[發明專利]一種硅酸鹽玻璃中空纖維膜的制備方法

有效

• 申請號: 201210206683.7
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102688702A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 張亞彬;肖長發;高小元;徐乃庫;安樹林
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D71/04
• 分類號: B01D71/04;B01D69/08;B01D67/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種可以用于水處理的硅酸鹽玻璃中空纖維膜的制備方法。

背景技術

玻璃中空纖維膜屬于無機中空纖維膜的一種。和聚合物中空纖維膜相比，它具有耐高溫、耐微生物污染、化學性質穩定、無毒性及機械強度高等優點。與陶瓷膜和碳膜等無機膜相比，玻璃中空纖維膜的孔比表面積大、孔徑分布狹窄、孔結構均勻，因而其在氣體分離領域得到越來越多的應用。

玻璃中空纖維膜一般有三種制備方法：1)析晶酸瀝法制備玻璃中空纖維膜；2)在玻璃中空纖維膜表面用有機物和無機物進行表面改性；3)利用溶膠-凝膠等工藝將玻璃膜涂在基體上以形成復合膜。

析晶酸瀝法制備玻璃中空纖維膜的一般過程是以某些組成的Na₂O-B₂O₃-SiO₂玻璃中空纖維為基礎，經過熱處理分相，得到可溶于酸的富Na₂O-B₂O₃相及不溶于酸的富SiO₂相，將已分相的玻璃中空纖維用酸處理得到具有連通孔道的玻璃中空纖維膜。文獻[Journal?of?Materials?Science?Letters，1994，13∶494～495]將化學組成為57.2mol％SiO₂、22.8mol％B₂O₃、5.7mol％Na₂O、9.2mol％CaO、3.2mol％ZrO₂及1.9mol％?Al₂O₃的碎玻璃在1200℃下熔融，利用坩堝漏絲工藝得到內外徑分別為13μm及29μm的玻璃中空纖維，將玻璃中空纖維在650～750℃之間熱處理使其分相，然后將玻璃中空纖維在98℃1mol/L的HNO₃或者2mol/L的H₂SO₄中酸瀝1小時，最后再用0.4mol/L的NaOH瀝濾30分鐘得到多孔的玻璃中空纖維膜，其孔徑分別為20nm(650℃)、200nm(700℃)、450nm(725℃)和1100nm(750℃)。文獻[Journal?of?Membrane?Science，2000，175∶215～223]將內外徑分別為4mm和5mm的玻璃管回火拉制成型，得到化學組成分別為62.5wt％SiO₂、28.3wt％B₂O₃、9.2wt％Na₂O及62.5wt％SiO₂、27.3wt％B₂O₃、7.2wt％Na₂O、3.0wt％Al₂O₃的玻璃中空纖維，然后將玻璃中空纖維分別在98℃3mol/dm³的HNO₃和CH₃COOH溶液中酸瀝一定時間直至Na⁺被完全瀝出，最后得到內外徑分別為30μm和50μm的玻璃中空纖維膜，其孔徑為0.4nm。文獻[Chemical?Communications，2002，(6)：664～665]將化學組成為57.5％SiO₂、5.0wt％ZrO₂、28.3wt％B₂O₃，9.2wt％Na₂O的碎玻璃在1200℃的鉑坩堝中熔融，利用坩堝漏絲工藝得到玻璃中空纖維，然后將玻璃中空纖維在98℃3mol/dm³的HNO₃溶液中酸瀝10分鐘，直到鈉離子和硼離子完全被瀝出，最后用蒸餾水沖洗并干燥后得到內外徑分別為50μm和70μm、孔徑小于1nm的玻璃中空纖維膜。

以上工藝所采用的方法是將具有一定化學組成的鈉硼硅玻璃制成玻璃中空纖維，然后經過高溫熱處理使之分相，在玻璃中形成富鈉硼相和富硅相，接著再將分相的玻璃中空纖維放入到酸溶液中，使富鈉硼相溶出，最終獲得了玻璃中空纖維膜，該工藝方法包括成型-分相-酸瀝三個過程，過程復雜，而且玻璃中空纖維膜的孔徑分布狹窄，使其應用主要集中在氣體分離領域，限制了玻璃中空纖維膜在水處理、海水淡化等方面的應用。