[發明專利]一種可作為支撐體的水泥中空纖維膜的制備方法

在審

• 申請號: 201510859658.2
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN105289330A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 張亞彬;徐佳偉;潘光友;肖長發
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D71/30;B01D71/42;B01D69/08;B01D67/00
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技術領域

本發明涉及一種水泥中空纖維膜的制備方法，特別是一種可作為支撐體的水泥中空纖維膜的制備方法。

背景技術

同其他膜分離材料相比，中空纖維膜具有比表面積大、填充密度高等優點，而中空纖維膜根據成分可分為有機膜、無機膜和復合膜。復合膜的制備方法是在具有多孔結構的支撐體上復合一層同樣具有多孔結構的超薄表層，支撐層的孔徑較大，孔隙率較高，能夠起到提高通量的作用，而超薄的表層孔徑較小，相對支撐層來說較為致密，可以起到提高分離效率的作用。

高性能的支撐體膜是制備性能優良的復合膜的基礎，能作為支撐體膜的材料，要求其具有良好的耐壓性和物化穩定性。目前，有機膜支撐體主要采用浸沒沉淀相轉化法，常用有機膜支撐體的材質有聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、纖維素酯、聚酰胺、聚醚酮、聚偏氟乙烯等。文獻[以PAN為基膜的復合納濾膜的制備研究，化工新型材料，2005，33(9)：45-47]以NaOH溶液改性后的聚丙烯腈超濾膜為基膜，以對，對’-二氨基二苯甲烷和均苯三甲酰氯為單體，經界面聚合反應成功制備了復合納濾膜。然而，有機膜材料不耐有機溶劑的腐蝕，并且在耐壓強度上也不如無機膜。無機膜主要采用燒結法制成，一般采用陶土或金屬氧化物高溫燒結而成。廣泛使用的陶瓷膜材料如Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SiC等，所采用的支撐體主要是氧化鋁支撐體，或者通過添加SiO₂等物質作為燒結助劑降低燒成溫度。美國USFilter對氧化鋁膜支撐體表面改性，得到的陶瓷膜能夠耐強堿腐蝕。以氧化鋁為支撐體，表面用溶膠凝膠法涂覆ZrO₂溶膠，通過水解、沉聚和燒結，在氧化鋁支撐體的表面孔隙上形成一層ZrO₂。還可以采用化學氣相沉積法，將硅烷在高溫下變成能與陶瓷支撐體膜容易反應的化學蒸氣，在一定溫度和壓力下于固體表面發生反應，從而生成固態沉積物。上述所說的陶瓷膜支撐體均需要采用固態高溫燒結的方法制得，所需燒結溫度一般達到1300℃以上。

發明內容

本發明的目的在于克服陶瓷中空纖維膜支撐體均需高溫煅燒的缺點，提供一種可作為支撐體的水泥中空纖維膜的制備方法，該發明無需煅燒、工藝簡單，可作為其他膜材料的支撐體使用。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的，一種可作為支撐體的水泥中空纖維膜的制備方法，其具體步驟如下：

(1)鑄膜液的配制：首先將聚合物和有機溶劑按比例混合后攪拌，得到均勻的聚合物溶液，其次將水泥熟料過200目篩，得到水泥微粉，接著將過篩的水泥微粉加入到聚合物溶液中，再機械攪拌最后得到分散均勻的鑄膜液；

(2)紡絲：將鑄膜液轉移至紡絲機的料罐中，靜置脫氣，隨后在100-120KPa氮氣的壓力下，通過噴絲頭使紡絲液進入凝固浴中，通過有機溶劑和凝固浴之間的雙擴散得到水泥中空纖維膜生坯；

(3)水泥中空纖維膜的固化：將水泥中空纖維膜生坯置于水中浸泡12～48小時，去除膜生坯中的有機溶劑，每12小時換水一次；再將膜生坯在水中浸泡1-28天，每天換水一次，使中空纖維膜生坯中的水泥微粉凝固，最終得到可作為支撐體的水泥中空纖維膜。

所述步驟(1)中的聚合物為聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈中的任意一種或兩種的混合物；有機溶劑為N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮或二甲基亞砜中的任意一種或兩種的混合物；過篩后的水泥微粉的粒徑范圍是d₅₀＝0.1～10μm；聚合物溶液中聚合物的質量分數為8～30％；聚合物和有機溶劑混合攪拌的時間為0.5～8h；水泥微粉加入到聚合物溶液中機械攪拌的時間為1～24h，水泥微粉與聚合物溶液構成的紡絲液中，水泥微粉的質量百分含量為30～80％。

所述步驟(2)中的紡絲液在料罐中靜置脫氣的時間為0～12h；噴絲頭的芯液為去離子水，溫度范圍為10～60℃；凝固浴為水，溫度范圍為10～60℃。

所述步驟(3)中膜生坯浸泡在水中去除有機溶劑時水的溫度為10～30℃；膜生坯在水中浸泡使水泥微粉凝固時水的溫度為10～80℃。