一種中空纖維陶瓷膜制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種原位復合碳增韌YSZ中空纖維陶瓷膜的制備方法，該陶瓷膜可用 于制備工業超純水，對氯離子有良好的吸附作用。 二、
【背景技術】
[0002] 陶瓷膜具有機械強度高，耐高溫，耐腐蝕性，且易清洗，膜孔不易變形等特點，在食 品，制藥，石油，海水淡化，廢水處理，氣體分離等領域得到廣泛應用。就形狀而言，中空纖維 膜的填充密度是傳統的陶瓷膜平板膜管狀膜的10倍，高達6000m 2/m3,分離效率極高。但雖 然陶瓷具有高的機械強度，其斷裂韌性卻并不理想。在組裝或安裝過程中極易發生脆性斷 裂，因此，提出了一種原位復合碳增韌十分重要；中國專利（1769217)在去除氯離子時采用 陰陽膜電滲析原理去除氯離子，該工藝復雜繁瑣，雖可有效去除氯離子，但生產成本也相對 尚昂。 三、

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是，提出一種原位復合碳增韌YSZ中空纖維陶瓷膜的制備方法，該 陶瓷膜支撐體具有良好的通水性能和力學性能，尤其在用于制備工業超純水時，對氯離子 有良好的吸附作用。
[0004] 中空纖維陶瓷膜制備方法，以相轉化及燒結技術制備Fe2O3摻雜YSZ中空纖維陶瓷 膜；首先，將聚醚砜顆粒加入η-甲基-2-吡咯烷酮溶液中溶解形成聚合物溶液，再加入聚乙 烯吡咯烷酮混合均勻；最后緩慢加入Fe 2O3和YSZ的混合粉末，進行充分攪拌之后制得紡絲 液；將所得紡絲液倒入不銹鋼容器中在室溫下進行真空脫泡操作2h以去除在攪拌過程中 溶入的氣泡；采用空氣間隙法紡絲，空氣間隙150_300mm、在0.1 MPa的氮氣壓力下將紡絲液 從紡絲頭中以25 ± 5mm/s的速度擠入外部助凝劑一自來水中，制得的中空纖維陶瓷膜前驅 體應在自來水中靜置24±10小時以確保相轉化過程的充分進行；之后將中空纖維陶瓷前 驅體在室溫下干燥1天以上；
[0005] 然后將中空纖維陶瓷膜的前驅體置于保護氣氛中燒結。以3-5°C /min速度從室溫 升至300±20°C，而后以1_3°C /min的速度升溫至600±30°C以去除聚合物粘合劑，最后升 至高溫（1KKTC -1300°C )并保溫2-6小時。燒結完成后隨爐冷至室溫并保存于干燥處備 用。
[0006] 圖1所示為本發明所制得的原位復合碳增韌YSZ中空纖維陶瓷膜截面SEM照片。
[0007] 空氣間隙法紡絲中，內部助凝劑一采用去離子水則以15ml/min的速度流出。內 部助凝劑放置在另一個不銹鋼容器中，與放置紡絲液的不銹鋼容器平行放置，同時接入壓 縮氮氣對內部液體進行擠壓流出中空纖維的中空，內部助凝劑是對中空纖維的內壁起凝結 作用，防止內壁粘連。
[0008] 選用YSZ(氧化釔穩定氧化鋯）粉末制備中空纖維陶瓷膜（其中釔含量為 l-5mol % )，YSZ(氧化紀穩定氧化錯）粉末粒徑范圍為100-300nm，燒結助劑選取α - Fe2O3(氧化釔穩定氧化鋯與a -Fe2O兩者質量比99. 6:0. 4~98:2 ;YSZ與a -Fe2O兩者 質量40-70份，PES聚醚砜10份、NMP或PVP20-50份，以自來水和去離子水分別作為外、內 助凝劑，三者質量比在表1中已列出，其粒徑范圍為20-60nm ;采用聚醚砜、η-甲基-2-吡咯 烷酮NMP或與聚乙烯吡咯烷酮PVP用作聚合物；溶劑和添加劑分別緩慢加入聚合物溶液中 以制備紡絲液；以自來水和去離子水分別作為外、內助凝劑。
