[發明專利]具有改善的機械特性的陶瓷空心纖維膜

有效

• 申請號: 201810153652.7
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN108452686B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: F.埃倫;T.維爾斯
• 申請（專利權）人: 曼·胡默爾有限公司
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D71/04;B01D53/22;B01D61/14;B01D67/00;B01D69/08;C02F1/44
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周鐵;魯煒

本發明涉及一種用于制備基于氧化鋁的陶瓷空心纖維膜的方法，其通過濕式紡絲工藝由紡絲原液制備。為此在該紡絲原液中加入二次相。

本申請是申請號為201480042611.0（PCT/EP2014/065323）、申請日為2014年7月17日的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明一般性涉及陶瓷空心纖維膜。本發明具體涉及具有改善的機械特性的這類空心纖維膜。本發明還涉及用于制備這類空心纖維膜的方法。

背景技術

過濾法或分離法對氣體和液體的濃縮和分離具有很大的經濟意義。在此領域越來越多地應用膜技術。在此情況下，空心纖維膜在過濾工藝或濃縮工藝中的應用隨之帶來一系列的優點。

因為面積對體積之比相對高，所以濃縮工藝或過濾工藝的效率也高；此外該方法也易于實施，并適合于各類需求。

早期的商用空心纖維膜由聚合物材料制成，所以對腐蝕條件和較高溫度是敏感的。因此很快制備出陶瓷空心纖維膜，例如通過在碳絲上的蒸汽冷凝和接著去除該碳絲來制備。

用于制備陶瓷型空心纖維的現今已知的方法包括紡絲工藝，在該工藝的第一步驟中，由含陶瓷材料前體的可紡絲原液和聚合物來制備彈性的生纖維（Grünfaser）。接著在高溫下燒去該聚合物成分，并形成純的陶瓷型空心纖維。

基于金屬氧化物如Al₂O₃的陶瓷空心纖維膜由于結構特性及其幾何形態僅達到低的強度值。如在3-點-彎曲試驗中的斷裂力僅為約6 N，這換算成彎曲斷裂強度相當于約為33 MPa。

該空心纖維膜的高機械應力主要在操作時和在進一步加工中(如在模塊結構中)以及在空心纖維運輸中 (作為單部件或以模塊形式) 和在壓力沖擊或壓力梯度下的運行中出現，以致有時會出現高的廢品率。如果該空心纖維已構建到模塊中，則要消除例如由運輸造成的纖維斷裂的缺陷是特別復雜的。

有關這方面，DE 102009038814 A1公開了一種模塊元件，其包括一個具有用于引入陶瓷毛細管膜的至少一個通孔的耐高溫的基體，EP 0941759 A1描述了一種用于制備空心纖維膜模塊的方法。

由CN 102515817 A已知制備具有高過濾流量的陶瓷空心纖維膜。該纖維的組成(以重量%計)為40-80份粉末狀的硅酸鋁水合物、10-20份粉末狀的塑性耐火粘土、1-10份粉末狀的鈉長石、1-10份粉末狀的白云石、6-10份粉末狀的硅酸硼玻璃粉、1-7份羧甲基纖維素和1-3份甘油。該纖維的外徑為3-6 mm，內徑為1-2 mm，該纖維長度為100-1000 mm。總孔隙度為50-56 %，水流量為10000-12500 L/m²hMPa和彎曲斷裂強度為35-85 MPa。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供陶瓷空心纖維膜，其在保持迄今的空心纖維膜的孔隙度和流量效率下具有改善的機械特性。

該目的和其它目的是通過根據本發明的用于由紡絲原液制備陶瓷空心纖維膜的方法和根據本發明的陶瓷空心纖維膜實現的。其中，根據本發明的用于由紡絲原液制備陶瓷空心纖維膜的方法的特征在于下列步驟：

- 由溶劑、聚合物和陶瓷粉末制備紡絲原液；

- 向紡絲原液中加入二次相；

- 將紡絲原液噴入沉淀浴中，其中聚合物通過與沉淀劑接觸而凝固；和

- 燒結所獲得的生坯，

其中所述陶瓷空心纖維膜的制備基于氧化物陶瓷材料如氧化鋁、ZrO₂或TiO₂進行，或者基于非氧化物陶瓷材料如Si₃N₄、AlN或WC進行，