專利名稱：一種中空纖維分子篩膜Al₂O₃支撐體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體及制備方法。
背景技術(shù)：
近20多年以來，無機(jī)膜的制備和滲透汽化分離過程的開發(fā)是國(guó)內(nèi)外膜科學(xué)家和工程技術(shù)人員的研究熱點(diǎn)。由于分子篩膜具有優(yōu)良的擇形分離與催化性能，且具有耐高溫、抗化學(xué)侵蝕強(qiáng)等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于目前常見的分子篩膜為了具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，制備過程中所得的膜厚度較大，導(dǎo)致其分離效率達(dá)不到理想狀態(tài)，如何在降低分子篩膜厚度提高其分離效率的前提下同時(shí)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)之一。在具有一定孔洞結(jié)構(gòu)的支撐體上生長(zhǎng)出一個(gè)分子篩膜薄層，不僅可以通過降低膜厚度以提高其分離效率，同時(shí)也可以具備較 好的機(jī)械強(qiáng)度。目前常見的分子篩膜支撐體一般都是平板式，但其有效膜面積十分有限，面積體積比很小，并且密封問題也使得其難以滿足工業(yè)化應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體的制備方法。本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制備的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體，該支撐體具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較大的面積體積比，因此，該支撐體可以用于制備分子篩膜。本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體的制備方法，包括如下步驟(I)采用相轉(zhuǎn)化紡織技術(shù)制備中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體將聚乙烯吡咯烷酮分散劑溶解在N-甲基吡咯烷酮溶劑中，再加入聚醚砜聚合物，攪拌使其完全溶解后，加入Al2O3粉體，攪拌5-24小時(shí)，得到混合均勻的鑄膜液，然后將鑄膜液注入紡織設(shè)備的料罐中，真空脫氣1-5小時(shí)后，在壓強(qiáng)為O-SOOKPa N2驅(qū)動(dòng)下，通過噴絲頭進(jìn)入凝膠槽中，將水作為凝膠液促進(jìn)其凝膠，所得到的中空纖維膜生肝在水中放置2-10天以保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；所述聚乙烯吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和聚醚砜聚合物重量比為I : (30-40): (5-15)，所述Al2O3粉體與以上三者之和的重量比為I :(0. 5-2);(2)將步驟(I)所制備的中空纖維膜剪切后，放在空氣中使其自然干燥，成為兩頭相通的中空纖維膜生肝;(3)將中空纖維膜生肝于1000-1400° C燒結(jié)5-24小時(shí)，同時(shí)通入10-100ml/min
的空氣，使其一步燒結(jié)得到多孔的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體。優(yōu)選地,步驟(I)所述Al2O3粉體為a -Al2O3粉體。優(yōu)選地，步驟(I)所述凝膠液分為內(nèi)凝膠液和外凝膠液，內(nèi)凝膠液為去離子水，夕卜凝膠液為自來水。優(yōu)選地，步驟(2)所述剪切的長(zhǎng)度為3_70cm。
優(yōu)選地，步驟(3)所述燒結(jié)是指將中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝懸掛于管式爐中進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)為本發(fā)明所制備的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體具有較大的單位體積面積比和較高的機(jī)械強(qiáng)度，避免了不必要的機(jī)械破損，而且易組裝成大規(guī)模單元，可以用于二次生長(zhǎng)制備分子篩膜，是未來工業(yè)應(yīng)用中最具潛力和前景的一種膜形態(tài)。


圖I是實(shí)施例I制得的燒結(jié)前的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體外觀形貌照片；圖2是實(shí)施例I制得的燒結(jié)前中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體掃描電鏡分析得到的微觀形貌；圖3是實(shí)施例I制備中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體的操作過程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。實(shí)施例I(I)采用相轉(zhuǎn)化紡織技術(shù)制備中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體將聚乙烯吡咯烷酮分散劑溶解在N-甲基吡咯烷酮溶劑中，再加入聚醚砜聚合物，攪拌使其完全溶解后，加入Al2O3粉體，攪拌5小時(shí)，得到混合均勻的鑄膜液，然后將鑄膜液注入紡織設(shè)備的料罐中，真空脫氣I小時(shí)后，在壓強(qiáng)為OKPa的N2驅(qū)動(dòng)下，通過噴絲頭進(jìn)入凝膠槽中，將水作為內(nèi)、外凝膠液促進(jìn)其凝膠，所得到的中空纖維膜生肝在水中放置2天以保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；所述聚乙烯吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和聚醚砜聚合物重量比為I :30 :5，加入Al2O3粉體與以上三者之和的重量比為I :2 ；(2)將步驟(I)所制備的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝以3cm剪切，放在空氣中使其自然干燥，成為兩頭相通的中空纖維膜生肝;(3)將中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝在管式爐中于1200° C燒結(jié)5小時(shí)，同時(shí)通入10ml/min的空氣，使其一步燒結(jié)成多孔的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體。圖I為燒結(jié)前的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體照片。圖2為燒結(jié)前中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝掃描電鏡分析得到的微觀形貌，從照片可以看出中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝的膜壁具有指紋狀和海綿狀的非對(duì)稱孔結(jié)構(gòu)。圖3是制備中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體的操作過程示意圖。