[0009] 攪拌條件為：70±10°C下連續攪拌24±10小時，以確保各種成分的充分均勻混 合。實驗參數列于表1中。
[0010]
【主權項】
1. 中空纖維陶瓷膜制備方法，其特征是以相轉化及燒結技術制備Fe2O3摻雜YSZ中空 纖維陶瓷膜；首先，將聚醚砜顆粒加入n-甲基-2-吡咯烷酮溶液中溶解形成聚合物溶液，再 加入聚乙烯吡咯烷酮混合均勻；最后緩慢加入Fe 2O3和YSZ的混合粉末，進行充分攪拌之后 制得紡絲液；將所得紡絲液倒入不銹鋼容器中在室溫下進行真空脫泡操作2h以去除在攪 拌過程中溶入的氣泡；采用空氣間隙法紡絲，空氣間隙150-300mm、在0.IMPa的氮氣壓力下 將紡絲液從紡絲頭中以25 ± 5mm/s的速度擠入外部助凝劑一自來水中，制得的中空纖維陶 瓷膜前驅體應在自來水中靜置24± 10小時；之后將中空纖維陶瓷前驅體在室溫下干燥1天 以上； 然后將中空纖維陶瓷膜的前驅體置于保護氣氛中燒結；以3-5°C/min速度從室溫升至 300±20°C，而后以1_3°C/min的速度升溫至600±30°C以去除聚合物粘合劑，最后升至高 溫（1100°C-1300°C)并保溫2-6小時；燒結完成后隨爐冷至室溫。
2. 由權利要求1所述的中空纖維陶瓷膜制備方法，其特征是內部助凝劑一采用去離子 水則以15ml/min的速度流出。
3. 由權利要求1所述的中空纖維陶瓷膜制備方法，其特征是選用YSZ粉末制備中空 纖維陶瓷膜、其中釔含量為l_5mol%，YSZ粉末粒徑范圍為100-300nm，燒結助劑選取a -Fe2O3，其粒徑范圍為20-60nm;紡絲液的成分：YSZ與a -Fe2O兩者質量比99. 6:0. 4~98:2 ; YSZ與a -Fe2O兩者質量40-70份，PES聚醚砜10份、NMP或PVP20-50份，以自來水和去 尚子水分別作為外、內助凝劑。
4. 由權利要求1所述的中空纖維陶瓷膜制備方法，其特征是采用聚醚砜、n-甲 基-2-吡咯烷酮或與聚乙烯吡咯烷酮用作聚合物；溶劑和添加劑分別緩慢加入聚合物溶液 中以制備紡絲液。
5. 由權利要求1所述的中空纖維陶瓷膜制備方法，其特征是攪拌條件為：70±1(TC下 連續攪拌24±10小時。
【專利摘要】中空纖維陶瓷膜制備方法，首先，將聚醚砜顆粒加入n-甲基-2-吡咯烷酮溶液中溶解形成聚合物溶液，再加入聚乙烯吡咯烷酮混合均勻；最后緩慢加入Fe2O3和YSZ的混合粉末，進行充分攪拌之后制得紡絲液；將所得紡絲液倒入不銹鋼容器中在室溫下進行真空脫泡操作2h以去除在攪拌過程中溶入的氣泡；采用空氣間隙法紡絲，空氣間隙150-300mm、在0.1MPa的氮氣壓力下將紡絲液從紡絲頭中以25±5mm/s的速度擠入外部助凝劑--自來水中，制得的中空纖維陶瓷膜前驅體應在自來水中靜置24±10小時。
【IPC分類】C02F1-58, B01D67-00, B01D69-08, C04B35-80, B01D71-02, C02F103-04, C02F1-28, C02F1-44
【公開號】CN104785123
【申請號】CN201510110265
【發明人】郭芳威, 蔡黃越, 趙曉峰, 洪亮, 桑志宏
【申請人】海門市森達裝飾材料有限公司, 上海交通大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月13日