[发明专利]一种莫来石陶瓷中空纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机膜制备领域，尤其涉及一种莫来石陶瓷中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

陶瓷膜是一种用陶瓷材料制成的具有选择性分离作用的隔膜，它具有化学稳定性好， 抗生物污染，耐高温，分离效率高，易再生，使用寿命长等优点。现已广泛应用到环境领 域、制药工程、生物工程、化学工业、纺织印染工业。目前，已商品化的陶瓷膜主要为管 式和多通道构型膜，具有安装方便、易维护和过滤效率高等优点，但此类陶瓷膜的通常是 由单层或多层膜材料涂覆到支撑体上形成的非对称结构。制备的每一步都需要进行高温处 理，且膜层涂覆所需控制的参数较多，工艺繁琐，生产周期较长，成本较高，成品质量无 法保证。近年来，人们开发了相转化-烧结技术制备陶瓷中空纤维膜的新技术。此种方法能 够实现一步成型制备非对称结构陶瓷膜。其主要特征是几何尺寸小(内径40～500μm，壁 厚50～100μm)，具有自支撑结构，较突出的优点是装填密度极高，达1500～30000m²·m^-3； 且具有有效膜面积大、有效膜厚度小、分离效率高等优势。目前文献报道的中空纤维陶瓷 膜多以单一组分的氧化物为原料(如Al₂O₃、TiO₂和ZrO₂等)。商业化的多孔陶瓷膜更 是多以氧化铝(α-Al₂O₃≥99wt.％)为主要原材料，原料价格昂贵，烧结温度高等原因导 致这些陶瓷膜制备成本较高。另一方面氧化物膜在高孔隙率下膜的强度也不高，对于高通 量陶瓷中空纤维膜而言，目前主要存在的问题是机械强度差(Smidetal，J.Membr.Sci.1996， 112，85；Sunetal，J.Membr.Sci.2006，278，162)。随着中空纤维膜应用领域扩大，其低强 度、易脆性膜在组装时易折断，不易封装等问题日益凸显，这是由膜的形态结构所导致的。 因此寻求价格低廉的陶瓷膜原料和降低烧结温度是降低陶瓷膜生产成本的努力方向。提高 陶瓷中空纤维膜的力学性能是实现其工业化应用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种环保、原料价格低廉、烧结温度低、能耗低的制备方法得到 高强度、高孔隙率、水通量大、可直接用于微滤或作为超滤膜的底膜或膜反应器中催化剂 的载体的莫来石陶瓷中空纤维膜。

为实现上述目的，本发明提供一种莫来石陶瓷中空纤维膜的制备方法，其特征在于， 步骤为，

聚合物溶液配制：将有机聚合物和添加剂溶解到溶剂中，湿法球磨混合使其完全溶解， 制成聚合物溶液；

制备陶瓷-聚合物浆料：向所述聚合物溶液中加入陶瓷粉体，分别制备固含量为40～65 质量％的铸膜浆料，优选55质量％的铸膜浆料；并经球磨混合均匀，连续搅拌使固体颗粒 充分分散于聚合物溶液，获得分散均一的纺丝液即铸膜浆料；

制备陶瓷中空纤维膜生坯：将所述铸膜浆料加入纺丝装置上的浆料罐中，先抽真空脱 除残余气泡，然后通芯液，最后施加氮气压力将抽真空后的铸膜浆料挤入喷丝头，从喷丝 头挤出的纤维湿膜经过0～20cm的干纺程浸入外凝固浴进行24h以上胶凝固化形成陶瓷中 空纤维膜生坯，以保证溶剂与非溶剂交换和相转化过程充分进行；

制备莫来石陶瓷中空纤维膜：所述陶瓷中空纤维膜生坯自然干燥后，置于烧结气氛为 空气的高温炉中；升温至700℃以除去有机聚合物等挥发性物质，再升温至800～1600℃ 烧结，最后降至500℃后自然降温，得到莫来石陶瓷中空纤维膜。

进一步，所述有机聚合物：溶剂：添加剂的重量比为18:72:2。

进一步，所述有机聚合物是聚醚砜；所述溶剂是N-甲基吡咯烷酮；所述添加剂是聚乙 烯吡咯烷酮。

进一步，所述制备陶瓷-聚合物浆料步骤中，陶瓷粉体可以一次性加入，也可以分批逐 渐加入到所述聚合物溶液中；

任选的，所述铸膜浆料的固含量为40～65质量％；更优选的，所述铸膜浆料的固含量 为55质量％。