[發明專利]一種金屬-陶瓷復合纖維膜管及其制備方法

無效

• 申請號: 200910184917.0
• 申請日: 2009-10-21
• 公開（公告）號: CN101695633A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 姚華民;劉通;李偉;陳初升;高建峰;楊萍華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/08
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 汪祥虬

技術領域

本發明屬于纖維膜管技術領域，特別涉及金屬-陶瓷復合纖維膜管及其制備方法。

背景技術

現有的膜材料按照構型可分為平板膜、單通道膜管、多通道膜管和纖維膜管。中 國專利申請號200610039324.1提出的一種多通道膜管，與單通道管式膜相比，由于多通 道膜管有多個內孔，從而達到了增大比表面積的效果。但是，無論是多通道膜管還是 單通道膜管，由若干膜管組裝而成的膜組件，其單位體積的有效膜面積或稱為膜組件 填充密度，都遠低于由纖維膜管構成的膜組件所能達到的高填充密度。另外，由于纖 維膜管的直徑小和壁厚薄，還具有使用過程不易出現膜孔堵塞的優點。

美國化學協會《化學進展叢書》(Advances?of?Chemistry?Series，38(1963)117-132) 曾報道了采用相轉換法(phase?inversion?method)來合成非對稱聚合物纖維膜管，這是 一種利用聚合物在不同液體(相對于聚合物分別為溶劑和非溶劑)中溶解度的不同， 當兩種液體進行交換時使聚合物逐漸在表層富集，進而固化形成非對稱聚合物膜管的 方法。相轉換法制備的特征是有手指狀的沿管徑方向的不對稱微孔形成。開始，這種 相轉換法被用作有機纖維膜管的合成手段，但由于有機纖維膜管存在有機膜材料機械 穩定性、化學穩定性和熱穩定性差，膜污染比較嚴重，反沖洗困難，抗微生物能力弱， 使用壽命短的缺憾，20世紀70年代，人們開始使用氧化物陶瓷取代有機物來作為膜管 的制備材料，即使用聚合物作為粘接劑與氧化物陶瓷粉體混合成漿料，再通過相轉換 法制出氧化物陶瓷坯體。荷蘭《膜科學雜志》(Journal?of?Membrane?Science，188(2001) 87-95)報道了一種氧化鋁纖維膜管，采用氧化物陶瓷制備的纖維膜管，其機械穩定性、 化學穩定性和熱穩定性都有很大的提升；但陶瓷本身的不可焊接導致氧化物陶瓷纖維 膜管不易組裝的問題限制了其使用。目前通常還是采用環氧樹脂等有機物來輔助組裝 氧化物陶瓷，這就使其只能在較低溫度的中和環境條件下使用。瑞士《合金與化合物 雜志》(Journal?of?Alloys?and?Compounds，470(2009)461-464)報道了一種多孔或致密的 鎳纖維膜管。但由于金屬本身的特性，其粉體制備較為困難，當用作多孔材料使用時， 其孔徑的調整難度大、孔形狀不均勻；此外，由于金屬的密度較大，在擠出過程中， 易受重力影響導致微孔分布和膜管管壁厚度不均勻。

目前對于金屬-陶瓷復合膜的研究比較少，已見到的文獻僅限于平板致密膜，且 只是采用氧化物陶瓷還原的方法來得到復合膜。英國《核能進展》(Progress?in?Nuclear Energy?49(2007)546-554)報道了一種Ni-YSZ金屬-陶瓷復合電極，但由于使用了復 合凝膠還原法(complexes-gel?reduction?process)，制備工藝相對繁瑣且得到的只是上述 幾種形狀中比表面積最小的平板膜。

發明內容

本發明的目的是提出一種金屬-陶瓷復合纖維膜管及其制備方法，以克服現有陶 瓷膜管組裝困難、不適宜于較高溫度和較苛刻條件使用，以及金屬膜管成型和燒結困 難的問題，并有效提高熱交換性能和氣/液體透過速率。

本發明的金屬-陶瓷復合纖維膜管的制備方法，其特征在于：將質量分數分別為 0.2～1％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、0.7～10％的聚醚砜(PESf)、7～50％的N-甲基-1- 吡咯烷酮(NMP)和50～90％的金屬粉體與陶瓷粉體質量比為3～10∶1的混合物球磨 制成均勻的漿料，漿料粘度為在重力作用下剛好能從噴絲頭自動流出；采用由內外兩 個同心圓管構成的夾層間隙為0.2～2.5mm、內管孔直徑為0.7～5.4mm的噴絲頭出口， 加0.01～0.2MPa壓力使漿料通過噴絲頭的夾層間隙，并加0.005～0.05Mpa壓力使20～ 40℃水和/或乙醇從噴絲頭的內管孔同時擠出，進入20～40℃水和/或乙醇中，得到金屬 -陶瓷復合纖維膜管坯體；將該坯體干燥后置于還原性氣氛或真空度1×10^-4～1Pa條 件下，視其組分加熱至800～1500℃燒結，即得到金屬-陶瓷復合纖維膜管。

所述金屬粉體材料選自不銹鋼、鎳、銅、鋅、鉑、銀、鉻、金、鉬、鈦、鈀、鉬、 鎢或鋁粉。