[發明專利]一種基于中空泡沫材料的膜分離裝置及其應用

有效

• 申請號: 201711088705.3
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN109745862B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 張勁松;高勇;田沖;楊振明;楊曉丹
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種基于中空泡沫材料的膜分離裝置，其特征在于，該膜分離裝置由一個中空泡沫膜分離單元組件獨立構成，或由兩個以上結構的中空泡沫膜分離單元組件通過并聯或串聯方式進行模塊化組裝集成，所述的中空泡沫膜分離單元組件含有如下功能區：流體引接口、集流空腔、流體密封阻擋層、中空泡沫材料微通道管壁膜分離區；

所述中空泡沫膜分離單元組件的主要功能區域為中空泡沫材料微通道管壁膜分離區，該區域含有中空泡沫材料，其在宏觀上由支撐骨架(a)三維連通以形成開孔(b)網絡結構；其中，支撐骨架 (a)本身具有尺寸可控的、中空的微通道(c)，該微通道(c)的橫斷面為近圓狀或橢圓狀，其中空微通道管壁為分離膜本體；

所述中空泡沫材料，其開孔(b)的網孔尺寸(d1)為0.2mm～20mm；中空的微通道(c)的外徑尺寸(d3)為0.1mm～10mm，內徑尺寸(d2)為0.02mm～9mm；中空的微通道(c)的管壁是含有孔隙的，孔隙的孔徑尺寸范圍為0.1nm～100μm，孔隙率p為0p≤70%。

2.根據權利要求1所述的基于中空泡沫材料的膜分離裝置，其特征在于，所述中空微通道管壁分離膜本體的材質為均質或非均質，所述中空微通道管壁分離膜本體的物理結構或化學結構為各向同性的或各向異性的。

3.根據權利要求2所述的基于中空泡沫材料的膜分離裝置，其特征在于，物理結構或化學結構為各向異性的中空微通道管壁分離膜本體，其構成包含多孔支撐層、多孔過渡層、分離功能層。

4.根據權利要求1~3之一所述的基于中空泡沫材料的膜分離裝置，其特征在于，構成該膜分離裝置的主要功能區的中空泡沫材料的中空微通道管壁分離膜本體的主要組成物質是以下類別中的一種或兩種以上：陶瓷材料、金屬材料、碳材料、高分子材料。

5.根據權利要求4所述的基于中空泡沫材料的膜分離裝置，其特征在于，所述金屬材料選自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、鑭系金屬、錒系金屬的金屬單質、或包含上述元素的合金中的一種或兩種以上；

所述陶瓷材料選自以下的一種或兩種以上：（1）氧化物及復合氧化物：Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO₂、V₂O₅、Fe₃O、RuO₂、WO₃、ZnO、SnO₂、CdO、Nb₂O₅、PbO、Pb₃O₄、Bi₂O₃、MoO₃、Cr₂O₃、Y₂O₃、MnO、MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、CoO、Co₃O₄、Co₂O₃、鑭系氧化物、錒系氧化物；莫來石3Al₂O₃·2SiO₂、鋁鎂尖晶石MgO·3Al₂O₃、鎂鉻尖晶石MgO·Cr₂O₃、鋯英石ZrO₂·SiO₂、正硅酸鈣2CaO·SiO₂、鎂橄欖石2MgO·SiO₂、鈣鈦礦型復合氧化物CaTiO₃或摻雜的CaTiO₃、BaTiO₃或摻雜的BaTiO₃、LiNbO₃或摻雜的LiNbO₃、SrZrO₃或摻雜的SrZrO₃、LaMnO₃及摻雜的LaMnO₃、摻雜的SrCo_yFe_1-yO_3-δ，0＜y＜1、A位替代的La_xA_1-xCo_yFe_1-yO_3-δ，其中A=Sr、Ba、Ca，0＜x＜1，0＜y＜1；（2）碳化物：碳化硅、碳化鋯、碳化鎢、碳化鈦、碳化硼、碳化鉭、碳化釩、碳化鉻、碳化鈮、碳化鉬、碳化鐵、碳化錳；（3）氮化物：α-Si₃N₄、β- Si₃N₄、AlN、Si_6-xAl_xO_xN_8-x、BN；（4）Si；

所述高分子材料選自以下的一種或兩種以上：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚己內酰胺PA6、聚癸二酰己二胺PA610、聚十一內酰胺PA11、聚十二二酰己二胺PA612、聚癸二酰癸二胺PA1010、聚丙烯酰胺、共聚多酰胺、聚酰亞胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸二丁酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳砜、聚醚砜、雙酚A型聚砜、雙酚A聚碳酸酯、四甲基雙酚A聚碳酸酯、聚二甲基對苯二胺、三乙酸纖維素、乙酸纖維素、聚醚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅氧烷丙炔、聚4-甲基-1-戊烯、聚對苯二甲酸二醇酯、硅橡膠、天然橡膠；

所述碳材料材選自以下的一種或兩種以上：石墨、無定型碳、石墨烯、金剛石、活性炭、碳纖維、碳納米管、碳微米管、碳分子篩。