實(shí)施例2(I)采用相轉(zhuǎn)化紡織技術(shù)制備中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體將聚乙烯吡咯烷酮分散劑溶解在N-甲基吡咯烷酮溶劑中，再加入聚醚砜聚合物，攪拌使其完全溶解后，加入Al2O3粉體，攪拌24小時(shí)，得到混合均勻的鑄膜液，然后將鑄膜液注入紡織設(shè)備的料罐中，真空脫氣5小時(shí)后，在壓強(qiáng)為SOOKPa N2驅(qū)動(dòng)下，通過噴絲頭進(jìn)入凝膠槽中，將水作為凝膠液促進(jìn)其凝膠，所得到的中空纖維膜生肝在水中放置10天以保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；所述聚乙烯吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和聚醚砜聚合物重量比為I :40 :15，加入Al2O3粉體與以上三者之和的重量比為2:1;(2)將步驟(I)所制備的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝以70cm剪切，放在空氣中使其自然干燥，成為兩頭相通的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝；(3)將中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝在管式爐中于1200° C燒結(jié)24小時(shí)，同時(shí)通入100ml/min的空氣，使其一步燒結(jié)成多孔的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體。
實(shí)施例3(I)采用相轉(zhuǎn)化紡織技術(shù)制備中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體將聚乙烯吡咯烷酮分散劑溶解在N-甲基吡咯烷酮溶劑中，再加入聚醚砜聚合物，攪拌使其完全溶解后，加入Al2O3粉體，攪拌10小時(shí)，得到混合均勻的鑄膜液，然后將鑄膜液注入紡織設(shè)備的料罐中，真空脫氣2小時(shí)后，在壓強(qiáng)為400KPa N2驅(qū)動(dòng)下，通過噴絲頭進(jìn)入凝膠槽中，將水作為凝膠液促進(jìn)其凝膠，所得到的中空纖維膜生肝在水中放置5天以保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；所述聚乙烯吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和聚醚砜聚合物重量比為I :35 :10，加入Al2O3粉體與以上三者之和的重量比為1:1;(2)將步驟(I)所制備的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝以30cm剪切，放在空氣中使其自然干燥，成為兩頭相通的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝；(3)將中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝在管式爐中于1200° C (或1000° C或1400° C)燒結(jié)10小時(shí)，同時(shí)通入50ml/min的空氣，使其一步燒結(jié)成多孔的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體。表I實(shí)施例f 3制得中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體的孔徑和抗彎強(qiáng)度對(duì)比
實(shí)施例I實(shí)施例2實(shí)施例3(1200° C)
Al2O3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)33%67%50%
孑L徑I. 2 μ mO. 9 μ mI μ m
抗彎強(qiáng)度43MPa58MPa50MPa表2實(shí)施例3制得的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體的孔徑和抗彎強(qiáng)度對(duì)比
燒結(jié)溫度~1000。C ~1200。C ~1400。C
孑L徑I. 3 μ mI μ mO. 9 μ m
抗彎強(qiáng)度40MPa50MPa47MPa表3平板式支撐體與中空纖維支撐體的填充密度對(duì)比
支撐體的類型填充密度(單位體積的膜面積)
平板式支撐體100-400m2/m權(quán)利要求
1.一種中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)采用相轉(zhuǎn)化紡織技術(shù)制備中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體將聚乙烯吡咯烷酮分散劑溶解在N-甲基吡咯烷酮溶劑中，再加入聚醚砜聚合物，攪拌使其完全溶解后，加入Al2O3粉體，攪拌5-24小時(shí)，得到混合均勻的鑄膜液，然后將鑄膜液注入紡織設(shè)備的料罐中，真空脫氣1-5小時(shí)后，在壓強(qiáng)為O-SOOKPa N2驅(qū)動(dòng)下，通過噴絲頭進(jìn)入凝膠槽中，將水作為凝膠液促進(jìn)其凝膠，所得到的中空纖維膜生肝在水中放置2-10天；所述聚乙烯吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和聚醚砜聚合物重量比為I :(30-40): (5-15)，所述Al2O3粉體與以上三者之和的重量比為I :(0. 5-2); (2)將步驟(I)所制備的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝剪切后，放在空氣中使其自然干燥，成為兩頭相通的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝； (3)將中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝于1000-1400°C燒結(jié)5_24小時(shí)，同時(shí)通入.10-100ml/min的空氣，使其一步燒結(jié)得到多孔的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述Al2O3粉體為Ci-Al2O3粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述凝膠液分為內(nèi)凝膠液和外凝膠液，內(nèi)凝膠液為去離子水，外凝膠液為自來水。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述剪切的長(zhǎng)度為3_70cmo
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述燒結(jié)是指將中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生肝懸掛于管式爐中進(jìn)行燒結(jié)。
6.權(quán)利要求I、任意一項(xiàng)方法制備的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體及其制備方法，通過相轉(zhuǎn)化紡織技術(shù)制備中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體生胚，燒結(jié)后得到具有一定孔徑并相當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體，此支撐體可以用于分子篩膜的二次生長(zhǎng)。本發(fā)明所制備的中空纖維分子篩膜Al2O3支撐體具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，避免了不必要的機(jī)械破損，而且易組裝成大規(guī)模單元，可以用于制備分子篩膜，是未來工業(yè)應(yīng)用中最具潛力和前景的一種膜形態(tài)。
文檔編號(hào)B01D69/10GK102861516SQ20121035025
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者王海輝, 魏嫣瑩, 陳旭波, 黃司平 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 廣東光華科技股份有限公司