[发明专利]一种高氧透量陶瓷透氧膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高氧透量陶瓷透氧膜的制备方法，属于透氧膜制备技术领域。

背景技术

陶瓷透氧膜具有透氧性能。在一定温度下，当陶瓷透氧膜两侧存在氧浓度梯度时，氧会以氧离子的形式通过陶瓷透氧膜体相由高氧分压侧向低氧分压侧传递，同时电子向反方向传递。陶瓷透氧膜的一个重要应用是从空气或是含氧气氛中分离制备纯氧，可以用于航空制氧或其他工业用氧领域。陶瓷透氧膜的另一个重要用途是将制氧与烷烃重整反应结合的膜反应器。既能有效防止烷烃局部过分氧化，又同时减少了纯氧制备环节，大大节约成本。

陶瓷中空纤维膜由于管径小（通常<3mm）、管壁薄（通常<0.5mm）、孔隙率高，机械强度差，比较难以组装成膜组件，限制了它的实际应用。为提高陶瓷中空纤维膜强度，一种方法是采用强度高的透氧膜材料，但强度高往往意味着透氧速率低；另一种方法是减小膜的孔隙率，但这实际上牺牲了膜的结构，同样会大大降低陶瓷膜的透氧速率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前陶瓷透氧膜虽然稳定性高，其氧透量比较低，甚至不可能组装成陶瓷膜系统的问题，本发明首先通过利用稀土废渣中少量的稀土元素，将其在芦苇秸秆中进行改性去杂，随后将其与钛酸正四丁酯及异丙醇铝混合，将稀土元素添加其中，增加膜的稳定性及氧透量，再将其与碳酸锰、氧化铬及氧化钐进行混合压膜，最后将其放置于滤液浸泡，增加膜的选择性，增加抗二氧化碳能力及提高氧透量，本发明制备的陶瓷透氧膜氧透量高，达到5.7～6.2cm³/m²·24h·0.1MPa，同时制备工艺简单，所需成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

（1）称取稀土废渣放入粉碎机中粉碎，按质量比1:2，将其与猪笼草上的捕虫笼放入碾磨机中进行碾磨，随后将所得的碾磨物放入芦苇秸秆内，加入量为每个芦苇秸秆内部容积的86～92％，所述的芦苇秸秆为用清水洗净的距离根部10～15cm处长为20～30cm的芦苇秸秆；

（2）待上述物质添加结束后，使用醋酸纤维薄膜将秸秆两端密封，浸泡在质量分数为10％的双氧水溶液中，浸泡温度设定为35～40℃，浸泡时间为16～20h，待浸泡完成后将秸秆内的混合物取出放入容器中，向其中依次加入质量分数为50％的硝酸溶液和硝酸溶液等体积的混合液，所述混合液为无水乙醇和乙二醇按体积90:1混合而成；

（3）将上述容器中混合物移至20～23KHz超声振荡器中振荡1～2h，再进行减压过滤，收集过滤液，其中2/5备用，3/5过滤液放入容器中，并向容器中加入过滤液质量65～75％的混合物，所述混合物为钛酸正四丁酯和300目异丙醇铝按质量比3:2混合而成；

（4）对上述容器中混合物加热至80～85℃，并以300r/min搅拌50～70min，随后停止加热自然冷却至室温，进行过滤，使用蒸馏水冲洗过滤物3～5次，然后按质量比3:1:2:2，将所得的过滤物、碳酸锰、氧化铬及氧化钐放入混合机中混合均匀；

（5）将上述所得的混合物放入球磨机中球磨10～15h，再将球磨后的混合物放入容器中，按料液比1:3，向其中加入质量分数为60％硝酸溶液，然后再向其中加入球磨后混合物质量5～9％的草酸，搅拌均匀，使用质量分数为30％氨水调节pH为7.5～8.0，随后静置直至无沉淀产生，再进行减压过滤，得过滤物，使用无水乙醇冲洗过滤物3～5次；

（6）将上述用无水乙醇冲洗过后的过滤物放入750℃的马弗炉中烘干3～5h，随后将其取出放入球磨机中进行球磨，过200目筛，将所得的颗粒放入模具中，在300～320MPa下进行冷等静压成型，将所得的成型陶瓷膜放入步骤（3）中备用的2/5过滤液中浸泡10～15min，随后将其取出自然风干，即可得到高氧透量陶瓷透氧膜。

本发明的应用方法：将本发明制备的高氧透量陶瓷透氧膜应用于烷烃氧化脱氢制烯烃或天然气转化成气等领域，经气体渗透仪其膜的透氧性能，在温度为600℃时，其氧透量达到5.7～6.2cm³/m²·24h·0.1MPa。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明制备的陶瓷透氧膜氧透量高，达到5.7～6.2cm³/m²·24h·0.1MPa；

（2）本发明主要是利用芦苇秸秆去改性稀土，再加入一些物质混合而成，所需成本低，制备步骤简单。