全貌的局部掃描照片；
[0024]圖3為莫來石陶瓷中空纖維膜斷面局部放大的局部掃描照片；
[0025]圖4為莫來石陶瓷中空纖維膜斷面局部放大的局部掃描照片。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0027]實(shí)施例1:莫來石陶瓷中空纖維膜的制備
[0028]按照如下步驟:制備聚合物溶液，制備陶瓷-聚合物漿料，紡制膜生坯和燒結(jié)處理，制備低成本增強(qiáng)型莫來石陶瓷中空纖維膜，其中:
[0029]I制備聚合物溶液:
[0030]本例有機(jī)聚合物是聚醚砜(PES);溶劑是N-甲基吡咯烷酮;添加劑是聚乙烯吡咯烷酮(PVP);制備聚合物溶液時(shí)各組分的重量組成是:有機(jī)聚合物:溶劑:添加劑=18g: 72g:2g;首先將配量的有機(jī)聚合物和添加劑溶解到有機(jī)溶劑中，濕法球磨混合24h使其完全溶解，制成聚合物溶液；
[0031 ] 2制備陶瓷-聚合物漿料:
[0032]向上述聚合物溶液中加入粒徑分布為0.05?ΙΟμπι平均粒徑為1.8μπι的陶瓷粉體，即粉煤灰和鋁礬土以及燒結(jié)助劑(AlF3和MoO3)的混合物，分別制備固含量為40 %?65 % (質(zhì)量百分含量，下同)的四種鑄膜楽料(分別為40% ,50%，55%和65%的質(zhì)量百分含量，含量太低為40%和50%時(shí)，膜管成型的管型不圓。含量太高為65%，粘度太大，漿料太粘稠，通過氮?dú)鈮毫D不出來，也成不了型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是最優(yōu)固含量55%的SEM)。并經(jīng)球磨混合均勻，連續(xù)攪拌24h以上使固體顆粒充分分散于聚合物溶液，獲得分散均一的紡絲液即鑄膜漿料。其中陶瓷粉體可以一次性加入，也可以分批逐漸加入。
[0033]3制備陶瓷中空纖維膜生坯
[0034]將制備的鑄膜漿料加入紡絲裝置上的漿料罐中，先抽真空0.5?Ih脫除殘余氣泡，然后通芯液(內(nèi)膠凝劑)，最后施加氮?dú)鈮毫?0.2?Ibar)將抽真空后的鑄膜漿料擠入噴絲頭，從噴絲頭擠出的纖維濕膜經(jīng)過O?20cm的干紡程(空氣間隙)浸入外凝固浴(可以是與鑄膜漿料所用的溶劑的極性不同的外凝固液，比如水)進(jìn)行24h以上以保證溶劑與非溶劑交換和相轉(zhuǎn)化過程充分進(jìn)行，膠凝固化形成陶瓷中空纖維膜生坯。
[0035]4制備莫來石陶瓷中空纖維膜
[0036]將所述陶瓷中空纖維膜生坯自然干燥后，置于燒結(jié)氣氛為空氣的高溫爐中?？刂粕郎爻绦?yàn)?°C/min升溫至700°C1_10小時(shí)以除去有機(jī)聚合物等揮發(fā)性物質(zhì)，再以3°C/min升溫至800?1600°C燒結(jié)0.5?5h，最后以5°C/min降至500°C后自然降溫，得到莫來石陶瓷中空纖維膜。
[0037]制成的莫來石陶瓷中空纖維膜，其形貌圖如圖1-4所示。其中圖1是莫來石陶瓷中空纖維膜全貌的照片，圖2是莫來石陶瓷中空纖維膜斷面全貌的局部掃描照片，圖3是莫來石陶瓷中空纖維膜斷面局部放大的局部掃描照片；圖4是圖3的局部放大圖。從圖1及圖2可知莫來石陶瓷中空纖維膜的外徑和壁厚分別為1.8mm和800μπι。從圖3可知其具有內(nèi)外指狀孔包夾海綿孔的“三明治”結(jié)構(gòu)，根據(jù)膜斷面的局部放大圖4可知，莫來石陶瓷中空纖維膜微結(jié)構(gòu)幾乎完全由互鎖莫來石晶須構(gòu)成多孔三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，膜材料斷裂主要是莫來石晶須的斷裂，由于其非常高的機(jī)械強(qiáng)度和模量，因此，整個(gè)莫來石陶瓷中空纖維膜斷裂時(shí)需要吸收很高的開裂能，在高孔隙率的條件下，仍能保持很高的強(qiáng)度，從而使膜的機(jī)械強(qiáng)度(三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度)大幅提高，達(dá)到了85MPa。由孔徑分析數(shù)據(jù)(孔徑分布用孔徑分析儀進(jìn)行測定，測試原理為氣液排除法，滲透介質(zhì)為氮?dú)?，該工藝制成的中空纖維膜的平均孔徑為2.Ιμπι，可直接用作為微濾，或作為超濾膜的底膜。采用純水通量測試裝置測試該實(shí)施例制備的莫來石陶瓷中空纖維膜的純水通量，測試壓力為0.5bar，測得純水通量為5000L.m—2.h—1。
