專利名稱：一種高滲透性中空纖維陶瓷膜的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及膜分離技術領域，尤其涉及一種中空纖維構型陶瓷膜。
背景技術：
陶瓷膜具有耐高溫、強度高、耐化學腐蝕、無生物降解、孔徑分布可控、易于再生、 使用壽命長等優點而受到廣泛關注，在廢水和廢氣處理等領域具有廣闊的應用前景。現有技術陶瓷膜一般為單通道或多通道管式構型膜，其外徑通常為3 20cm，膜的單位體積裝填密度小(< 300m2/m3)，膜裝備占據空間大，分離效率低；而且，陶瓷膜一般是通過顆粒間的自由堆積而形成孔隙，孔隙率普遍較低35% )，流體滲透阻力較大，因此現有的陶瓷膜無法滿足大規模水處理、高溫廢氣過濾凈化等應用中對降低膜滲透阻力、降低壓力損失 (減小背壓)和有效提高過濾效率的迫切要求。為此，近年來人們進行了大量的研究，其中以相轉化法制備的中空纖維構型陶瓷膜(外徑小于2mm)，由于具有單位體積裝填密度大 (> 1000m2/m3)、制備工藝簡單、成本低等突出優點而獲得了廣泛的關注和應用。目前，現有技術相轉化法中空纖維陶瓷膜的制備一般采用水作為內外膠凝劑，中空纖維構型陶瓷膜通常呈典型的非對稱結構，如圖1所示，由內外表皮層1、內外指狀孔層2以及中間的海綿狀層 3構成。由于層數較多、中間的海綿狀層2較厚，因此現有的這種結構其跨膜流體阻力較大， 加之指狀孔層2其孔形為較短的小指狀，而且內、外表皮層致密程度相當，使得內表皮層也會引起部分阻力，不利于降低膜阻力，從而導致膜的滲透通量低，影響了膜滲透性能，不利于提高中空纖維陶瓷膜的分離效率。
實用新型內容本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種呈非對稱結構、構型合理的中空纖維陶瓷膜，以降低跨膜滲透阻力、提高膜滲透通量，從而有效提高膜滲透性能。本實用新型的目的通過以下技術方案予以實現本實用新型提供的一種高滲透性中空纖維陶瓷膜，由內向外依次由內表皮層、指狀孔層、外部多孔層構成。本實用新型減少了現有中空纖維陶瓷膜的層數，消除了現有技術位于中間的海綿狀層，有利于降低跨膜滲透阻力。進一步地，本實用新型主要由所述指狀孔層構成，其厚度占膜壁厚度的90 95%，其孔呈膜管徑向延伸并貫穿所處層。本實用新型主要由中間較厚的指狀孔層構成，且其孔形為較長的大指狀，有利于降低流體滲透阻力和提高滲透性。上述方案中，本實用新型所述外部多孔層的厚度為10 30 μ m，內表皮層的厚度為1 5 μ m。本實用新型所述外部多孔層可以為海綿狀層。本實用新型具有以下有益效果本實用新型減少了現有中空纖維陶瓷膜的層數，消除了現有技術位于中間的海綿狀層所帶來的弊端，且以位于中間的大指狀孔層為主，從根本上改變了中空纖維陶瓷膜的構型，膜孔隙率可以達到50%以上，且內表面孔徑和孔隙率大于外表面，更加有利于處于外表、較薄的多孔層充當分離層，并且降低了跨膜滲透阻力、提高了膜滲透通量，有效提高了膜滲透性能。
下面將結合實施例和附圖對本實用新型作進一步的詳細描述圖1是現有技術中空纖維陶瓷膜的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例的結構示意圖。圖中內表皮層1，指狀孔層2，海綿狀層3，外部多孔層具體實施方式
