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中空纤维膜的制备方法

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-05-11 0:12:43 * 浏览: 6
背景技术中空纤维膜是具有高堆积密度和良好渗透性的自支撑不对称膜,并且制备过程简单,可以显着减少膜设备的体积和生产成本。无机陶瓷中空纤维膜由于其高温,高压和强耐腐蚀性而受到广泛关注。但是,这种膜材料还具有强度低,韧性差,易断裂的问题,这限制了中空纤维膜的工业应用过程。与较早开发的有机膜和传统的陇南无机陶瓷膜相比,多孔金属膜具有机械强度高,韧性好,耐高压,易焊接和密封,热稳定性好等优点。片状和管状是多孔金属膜的最常见形式。管状膜具有良好的商业应用,但是管状膜仍然具有某些缺陷,例如低的堆积密度和较低的分离效率,从而导致分离设备。投资成本大大增加,而且膜壁更厚,膜通量更低。因此,多孔金属中空纤维膜的制备和研究不仅具有中空纤维膜的优点,而且可以有效解决陶瓷材料的脆性问题。不锈钢膜是相对成熟的多孔金属膜材料。 GKN,Mott,Pall等公司是不锈钢管膜的相对知名的供应商。然而,关于不锈钢中空纤维膜的研究很少。申请号为200910184917.0的中国专利公开了一种金属陶瓷复合纤维膜管的制备方法。为了解决陶瓷纤维膜难以密封的问题,提出了在还原气氛中或通过真空烧结通过相转化法制备不锈钢氧化铝复合纤维膜的方法。该方法中使用的粉末是金属粉末和陶瓷粉末的混合物,以获得陶瓷和金属的特性,但是粉末烧结的合适条件取决于粉末的特性。不同类型的粉末具有不同的颗粒熔点。因此,在选择烧结条件时不可避免地会彼此看不见。钛铝合金膜也是具有巨大潜力的金属膜。钛铝多孔材料兼具钛铝和泡沫材料的特性,因此钛铝多孔材料仍可在极其苛刻的条件下使用。目前,对该材料的研究仅限于片状膜和管状膜。申请号为200410003039.5的中国专利公开了一种通过粉末反应合成制备钛铝金属间化合物的方法,该方法是通过压缩成型和冷等静压成型而形成的。方法将粉末制成薄片和管坯,通过低温预反应和高温短时反应烧结制备钛铝合金膜。该方法的制备过程复杂,操作条件难以控制,并且获得了具有低填充密度的管状膜。 。因此,改变制备工艺,优化操作条件,制备性能更好的钛铝合金中空纤维膜是很有前途的。内容在于提供多孔金属中空纤维膜。本发明的另一个目的是提供一种制备上述多孔金属中空纤维膜的方法,其目的是克服陶瓷中空纤维膜的脆性并在苛刻的系统稳定性下改善多孔中空纤维膜的操作。采用的技术方案如下:多孔金属中空纤维膜,其特征在于:外径为2±0.5mm,壁厚为0.2至0.6mm,孔隙率为15%至45%,以及多孔不锈钢中空纤维膜或多孔钛铝合金中空纤维膜。提供了上述多孔金属中空纤维膜的方法,具体步骤如下:(1)干法/湿法纺丝工艺:1-甲基-2-吡咯烷酮(12wt%-2将5wt%),聚醚砜聚合物(3wt%〜10wt%),聚乙烯吡咯烷酮(O〜3wt%),水(O〜2wt%)均匀混合以形成聚合物溶液,并将金属粉末引入金属粉末中得到0%〜85wt%),搅拌均匀,制成纺丝液,真空消泡后,在气压的作用下,经计量泵和纺丝头挤出,经过一定的气隙进入外部混凝浴,膜丝在内部/外部凝固浴的作用下进行。溶剂与非溶剂的交换,凝固成型,浸泡后自然干燥,(2)烧结过程:将风干的金属生坯在高温下焙烧在大气管式炉中制备多孔金属中空纤维膜。优选地,金属粉末为不锈钢粉末或钛铝合金粉末,粉末的粒径为6-35μm。优选地,使用0.05至0.25MPa的空气或氮气作为驱动空气压力,计量泵的速度为5至25r / min,纺丝液体挤出材料的流速为2至8ml / min。优选地,所述内混浴为去离子水,所述外混浴为自来水,所述内混浴的温度为15-25V,所述内混浴的流量为10-30ml / min。优选地,纺丝空气间隔为0至15cm。纺丝头的内径优选为0.5〜2.5mm,Sibu的直径优选为1.8〜3.0min。高温气氛管式炉的气氛优选为高纯度惰性气体或还原性气体。更优选地,高温大气压管式炉的气氛为氮气,氦气,氘气,二氧化碳或氢气。优选的焙烧过程是:以0.5-3℃/ min的加热速率加热至400-600℃,保持60-120min,然后以0.5-3℃的加热速率加热至1050-1300℃。 / min,保持60〜120min,然后自然冷却。有益效果:原理是通过使用相转化法一步成型来制备金属中空纤维生坯,并且通过高温烧结来制备多孔金属中空纤维膜。与当今制备金属管状膜相比,该方法简单易行,所制备的中空纤维膜性能更好。烧结过程主要是去除有机相中的残留溶剂,热分解有机聚合物,并烧结金属颗粒。空气中金属颗粒的烧结容易被氧化,从而降低了薄膜的强度,因此烧结过程应在保护性气氛下进行。本发明制备的金属中空纤维膜不仅具有中空纤维膜填充密度高,分离效率高的优点,而且机械性能高,可以有效解决陶瓷材料的脆性问题。附图说明图1和图2。图2是实施例1中得到的不锈钢中空多孔膜的照片。图3是实施例1中得到的不锈钢多孔质中空纤维膜的负荷-位移曲线图。图4是在实施例2中获得的多孔不锈钢中空纤维的膜截面的SEM图像:(a)是整个截面,(b)是膜壁。图5是实施例2中得到的多孔不锈钢中空纤维膜的表面的SEM图像。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器