專利名稱:一種高滲透性中空纖維陶瓷膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及膜分離技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種中空纖維構(gòu)型陶瓷膜。
背景技術(shù):
陶瓷膜具有耐高溫、強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕、無生物降解、孔徑分布可控、易于再生、 使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注,在廢水和廢氣處理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?,F(xiàn)有技術(shù)陶瓷膜一般為單通道或多通道管式構(gòu)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(jù)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(xiàn)有的陶瓷膜無法滿足大規(guī)模水處理、高溫廢氣過濾凈化等應(yīng)用中對(duì)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(jìn)行了大量的研究,其中以相轉(zhuǎn)化法制備的中空纖維構(gòu)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(yōu)點(diǎn)而獲得了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。目前,現(xiàn)有技術(shù)相轉(zhuǎn)化法中空纖維陶瓷膜的制備一般采用水作為內(nèi)外膠凝劑,中空纖維構(gòu)型陶瓷膜通常呈典型的非對(duì)稱結(jié)構(gòu),如圖1所示,由內(nèi)外表皮層1、內(nèi)外指狀孔層2以及中間的海綿狀層 3構(gòu)成。由于層數(shù)較多、中間的海綿狀層2較厚,因此現(xiàn)有的這種結(jié)構(gòu)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(nèi)、外表皮層致密程度相當(dāng),使得內(nèi)表皮層也會(huì)引起部分阻力,不利于降低膜阻力,從而導(dǎo)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(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種呈非對(duì)稱結(jié)構(gòu)、構(gòu)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(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型提供的一種高滲透性中空纖維陶瓷膜,由內(nèi)向外依次由內(nèi)表皮層、指狀孔層、外部多孔層構(gòu)成。本實(shí)用新型減少了現(xiàn)有中空纖維陶瓷膜的層數(shù),消除了現(xiàn)有技術(shù)位于中間的海綿狀層,有利于降低跨膜滲透阻力。進(jìn)一步地,本實(shí)用新型主要由所述指狀孔層構(gòu)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(shí)用新型主要由中間較厚的指狀孔層構(gòu)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(shí)用新型所述外部多孔層的厚度為10 30 μ m,內(nèi)表皮層的厚度為1 5 μ m。本實(shí)用新型所述外部多孔層可以為海綿狀層。本實(shí)用新型具有以下有益效果本實(shí)用新型減少了現(xiàn)有中空纖維陶瓷膜的層數(shù),消除了現(xiàn)有技術(shù)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(gòu)型,膜孔隙率可以達(dá)到50%以上,且內(nèi)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(dāng)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(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述圖1是現(xiàn)有技術(shù)中空纖維陶瓷膜的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中內(nèi)表皮層1,指狀孔層2,海綿狀層3,外部多孔層具體實(shí)施方式
圖2所示為本實(shí)用新型一種高滲透性中空纖維陶瓷膜的實(shí)施例,由內(nèi)向外依次由內(nèi)表皮層1、指狀孔層2、外部多孔層4構(gòu)成,膜壁厚度為240 μ m。其中,內(nèi)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(shí)施例中空纖維陶瓷膜可采用如下相轉(zhuǎn)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(wěn)定氧化鋯)粉體,經(jīng)24h連續(xù)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?dú)鈮毫筒AмD(zhuǎn)子流量計(jì)控制從紡絲頭內(nèi)管流出的芯液流速為30ml/min,最后施加氮?dú)鈮毫⒊檎婵蘸蟮蔫T膜漿料擠入含內(nèi)插管的噴絲頭,其中噴絲頭外徑和內(nèi)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(jīng)過1.5cm的空氣間隙后浸入無水乙醇(外凝固浴)進(jìn)行24h膠凝固化。(4)膠凝固化后YSZ中空纖維膜前驅(qū)體經(jīng)干燥后,在1350°C保溫4h燒成,最后自然冷卻至室溫得到本實(shí)施例非對(duì)稱結(jié)構(gòu)YSZ中空纖維陶瓷膜。本實(shí)施例采用弱膠凝劑取代強(qiáng)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(dá)到50%,純水滲透通量為4. 30m3/(m2 · h · bar)。而現(xiàn)有技術(shù)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(yuǎn)低于前者。這是由于現(xiàn)有技術(shù)主要由中間海綿狀層3和小指狀孔層2構(gòu)成(見圖1),因而滲透阻力大,滲透通量相對(duì)更低。
權(quán)利要求1.一種高滲透性中空纖維陶瓷膜,其特征在于由內(nèi)向外依次由內(nèi)表皮層(1)、指狀孔層O)、外部多孔層(4)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(nèi)表皮層(1)的厚度為1 5 μ m。
5.根據(jù)權(quán)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(shí)用新型公開了一種高滲透性中空纖維陶瓷膜,由內(nèi)向外依次由內(nèi)表皮層、指狀孔層、外部多孔層構(gòu)成。本實(shí)用新型構(gòu)型合理,減少了現(xiàn)有中空纖維陶瓷膜的層數(shù),消除了現(xiàn)有技術(shù)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(gòu)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(hào)B01D71/02GK202136924SQ201120252218
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月16日
發(fā)明者周健兒, 常啟兵, 張小珍, 江瑜華, 汪永清, 胡學(xué)兵 申請人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院