[0038]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種莫來石陶瓷中空纖維膜的制備方法，其特征在于，步驟為， 聚合物溶液配制:將有機(jī)聚合物和添加劑溶解到溶劑中，濕法球磨混合使其完全溶解，制成聚合物溶液； 制備陶瓷-聚合物漿料:向所述聚合物溶液中加入陶瓷粉體，分別制備固含量為40?65質(zhì)量％的鑄膜漿料，優(yōu)選55質(zhì)量％的鑄膜漿料;并經(jīng)球磨混合均勻，連續(xù)攪拌使固體顆粒充分分散于聚合物溶液，獲得分散均一的紡絲液即鑄膜漿料； 制備陶瓷中空纖維膜生坯:將所述鑄膜漿料加入紡絲裝置上的漿料罐中，先抽真空脫除殘余氣泡，然后通芯液，最后施加氮?dú)鈮毫⒊檎婵蘸蟮蔫T膜漿料擠入噴絲頭，從噴絲頭擠出的纖維濕膜經(jīng)過O?20cm的干紡程浸入外凝固浴進(jìn)行24h以上膠凝固化形成陶瓷中空纖維膜生坯，以保證溶劑與非溶劑交換和相轉(zhuǎn)化過程充分進(jìn)行； 制備莫來石陶瓷中空纖維膜:所述陶瓷中空纖維膜生坯自然干燥后，置于燒結(jié)氣氛為空氣的高溫爐中；升溫至700°C以除去揮發(fā)性物質(zhì)，再升溫至800?1600°C燒結(jié)，最后降至500°C后自然降溫，得到莫來石陶瓷中空纖維膜。2.權(quán)利要求1所述莫來石陶瓷中空纖維膜的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)聚合物:溶劑:添加劑的重量比為18:72: 2。3.權(quán)利要求1所述莫來石陶瓷中空纖維膜的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)聚合物是聚醚砜;所述溶劑是N-甲基吡咯烷酮;所述添加劑是聚乙烯吡咯烷酮。4.權(quán)利要求1所述莫來石陶瓷中空纖維膜的制備方法，其特征在于，所述制備陶瓷-聚合物漿料步驟中，陶瓷粉體可以一次性加入，也可以分批逐漸加入到所述聚合物溶液中； 任選的，所述鑄膜漿料的固含量為40?65質(zhì)量％;更優(yōu)選的，所述鑄膜漿料的固含量為55質(zhì)量％。5.權(quán)利要求1所述莫來石陶瓷中空纖維膜的制備方法，其特征在于，所述制備陶瓷中空纖維膜生坯步驟為，將所述鑄膜漿料加入紡絲裝置上的漿料罐中，先抽真空0.5?Ih脫除殘余氣泡，然后通內(nèi)膠凝劑，最后施加氮?dú)鈮毫?.2?Ibar，將抽真空后的鑄膜漿料擠入噴絲頭，從噴絲頭擠出的纖維濕膜經(jīng)過O?20cm的干紡程浸入外凝固浴進(jìn)行24h以上膠凝固化形成陶瓷中空纖維生坯，以保證溶劑與非溶劑交換和相轉(zhuǎn)化過程充分進(jìn)行。6.權(quán)利要求1所述莫來石陶瓷中空纖維膜的制備方法，其特征在于，所述制備莫來石陶瓷中空纖維膜步驟為，所述陶瓷中空纖維膜生坯在水中將殘余有機(jī)溶劑置換出來，再將陶瓷中空纖維膜生坯自然干燥后，置于燒結(jié)氣氛為空氣的高溫爐中；控制升溫程序?yàn)?°C/11^11，升溫至700°(31?10小時(shí)以除去揮發(fā)性物質(zhì)，再以3°(3/1^11升溫至800-1600°(3燒結(jié)0.5?5h，最后以5°C/min降至500°C后自然降溫，得到莫來石陶瓷中空纖維膜。7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的莫來石陶瓷中空纖維膜。8.權(quán)利要求7所述莫來石陶瓷中空纖維膜用于微濾或超濾膜的底膜或用作膜反應(yīng)器中催化劑的載體的用途。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種莫來石陶瓷中空纖維膜及其制備方法。陶瓷粉體加入到由有機(jī)聚合物、添加劑和溶劑制成的聚合物溶液中制備鑄膜漿料；攪拌獲得分散均一的鑄膜漿料；將其加入到紡絲裝置上的漿料罐中，抽真空，通芯液，加氮?dú)鈮毫⒊檎婵蘸蟮蔫T膜漿料擠入噴絲頭，從噴絲頭擠出的纖維濕膜經(jīng)過0～20cm的干紡程浸入外凝固浴膠凝固化形成陶瓷中空纖維膜生坯，自然干燥后置于高溫爐中；升溫至700℃除去有機(jī)聚合物，再升溫至800～1600℃燒結(jié)，再降至500℃后自然降溫即得。制得的莫來石陶瓷中空纖維膜成品高強(qiáng)度、高孔隙率且水通量大，可直接用于微濾或超濾膜的底膜或膜反應(yīng)器中催化劑的載體。環(huán)保，成本低，可大規(guī)模工業(yè)化。
【IPC分類】B01D67/00, B01J32/00, B01D69/08, B01D61/14, B01D71/02
【公開號】CN105536559
【申請?zhí)枴緾N201511002471
【發(fā)明人】董應(yīng)超, 朱麗, 徐壘
【申請人】中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月28日