圖2所示為本實用新型一種高滲透性中空纖維陶瓷膜的實施例，由內向外依次由內表皮層1、指狀孔層2、外部多孔層4構成，膜壁厚度為240 μ m。其中，內表皮層1、外部多孔層4的厚度分別為2 μ m和16 μ m，外部多孔層4可以為海綿狀層。指狀孔層2的厚度占膜壁厚度的92. 5 %，其孔呈膜管徑向延伸并貫穿所處層。本實施例中空纖維陶瓷膜可采用如下相轉化法制備(1)將聚醚砜和聚乙烯吡咯烷酮溶于N-甲基吡咯烷酮制備成聚合物溶液，再加入平均粒徑為0. 80 μ m的YSZ (氧化釔穩定氧化鋯)粉體，經24h連續攪拌后制得鑄膜漿料， 其組成為53. 4wt% YSZ粉體、9. 1襯％聚醚砜、36. 5wt% N-甲基吡咯烷酮、1. 聚乙烯吡咯烷酮。(2)將制備的鑄膜漿料加入紡絲裝置上的漿料罐中，先抽真空0. 5h以脫除殘余氣泡，然后通芯液水，并通過氮氣壓力和玻璃轉子流量計控制從紡絲頭內管流出的芯液流速為30ml/min，最后施加氮氣壓力將抽真空后的鑄膜漿料擠入含內插管的噴絲頭，其中噴絲頭外徑和內徑分別為2. 5mm和1. 0mm。(3)從噴絲頭擠出的纖維濕膜以4. Om/min的速率經過1.5cm的空氣間隙后浸入無水乙醇(外凝固浴)進行24h膠凝固化。(4)膠凝固化后YSZ中空纖維膜前驅體經干燥后，在1350°C保溫4h燒成，最后自然冷卻至室溫得到本實施例非對稱結構YSZ中空纖維陶瓷膜。本實施例采用弱膠凝劑取代強膠凝劑水作為外凝固浴，制備獲得的YSZ中空纖維陶瓷膜其開口孔隙率達到50%，純水滲透通量為4. 30m3/(m2 · h · bar)。而現有技術以水為外凝固浴制備的YSZ中空纖維陶瓷膜，其開口孔隙率為42%，純水滲透通量僅為2. 65m3/ (m2 · h · bar)，遠低于前者。這是由于現有技術主要由中間海綿狀層3和小指狀孔層2構成(見圖1)，因而滲透阻力大，滲透通量相對更低。
權利要求1.一種高滲透性中空纖維陶瓷膜，其特征在于由內向外依次由內表皮層(1)、指狀孔層O)、外部多孔層(4)構成。
2.根據權利要求1所述的高滲透性中空纖維陶瓷膜，其特征在于所述指狀孔層(2) 其厚度占膜壁厚度的90 95%。
3.根據權利要求1或2所述的高滲透性中空纖維陶瓷膜，其特征在于所述指狀孔層 (2)其孔呈膜管徑向延伸并貫穿所處層。
4.根據權利要求1或2所述的高滲透性中空纖維陶瓷膜，其特征在于所述外部多孔層⑷的厚度為10 30 μ m,內表皮層(1)的厚度為1 5 μ m。
5.根據權利要求1所述的高滲透性中空纖維陶瓷膜，其特征在于所述外部多孔層(4) 為海綿狀層。
專利摘要本實用新型公開了一種高滲透性中空纖維陶瓷膜，由內向外依次由內表皮層、指狀孔層、外部多孔層構成。本實用新型構型合理，減少了現有中空纖維陶瓷膜的層數，消除了現有技術位于中間的海綿狀層所帶來的弊端，且以位于中間的指狀孔層為主，從根本上改變了中空纖維陶瓷膜的構型，降低了跨膜滲透阻力、提高了膜滲透通量，從而有效提高了膜滲透性能。
文檔編號B01D71/02GK202136924SQ201120252218
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月16日 優先權日2011年7月16日
發明者周健兒, 常啟兵, 張小珍, 江瑜華, 汪永清, 胡學兵 申請人:景德鎮陶瓷學院