中空纤维膜的制备方法

背景技术中空纤维膜是一种自支撑非对称膜，具有高填充密度和良好的渗透性能，制备工艺简单，可显着降低膜设备体积和生产成本。无机陶瓷中空纤维膜因其耐高温，耐高压，耐腐蚀性强而受到广泛关注。然而，这种膜材料还存在诸如强度低，韧性差和易断裂的问题，这限制了中空纤维膜的工业应用过程。与开发的有机薄膜和传统的无机陶瓷薄膜相比，多孔金属薄膜具有机械强度好，韧性好，耐高压，易焊接密封，热稳定性好等优点，具有明显的优势。芯片和管型是多孔金属膜的最常见形式。其中，管式膜具有良好的商业应用，但管式膜仍存在一定的缺陷，如填充密度低，分离效率低，导致分离设备。投资成本大大增加，膜壁较厚，膜通量较低。因此，多孔金属中空纤维膜的制备和研究不仅具有中空纤维膜的优点，而且有效地解决了陶瓷材料的脆性问题。不锈钢膜是一种相对成熟的多孔金属膜材料。 GKN，Mott，Pall等公司是比较知名的不锈钢管状膜供应商。然而，对不锈钢中空纤维膜的研究很少。中国专利申请号200910184917.0公开了一种金属陶瓷复合纤维膜管的制备方法，提出采用相转化法在还原气氛或真空条件下烧结制备不锈钢氧化铝复合纤维膜，解决了难以处理的问题。密封陶瓷纤维膜。该方法中使用的粉末是金属粉末和陶瓷粉末的混合物，以获得陶瓷和金属的特性，但粉末烧结的合适条件取决于粉末的特性。不同类型的粉末具有不同的颗粒熔点。因此，在选择烧结条件时不可避免地忽视这一点。钛铝合金薄膜也是一种非常有前途的金属薄膜。钛铝多孔材料结合了钛铝和泡沫材料的特性，因此钛铝合金多孔材料可以在极其恶劣的条件下使用。目前，对这种材料的研究仅限于薄膜和管状薄膜。中国专利申请号200410003039.5公开了一种制备钛铝金属间化合物过滤的粉末反应合成方法，该方法是通过压塑和冷等静压制备的。方法将粉末制成片材和管材，通过低温预反应和高温短时反应烧结制备钛铝合金薄膜。制备过程复杂，操作条件难以控制，得到填充密度小的管状薄膜。 。因此，改变制备工艺和优化操作条件是非常有希望的，以制备具有更好性能的钛铝合金中空纤维膜。本发明提供一种多孔金属中空纤维膜的制备方法，其目的在于克服陶瓷中空纤维膜的脆性，并在要求严格的体系中改善多孔中空纤维膜的操作。稳定性。采用的技术方案如下：多孔金属中空纤维膜，外径为2±0.5mm，壁厚为0.2-0.6mm，孔隙率为15％-45％，多孔不锈钢中空纤维膜或多孔钛铝合金中空纤维膜。提供上述多孔金属中空纤维膜的方法如下：（1）干/湿纺丝工艺：1-甲基-2-吡咯烷酮（12wt％至25wt％），聚醚砜聚合物（3wt％~10wt％） ），聚乙烯铋酮酮（O〜3wt％），水（O〜2wt％）均匀混合形成聚合物溶液，强制进入金属粉末0％~85wt％）搅拌混合形成纺丝溶液，真空脱泡后，压力由计量泵和纺丝头推动形成挤出，进入外凝固浴在一定的气隙之后，薄膜线经受内/外凝固浴。溶剂和非溶剂交换，固化成型，浸泡后自然风干，（2）烧结过程：风干金属生坯在高温气氛管式炉中烧制，制备多孔金属中空纤维膜。优选地，金属粉末是不锈钢粉末或钛铝合金粉末，粉末的粒径为6至35μm。优选使用0.05至0.25MPa的空气或氮气作为驱动空气压力，计量泵转速为5至25r / min，并且纺丝流体挤出物流速为2至8ml / min。优选地，内部凝固浴是去离子水，外部凝固浴是自来水，内部凝固浴的温度为15至25V，内部凝固浴的流速为10至30ml / min。优选地，旋转空气间隔为0至15cm。优选地，喷丝头的内径为0.5至2.5mm，直径为1.8至3.0分钟。优选地，高温气氛管式炉的气氛是高纯度惰性气体或还原性气体。更优选地，高温气氛管式炉的气氛是氮气，氦气，氖气，二氧化碳或氢气。优选地，煅烧过程是：以0.5至3℃/ min的加热速率加热至400至600℃，保持60至120分钟，然后加热至0.5至3℃/ min至1050的温度。至1300℃，保温60至120分钟，然后自然冷却。有益效果：原理是通过使用相转化法的一步成型制备金属中空纤维生坯，并通过高温烧结获得多孔金属中空纤维膜。与目前金属管状膜的制备相比，该工艺操作简单方便，制备的中空纤维膜性能更好。烧结过程主要是除去残留在有机相中的溶剂，使有机聚合物热分解，并通过烧结形成金属颗粒。然而，金属颗粒在空气中的烧结易于氧化，因此膜的强度降低，因此烧结过程应在保护气氛下进行。本发明制备的金属中空纤维膜不仅具有中空纤维膜填充密度大，分离效率高的优点，而且机械性能高，可有效解决陶瓷材料的脆性问题。附图说明参照图1和图2。图2是实施例1中得到的多孔不锈钢中空纤维膜的照片。图3是实施例1中得到的多孔不锈钢中空纤维膜的载荷 - 位移图。图4是实施例2中得到的多孔不锈钢中空纤维。膜的截面SEM图像：（a）是整个截面，（b）是膜壁，图5是表面的SEM图像实施例2中得到的多孔不锈钢中空纤维膜。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器