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多孔纳米陶瓷膜的制备方法

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-10-01 0:06:09 * 浏览: 21
发明背景无机膜是在无机材料的基础上加工形成的一种膜。尽管它的出现时间晚于有机聚合物膜的出现时间,但是它的发展非常迅速并且前景非常广阔。无机膜的研究和应用始于1840年代。后来,从1980年代到1990年代,无机膜超滤和微滤技术开始被创造和发展。在这一发展过程中,由于无机膜的大量商业化应用和工业应用,它们已部分取代了水处理,乳制品和饮料行业中的有机聚合物膜。在1980年代中期,无机膜的制备技术取得了新的突破。特温特大学的Burggraf等人使用Sol-Gel技术开发了具有多层不对称结构的微孔陶瓷膜。它可以达到3nm以下,这种膜达到了分离气体的水平,成为有机聚合物膜的有力竞争者。溶胶-凝胶(Sol-Gel)技术的出现将无机膜特别是陶瓷膜的研究推向了新的高潮。在1990年代,无机膜的研究和应用进入了第三阶段,即研究阶段的重点是气体分离应用和陶瓷膜分离器-反应器组合组件。陶瓷膜是目前使用最广泛的无机膜。与有机膜相比,陶瓷膜具有以下特点:1)热稳定性好,适用于高温高压系统。工作温度通常可以达到400摄氏度,有时甚至高达800摄氏度,2)化学稳定性好,耐酸和弱碱,pH值范围广,3)抗菌能力强,没有生化反应具有一般微生物,4)无机膜组件具有较高的机械强度。无机膜通常以载体膜的形式使用,载体是微孔陶瓷材料和通过高压和烧制制成的多孔玻璃。涂膜后,高温烧制,使膜非常坚固,不易脱落和破裂; 5)清洁条件良好。它是无毒的,不会污染分离的系统,并且易于再生和清洁。当膜被堵塞时,可以进行反冲和冲洗,或者在高温下进行化学清洗; 6)陶瓷膜的孔径分布窄,分离精度高。埃洛石纳米管(HNTs)是一种具有天然纳米管结构的硅酸盐类无机材料。它们具有出色的热和机械性能。它们还用于增强和增韧聚合物材料,药物定向释放载体等领域。广阔的应用前景。现有的陶瓷膜制备技术不能容易地实现对陶瓷膜的孔隙率和孔径的定量控制。因此,需要使用埃洛石纳米管作为膜材料并通过电纺丝技术制备的陶瓷膜。具体内容技术问题是提供一种由埃洛石纳米管制备的纳米多孔陶瓷膜,是无机膜领域中的新型材料。该膜具有良好的耐腐蚀性,比表面积大,多孔性等优点,在过滤,催化剂载体和高温气体净化领域具有广阔的前景。第二个技术问题是提供一种制备纳米多孔陶瓷膜的方法。该制备方法成功地将埃洛石纳米管(HNTs)制备成无机多孔陶瓷管膜。该制备方法操作简单,可控性强,成本低。为了解决本发明的技术问题,提供了一种纳米多孔陶瓷膜,该纳米多孔陶瓷膜由埃洛石纳米管制成,其孔隙率为35-85%。此外,埃洛石纳米管包括改性埃洛石纳米管。此外,通过以下方法制备改性的埃洛石纳米管:将埃洛石纳米管添加至无水乙醇质量的5至15倍,并混合同样地,将埃洛石纳米管添加到1/10中,将三乙氧基辛基硅烷质量的五分之一充分混合并在80°C下反应1小时。为了解决本发明的第二技术问题,提供了一种制备纳米多孔陶瓷膜的方法,其包括以下步骤:将埃洛石纳米管分散在有机溶剂中,添加高分子聚合物,并搅拌直至均匀。得到可用于静电纺丝的纺丝液,有机溶剂与高分子聚合物的质量比为4:f9:1,埃洛石纳米管与高分子聚合物的质量比小于或等于1,采用静电纺丝法,将纺丝液制备成高分子/斜晶石纳米管复合纤维膜,对复合纤维膜进行烧结,去除高分子聚合物,得到纳米多孔陶瓷膜。