[發明專利]一種蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜及其生產方法

無效

• 申請號: 201510021083.7
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104524987A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 張曉東
• 申請（專利權）人: 張曉東
• 主分類號: B01D69/08
• 分類號: B01D69/08;B01D71/02
• 代理公司: 無錫大揚專利事務所(普通合伙) 32248
• 代理人: 郭晟杰

技術領域

本發明涉及膜分離技術領域，具體說是一種蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜及其生產方法。

背景技術

膜分離是一種操作較為簡單、耗能低的分離工藝，其可以利用膜組件即核心部件過濾膜，來回收并再利用混合物中的組分，因而被廣泛應用于生物工程、石油、化工、冶金、醫藥等領域中。目前，在膜分離技術領域中使用的過濾膜在材質上分主要有兩種，即有機膜和無機膜，無機膜又以陶瓷膜為主。陶瓷膜與有機膜相比，具有耐高溫、耐化學腐蝕、機械強度高、孔徑分布均勻、使用壽命長等優點，因此具有廣泛的應用前景。

現有的陶瓷膜主要有平板和管式兩種結構，其缺點主要有以下兩點：

1.陶瓷膜相比于中空纖維結構的膜，其裝填密度較低，單位體積內有效過濾面積較小，已有的中空纖維陶瓷膜產品采用單根空心絲結構，但由于單根絲的長徑比較大，且陶瓷材料的脆性大，其相對強度必然降低，因此這種中空纖維陶瓷膜的長度一般不會超過450毫米，與普通有機聚合物的中空纖維過濾膜相比，不到其長度的一半，其實用范圍受到了很大的限制；

2.陶瓷膜的制備周期較長，工藝過程復雜，制備成本高昂，尤其隨著分離精度由微濾向超濾再到納濾的發展，其多次涂層工藝的制備過程，更加冗長、復雜。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜，這種蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜單位體積內的有效過濾面積較大，且相對強度較高，可制作成較長的尺寸，適用范圍較為廣泛。

本發明要解決的另一個問題是提供一種蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜的生產方法，該方法采用納米級的陶瓷粉體作為原材料，進一步提高了膜的過濾精度，避免常規工藝多層、多次、反復燒結的復雜性，提高了膜的實用性及可靠性。

為解決上述問題，采取以下技術方案：

????本發明的蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜包括本體，該本體呈圓桿狀且由陶瓷材料制成，本體內密布有納米級微孔。其特點是所述本體內均布有沿其縱向的通孔，使得本體的橫截面呈蜂窩狀。

其中，所述本體的外徑為5~15mm，長度為50~1500mm，所述通孔的內徑為0.5~5mm。所述通孔的數量為3、5、7、19或37個。

本發明的蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜的生產方法的特點是包括以下步驟：

????首先，將聚合物粘合劑溶解在聚合物粘合劑溶劑中，制成聚合物粘合劑溶液；

然后，將納米級陶瓷粉體倒入聚合物粘合劑溶液中，并加入助劑，形成穩定均勻的懸浮液；該懸浮液中包含50～75重量份的納米級陶瓷粉體、1～3重量份的助劑、5～10重量份的聚合物粘合劑，剩余成分為聚合物粘合劑溶劑；

之后，將上述懸浮液通過干、濕法工藝的中空纖維的紡絲過程，用含有多個內芯管的噴絲頭，一次成型出蜂窩狀的中空纖維陶瓷的坯體；

之后，將紡絲制成的坯體直接導入到混凝劑中，通過聚合物粘合劑溶劑與混凝劑的自動交換，使得該坯體凝固；

????最后，將凝固的坯體至于高溫爐中加熱，加熱過程中使得坯體中的聚合物粘合劑揮發去除，并最終將坯體燒結成內部密布由納米級微孔的蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜。

????其中，所述聚合物粘合劑是聚醚砜、聚偏氟乙烯或聚酰亞胺。所述聚合物粘合劑溶劑是N.N二甲基甲酰胺、N.N二甲基甲酰胺、N甲基—2—吡咯烷酮、二甲基亞砜、二氯甲烷或丙酮。所述納米級陶瓷粉體是氧化鋁、氧化鋯或二氧化鈦的一種或混合物，其平均粒徑在20～200nm之間。所述助劑是聚丙烯酸胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇—400的表面活性劑，或冰乙酸、硝酸、丙酸的PH調節物質，或KH—560有機硅偶聯劑。

采取上述方案，具有以下優點：

由于本發明的蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜的本體內均布有沿其縱向的通孔，使得本體的橫截面呈蜂窩狀，即其過濾面為本體內多個縱向通孔的內壁，因此其單位體積內的有效過濾面積相對較大，在過濾要求相同的情況下，可有效的縮小中空纖維陶瓷膜的長徑比，有利于生產和應用。而且，該蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜在受到外力作用時，本體內部的應力分布較為分散，不容易出現應力集中的部位，因此其相對強度較高，不易斷裂，可以按照使用需求制作成較長的尺寸，適合多數場合和安裝尺寸的要求，使用范圍較為廣泛。

由于本發明的蜂窩狀中空纖維陶瓷超濾膜的生產方法中采用納米級陶瓷粉末作為原材料，并經紡絲、燒結成型為蜂窩狀中空纖維，其內部的納米級微孔更加細密、均勻，在提高過濾膜強度的同時，有效的提高了膜的過濾精度。且其生產工藝步驟簡單，避免了常規工藝多層、多次、反復燒結的復雜性，有利于生產和應用，提高了膜的實用性及可靠性。