[發(fā)明專利]柔性γ-Al2O3纖維膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210257851.5
• 申請日: 2012-07-24
• 公開（公告）號: CN102758310A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設計）人: 陳代榮;趙曉敏;焦秀玲
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: D04H1/4209
• 分類號: D04H1/4209;D04H1/728;D01D1/02;D01D5/00;D06C7/04;B01D71/02;B01D67/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群

技術領域

本發(fā)明涉及一種柔性γ-Al₂O₃纖維膜及其制備方法，屬于無機非金屬材料技術領域。

背景技術

無機分離膜作為一種新型的分離介質，與有機分離膜相比，具有諸如化學穩(wěn)定性好，能耐酸、耐堿、耐有機溶劑；抗微生物能力強；耐高溫等很多優(yōu)良特性，在很多領域都有應用，尤其是在石油化工、化學工業(yè)等高溫、高壓和強酸強堿體系中，表現(xiàn)出有機膜所不具備的性能。無機膜優(yōu)異的抗微生物侵蝕能力，在生物化工和醫(yī)藥行業(yè)領域應用前景廣闊。在環(huán)境領域，如含油廢水處理，費油的高溫超濾回收以及對含低分子有機污染物、重金屬離子等的廢水處理等，也展現(xiàn)出良好的應用發(fā)展前景(參見《無機膜分離技術與應用》P1~9,化學工業(yè)出版社2003)。

氧化鋁具有高模量、低熱導率、抗熱震性強、耐腐蝕、耐高溫等性能，可用作催化劑載體、高溫過濾材料、高溫隔熱材料等，廣泛用于工業(yè)、軍事、航空航天等領域。氧化鋁存在多種結晶結構，其中γ-Al₂O₃具有比表面積高、表面活性大、吸附能力強、耐高溫等，在高溫煤(煙)氣過濾等方面應用前景廣闊。

氧化鋁膜是一種最常見的無機膜，其制備方法主要有粒子燒結法和溶膠-凝膠(sol-gel)法。粒子燒結法(或浸漿法slip-casting)制備氧化鋁微濾膜是目前制備無機膜較成熟的方法，即首先配制氧化鋁陶瓷微粉的穩(wěn)定懸浮漿料，多孔支撐體與懸浮漿料接觸時，分散介質水在毛細管力和黏附力作用下進入支撐體中，而氧化鋁粒子則在支撐體表面堆積形成膜，干燥燒結后得到多孔膜。該方法多使用微米級粒子，尚限于制備微濾孔徑的膜。溶膠-凝膠法采用鋁醇鹽或無機鋁鹽水解得到納米粒子，然后經過與上述類似的方法浸漬涂膜、干燥和燒結過程，制備超濾范圍內的氧化鋁小孔徑膜。然而，上述兩種方法制備的無機膜由于受到支撐體表面粗糙度、支撐體與溶膠體系的潤濕性能、膜厚度效應、干燥過程和燒結工藝等的影響，容易出現(xiàn)裂紋和針孔等缺陷(參見《無機膜分離技術與應用》P47~64，化學工業(yè)出版社2003；水處理技術1996,2,129)。

1934年USP1975504公開了靜電紡絲技術，最初用于制備聚合物纖維(參見：Compos.Sci.Technol.2003,63,2223)，后逐漸用于金屬、氧化物等無機纖維的制備。利用靜電紡絲，可很容易地將聚合物或無機材料制備成膜(有載體支撐的或無支撐)，并進一步實現(xiàn)規(guī)模化生產。纖維膜可用于很多領域，包括過濾和分離、催化劑載體和傳感器等(參見：Chinese.Sci.Bull.2008,53,2265)。

靜電紡絲過程中，通過控制電紡過程參數和干燥燒結過程，可有效避免傳統(tǒng)陶瓷膜中出現(xiàn)的裂紋和針孔等缺陷。另外，與傳統(tǒng)陶瓷膜相比，纖維膜用作過濾介質有兩個明顯的優(yōu)勢：過濾效率高和空氣阻力低。靜電紡纖維膜有很高的比表面積，纖維搭接產生的孔相互連通，使纖維膜相對同等厚度的平板膜有更快的質量傳遞速率，對空氣等流體的阻力顯著降低；商業(yè)化膜的孔貫穿整個膜，當大顆粒被攔截時，往往會堵塞孔洞，從而降低過濾效率，而纖維膜中存在很多流體可通過的路徑，不易堵塞，且由于靜電紡纖維膜具有納米級的纖維細度，因此有更高的過濾效率(參見：Compos.Sci.Technol.2003,63,2239)。

CN101185817A公開一種靜電紡絲法制備納米氧化鋁纖維膜材料的制備技術，將濃度為5～8wt%的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液，與濃度10～30wt%的氯化鋁水溶液混合，其中聚乙烯吡咯烷酮與氯化鋁重量比為3:1～1:1，制得溶膠凝膠紡絲液，注入靜電紡絲裝置中，在電壓為25～35kV，擠出速度為1～10mL/min，接收距離為10～20cm條件下靜電紡絲成氯化鋁/聚乙烯吡咯烷酮纖維膜，最后將氯化鋁/聚乙烯吡咯烷酮纖維膜于馬弗爐中以50°C/h速度升溫至450～1100°C，煅燒5h，獲得非晶態(tài)、γ型或α型納米氧化鋁纖維膜。該發(fā)明制備的納米氧化鋁纖維膜材料是一種比表面積高、熱穩(wěn)定性好以及力學性能優(yōu)良的催化劑及其載體材料和耐高溫過濾材料；此外，該材料還可廣泛用于航天飛機、高溫鍋爐隔熱材料、增強復合材料等等領域。該技術是以氯化鋁為鋁源，水和乙醇為溶劑，添加聚乙烯吡咯烷酮作為紡絲助劑制備紡絲溶膠，但是通過該發(fā)明制得的納米氧化鋁纖維膜，由于紡絲助劑添加量過大，且升溫過程未分段進行，容易使纖維缺陷增多，從而造成纖維強度降低，氧化鋁纖維膜不具有柔性。

發(fā)明內容