此外,该制备方法还包括压制复合纤维膜以获得具有特定尺寸和密度的陶瓷膜的过程。此外,压缩成型工艺包括使用0.25MPa的压力。使用静电纺丝制备纳米多孔陶瓷膜的优点如下:首先,该方法可以控制烧结前复合纤维膜的厚度和密度以及纤维的微观形态。其次,该方法还可以通过调节纺丝溶液的组成和纺丝工艺来控制烧结后样品的孔径和孔隙率。此外,高分子聚合物是聚苯乙烯(PS),聚丙烯腈(PAN),聚乙烯吡咯烷酮(PVP),聚乳酸-乙醇酸(PLGA),聚乙烯醇(PVA),聚环氧乙烷(PE0),聚酰胺聚合物(PA)之一或超过两个。此外,高分子聚合物的分子量为1OW至150W。此外,埃洛石纳米管包括改性埃洛石纳米管。埃洛石纳米管是亲水的。改性后,由于接枝含脂肪链的有机物,改性的埃洛石纳米管具有亲脂性。本发明优选使用高分子聚合物作为分散介质,其中一些是亲脂性分散介质。根据相似的相容性原理,改性的埃洛石纳米管在亲脂性高分子聚合物中具有良好的分散性。它可以确保高浓度埃洛石纳米管在亲脂性聚合物中的均匀分散,从而使所制备的无机膜具有均匀的孔径,并且在微观形态上没有明显的缺陷。此外,通过以下方法制备改性的埃洛石纳米管:将埃洛石纳米管添加至无水乙醇质量的5至15倍并均匀混合,并且将埃洛石纳米管添加至三乙氧基辛基质量的五分之一/十分之一。将硅烷充分混合,并在80°C和20°C下反应1小时。此外,有机溶剂可以与用于本发明的聚合物具有良好的相。溶解度:当高分子聚合物选择PS时,最好使用质量比为3:1的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢氟呋喃(THF)制备的有机溶剂。此外,静电纺丝可以通过该领域中现有的公共技术来实现本发明的技术效果。本发明优选采用以下步骤:将制备好的透明溶液放入一次性注射器中,金属针的内径为0.4 ^ 0.5mm,然后将高压电源连接到金属针上,将鼓接地。 ,转速为10(T5000rpm)。溶液抽速为2(Γ50μ1/ m1n,纺丝电压调节为5-30KV,针头至收集桶的距离为10cm-15cm。最后,制备高分子聚合物/斜晶石纳米管复合纤维,并通过高速旋转的滚筒收集复合纤维,以获得整齐排列的复合纤维膜。膜的厚度可以根据需要自己控制。进一步,烧结过程该过程为:将升温速率从5-20°C / ml降至30(T500°C)。保持该温度3小时,以完全燃烧并裂解聚合物。根据5-20°C / m1n的升温速率将温度升至85(Γ1050908,将温度保持在该温度,保持时间为2-8小时。此外,可以在空气环境,真空环境或惰性气体环境中进行烧结过程。通过控制整个系统的烧结气氛,从而控制材料的烧结行为。在整个烧结过程中,可以将系统放置在空气环境中,从而使有机物的氧化和燃烧更加完全,获得的产物为埃洛石纳米管薄膜。另外,也可以使用真空泵将整个系统抽真空以将烧结过程保持在真空状态,或者将高纯度氮气或氩气引入系统以使烧结过程处于惰性气体保护状态。因此,聚合物将在一定温度下裂化并碳化。最后,获得了无机/碳复合材料。有益效果:1.通过本发明的制备方法,可以制备出新型的纳米多孔陶瓷膜,1)该陶瓷膜采用埃洛石纳米管,其具有优异的力学性能,化学稳定性和热稳定性等均被浸泡。在0.1 mol / 1的稀硫酸中放置7天,质量损失率不超过2%(测试过程中样品的质量不超过1g),所得无机膜可以在高温环境下工作。长时间在900°C下使用; 2)陶瓷膜具有多孔结构,比表面积大,过滤吸附性能优良。通过真空浸没法测得的孔隙率可达到35-85%,3)陶瓷膜可通过调节燃烧气氛来控制最终产品的残余碳含量。陶瓷滤芯陶瓷膜陶瓷膜过滤器