[發明專利]采用不銹鋼纖維燒結氈制備的多孔金屬膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410176004.5
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103949168A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 雷曉東;肖甜;蔣美紅;欒小雨;張晨陽;孫曉明
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D67/00;C23C18/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 何俊玲

技術領域

本發明涉及一種采用不銹鋼纖維燒結氈制備多孔金屬膜的方法，具體涉及一種在不銹鋼纖維燒結氈基體上生長鎳鐵復合氫氧化物薄膜的方法，從而達到縮孔獲得多孔金屬膜的方法。

背景技術

多孔金屬膜是以金屬合金粉末、金屬絲網、金屬纖維等為基礎材料通過壓制成型和高溫燒結而成。多孔金屬膜產生于20世紀40年代，為分離鈾同位素，人們發明了金屬鎳膜，但由于其熱穩定性較差，未能工業應用。隨后的十年，多孔金屬膜舉步不前，沒有大的發展。隨著生產技術和相關學科的發展，20世紀90年代出現了不銹鋼膜，主要用來進行液—固分離、氣—固分離、固—固分離等。20世紀90年代，美國有研究者研制成功了一種以多孔不銹鋼為支撐體、TiO₂陶瓷為膜層材料的“Scepter金屬膜”，它是在多孔不銹鋼表面燒結一層多孔TiO₂膜，TiO₂層的孔徑可達0.1μm，即其過濾精度達到0.1μm。目前在多孔金屬膜研發的過程中，高精度、大通量的多孔金屬膜材料的制備以及應用技術的研究是當前國內外研究的前沿性熱點問題。

在文獻J.Membr.Sci.，2004(236):53-63中，Li?Zhao等人使用濕粉噴涂的方法在多孔不銹鋼基體上制備了表面含有TiO₂薄膜的多孔金屬膜，多孔金屬膜的孔徑在0.11-0.12μm左右，雖然孔徑很小，但是這種方法比較復雜，而且TiO₂膜層與基體之間的結合不強，整個多孔金屬膜穩定性不高。

在文獻J.Membr.Sci.，2002(209):233-240中，Young-Beom?Kim等人使用溶膠凝膠法在多孔不銹鋼基體表面制備了TiO₂陶瓷膜的多孔金屬膜，用來分離氣體，但是膜層的形貌不很理想，而且膜的熱穩定性不好。

在多孔金屬基體表面采用物理沉積無機膜和燒結等方法制備的多孔金屬膜，基體和膜之間的結合力不強，多孔金屬膜穩定性不高，膜的使用壽命比較短，而且成本比較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種在不銹鋼纖維燒結氈基體上原位生長鎳鐵復合氫氧化物薄膜(俗稱鎳鐵水滑石薄膜)，得到一種多孔金屬膜及其制備方法；該多孔金屬膜主要用來進行固液分離。

本發明提供的多孔金屬膜，是在活化后的不銹鋼纖維燒結氈基體上附著鎳鐵水滑石薄膜，具體制備步驟如下：

A.將不銹鋼纖維燒結氈按需要剪成不同的大小和形狀，先用無水乙醇超聲清洗，再用去離子水超聲洗滌，烘干，放入高錳酸鉀和硝酸的混合水溶液中，其中高錳酸鉀與硝酸的摩爾比是1:24-26，硝酸的質量分數是10-15％，于80-90℃水浴加熱30-40分鐘使不銹鋼纖維燒結氈表面氧化，冷卻，取出不銹鋼纖維燒結氈，用去離子水沖洗，烘干，得到氧化后的不銹鋼纖維燒結氈；

所述的不銹鋼纖維燒結氈是工業過濾中常用的過濾材料，是采用直徑為微米級的不銹鋼纖維經無紡鋪制，疊配及高溫燒結而成，具有三維網狀，多孔結構，孔隙率高，表面積大，孔徑小，分布均勻等特點。

B.將步驟A氧化后的不銹鋼纖維燒結氈放到反應釜中，加入硝酸鎳和尿素的混合水溶液，其中硝酸鎳和尿素的摩爾比為1:6-12；其中硝酸鎳的摩爾濃度為0.001-0.01mol/L，于70-100℃下反應12-72小時，冷卻，取出不銹鋼纖維燒結氈，用去離子水沖洗干凈后烘干，得到在不銹鋼纖維燒結氈基體表面附著一層鎳鐵復合氫氧化物薄膜，簡稱為多孔金屬膜。

該多孔金屬膜的水通量達到3900-4650L·m^-2min^-1MPa^-1，膜的孔隙率的范圍在34.6957％到38.0784％之間。用質量分數為0.1％、粒度在0.1-10μm的活性炭的水溶液一次過濾后，截留率達到92.83-94.02％，膜的過濾精度達到0.32-0.34μm；并且再將一次過濾后的濾液進行過濾，可以發現最后濾液已經完全澄清，活性炭幾乎全部被截留。

上述制備過程中尿素在反應過程中分解，為溶液提供了一個弱堿性的環境，有利于水滑石薄膜的生長；硝酸鎳為水滑石薄膜的生長提供Ni²⁺；基體為水滑石薄膜的生長提供Fe源，當基體表面的粒子濃度達到過飽和后可以形成水滑石晶核，然后晶核逐漸長大，得到鎳鐵復合氫氧化物薄膜材料。