构理论
Gleiter的完全无序说。这种假说认为纳米晶粒间 界具有较为开放的结构，原子排列具有随机性， 原子间距较大，原子密度低，既无长程有序，又 无短程有序。 Seagel〔2〕的有序说。有序说认为晶粒间界处含 有短程有序的结构单元，晶粒间界处原子保持一 定的有序度，通过阶梯式移动实现局部能量的最 低状态. 叶恒强、吴希俊[3]的有序无序说。该理论认为纳 米材料晶界结构受晶粒取向和外场作用等一些因 素的限制,在有序和无序之间变化
多孔材料讲座
纳米科技
Outline
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 纳米材料的概念及特点 对纳米米材料的分类 纳米材料的应用 纳米材料的另一面 结束语
1.纳米材料的概念及特点
纳米材料: 在纳米量级(1~100nm)内调控物质 结构制成的具有特异性能的新材料 四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、 表面原子比例大 四大效应: 小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观 量子隧道效应、表面效应
6.纳米材料的分类
纳米材料是纳米科技研究的重点，主要包括： 纳米材料物理、纳米材料制备技术（纳米粉体、 纳米薄膜、纳米非晶晶化材料）、纳米材料的测 试与纳米新材料研制及其应用。根据各种形式分 类： 1． 从材料的结构分：纳米超微粉末、纳米多层薄 膜、纳米结构 2． 从材料的性质分：纳米金属材料、纳米陶瓷材 料、纳米复合高分子材料（纳米塑料、纳米橡胶、 纳米胶粘剂、纳米涂料、纳米纤维）
8.纳米材料的另一面
纳米材料比普通的污染物对人体的影响更大。 这是因为纳米材料体积非常小，同样质量下纳米 颗粒将比微米颗粒的数量多得多，与细胞发生反 应的机会更大，更易引起病变。
• 纳米材料很小，可以几乎不受阻碍地进入细胞，从 而有可能进入人的神经系统，影响人的大脑，导致 一些更严重的疾病和后果。 • 目前，研究人员还不知道如何将纳米材料从人体中 清除，也不知道它们会不会在人体中降解 • 纳米材料还有一个潜在的危险——易爆炸。纳米材 料具有反常特性，原本物质不具有的性能，小颗粒 会具有。原本不导电的物质，在颗粒变小后有可能 导电，有些原来不易燃的物质在纳米尺度下也可能 导致爆炸。
7.纳米材料的应用
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
在陶瓷领域的应用 在微电子学上的应用 在生物工程上的应用 在光电领域的应用 在化工领域的应用 在医学上的应用 在分子组装方面的应用
碳纳米管的分类
纳米电子机械
生物分子发动机
用于光学纤维的纳米管
纳米结构的聚合物
分子电路自组装
纳米材料可通过三种途径进入人体。人们接触纳 米材料污染一般通过下面途径：一、通过呼吸系 统；二、通过皮肤接触；三、其他方式，如食用、 注射之类。纳米材料污染物通过上述途径进入人 体，与体内细胞起反应，会引起发炎、病变等； 污染物在人体组织内停留也可能引起病变，如停 留在肺部的石棉纤维会导致肺部纤维化。
9.结束语
纳米材料是国际材料界当前研究的热点，它使人 类在改造自然方面进人了一个新层次，即从微米 级层次深入到纳米级层次。 鉴于纳米科技是节能、低耗和技术密集型的新科 技，发展纳米科技的投人产出比可能高于其它高 科技项目。因此应在政策、财力、物力和人力上 给于大力支持，让纳米技术尽快实现产业化
纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明 星展现在新材料、能源、信息等各个领域,发挥举 足轻重的作用。
2.对纳米材料的要求
尺寸可控(小于 100 nm) 成分可控 形貌可控 晶型可控 表面物理和化学特性可控 (表面改性和表面包覆)
3.纳米结构单元
团簇(cluster)：几个乃至上千个原子、分子或离子 通过物理和化学结合力组成相对稳定的聚集体（粒 径小于或等于1 nm） eg: C60 buckyball, Fen, CnHm 纳米微粒：颗粒尺寸为纳米量级的超细颗粒，尺度 介于团簇和微粉间 eg: colloid（胶体）用透射电子显微镜能看到的颗粒 人造原子：artificial atoms or quantum dot 纳米管、棒、丝等