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多孔纳米陶瓷膜的制备方法

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-07-29 22:12:09 * 浏览: 30
背景技术无机膜是通过在无机材料的基础上加工而形成的膜,其出现时间晚于有机聚合物膜的出现时间,但是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20世纪40年代。随后,在20世纪80年代和90年代,建立并开发了无机膜超滤和微滤技术。在该开发过程中,由于大量无机薄膜产品和工业应用,它在水处理,乳制品,饮料和其他工业中部分取代了有机聚合物薄膜。在20世纪80年代中期,无机膜的制备取得了新的突破。 Burggraf等人。特温特大学利用溶胶 - 凝胶技术开发出一种具有多层不对称结构的微孔陶瓷膜。它可以达到3nm以下,这种薄膜已达到分离气体的水平,成为有机聚合物薄膜的强有力竞争者。溶胶 - 凝胶技术的出现将无机膜的研究,尤其是陶瓷膜的发展推向了一个新的高潮。 20世纪90年代,无机膜的研究和应用进入第三阶段,即气体分离应用的研究阶段和陶瓷膜分离器 - 反应器复合材料部件。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)良好的热稳定性,适用于高温和高压系统。使用温度一般可达到400摄氏度,有时高达800摄氏度,2)良好的化学稳定性,耐酸弱碱性,宽pH范围,3)抗菌能力强,与常见微生物无生化和化学反应4 )无机膜组件具有大的机械强度。无机膜通常以载体膜的形式施加,载体是微孔陶瓷材料和多孔玻璃,它们通过高压和煅烧形成,然后在涂布后在高温下烘烤,使得膜是非常坚固,不易脱落和破裂,5)清洁状态良好。它无毒,不会污染分离的系统。它易于再生和清洁。当膜污染被阻塞时,可以对其进行反冲洗和冲洗。它也可以在高温下进行化学清洗。 6)陶瓷膜具有窄的孔径分布。分离精度高。 Halloys1te纳米管(HNTs)是一种具有天然纳米管结构的硅酸盐型无机材料。它们具有优异的热性能和机械性能,还可用于增强和增韧聚合物材料和药物导向释放载体等领域。应用前景广阔。现有的陶瓷膜制备技术不易实现陶瓷膜孔隙率和孔径的定量控制。因此,需要一种使用埃洛石纳米管作为膜材料通过静电纺丝制备的陶瓷膜。具体实施方式第一个技术问题是提供由埃洛石纳米管制备的纳米多孔陶瓷膜,其是无机膜领域中的新型材料。该膜具有良好的耐腐蚀性,较大的比表面积和孔隙率,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(HNT)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。为了解决本发明的第一个技术问题,提供了一种纳米多孔陶瓷膜,其由埃洛石纳米管制备,孔隙率为35-85%。此外,埃洛石纳米管包含改性的埃洛石纳米管。此外,通过将埃洛石纳米管加入无机乙醇质量的5至15倍并均匀混合,制备改性埃洛石纳米管,将十分之一的埃洛石纳米管加入到五分之一的三乙氧基辛基硅烷的五分之一中并充分混合并反应在80℃下加热1小时。为了解决本发明的第二个技术问题,提供了一种制备纳米多孔陶瓷膜的方法,包括以下步骤:将埃洛石纳米管分散在有机溶剂中,加入高分子聚合物,搅拌至均匀,得到一种能够用于静电纺丝的纺丝溶液,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。通过静电纺丝法将纺丝溶液制备成聚合物/异位素纳米管复合纤维膜,烧结复合纤维膜以除去聚合物,得到纳米多孔陶瓷膜。此外,制备方法还包括将复合纤维膜模压成型以获得具有特定尺寸和密度的陶瓷膜的方法。此外,压制成型工艺包括0.22MPa的压力。通过静电纺丝法制备纳米多孔陶瓷膜的优点如下:首先,该方法可以在烧结前控制复合纤维膜的厚度,密度和微观形态。其次,该方法还可以通过调节纺丝溶液的组成和纺丝过程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)和聚酰胺高聚物(PA)中的一种或多种。此外,高分子量聚合物的分子量为10W至150W。此外,埃洛石纳米管包含改性的埃洛石纳米管。埃洛石纳米管是亲水的,并且改性的埃洛石纳米管在通过接枝含有脂肪链的有机物质改性后具有亲油性质。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。根据类似的相容性原理,改性的埃洛石纳米管在亲脂性聚合物中具有良好的分散性。它可以保证高浓度埃洛石纳米管在亲脂性聚合物中的均匀分散,使制备的无机膜孔径均匀,微观形貌无明显缺陷。此外,通过将埃洛石纳米管添加至无机乙醇质量的5至15倍并均匀混合来制备改性埃洛石纳米管,将十分之一的埃洛石纳米管加入到五分之一的三乙氧基辛基硅烷的五分之一中并充分混合并在8(Tl20°C,1飞行小时。此外,有机溶剂可以与用于本发明的聚合物具有良好的相。溶解性当聚合物选自PS时,优选在质量比为3:1的有机溶剂中使用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)。此外,静电纺丝可以通过现有技术中公开的现有技术实现本发明的技术效果。本发明优选采用以下方法:将制备好的透明溶液置于一次性注射器中,该注射器的内径为O.4 ^ 0.5mm的金属针,然后将高压电源连接到金属针,辊子接地,转速为10(T5000rpm。溶液抽速为2(Γ50μ1/ m1n,纺丝电压调节到5~30KV,针到收集辊的距离为10cm~15cm。最后,获得聚合物。复合/埃洛石纳米管复合纤维,辊在高速旋转下收集复合纤维以获得对准的纤维膜。可以根据需要控制膜的厚度。此外,烧结过程的过程为:控制加热速率为5至20℃/ m 1 n,温度升至30℃(T 500℃)。温度在此温度下保持3小时至完全燃烧并破碎聚合物。以5至20℃/ m 1 n(Γ1050908)的升温速率将温度升至85℃。将温度保持在该温度下2至8小时。此外,烧结过程可以在空气环境,真空环境或惰性气体保护中进行nvironment。通过控制整个系统的烧结气氛来控制材料。烧结行为。在整个烧结过程中,系统可以置于空气环境中,使有机物的氧化燃烧更加完整和完整,所得产物是埃洛石纳米管薄膜。此外,真空泵可用于疏散整个系统。让烧结过程处于真空状态,或将高纯氮气或氩气通入系统,使烧结过程处于惰性气体保护状态,因此,分子聚合物在一定温度下会裂解和碳化,最后得到无机/碳复合材料。有益效果:1,通过本发明的制备方法,可以得到一种新型的纳米多孔陶瓷膜,1)陶瓷膜采用埃洛石纳米管,具有优异的力学性能,化学稳定性和热稳定性。将其浸入0.1mol / l稀硫酸中7天,其质量损失率不超过2%。样品的质量不超过1g),所得无机膜可在900℃的高温环境下长时间工作,2)陶瓷膜具有多孔结构,比表面积大,具有优异的过滤和吸附性能。通过真空浸渍法测得的孔隙率可以达到35-85%; 3)陶瓷膜可以通过调节燃烧气氛来控制最终产品的残余碳含量。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器