由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状陶瓷膜及制法的制作方法

专利名称：由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状陶瓷膜及制法的制作方法
技术领域：
本发明属于中空纤维陶瓷膜技术领域，具体涉及陶瓷膜分离技术和陶瓷膜热交换器 技术，特别涉及一种由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元件及 其制备方法。
背景技术：
据《美国化学工程师协会杂志》(AIChE Journal, 51 (7)(2005) 1991 -2000 )介绍，目前 陶瓷膜的结构主要有平板型，管型和中空纤维三种。对于高温使用的陶瓷膜，现有的平 板型陶瓷膜存在膜组件密封困难的问题；管状陶瓷膜可将膜組件的密封位置移到低温 区，解决了陶瓷膜组件密封困难的问题，但由于管状陶瓷膜较厚，膜的渗透通量低，且 膜组件单位体积内的有效膜面积(称作膜组件的装填密度)较低；中空纤维陶瓷膜元件 的膜组件填装密度较高。
中国专利公开号CN101108310A (专利申请号:200710025876.1 )披露的"一种中 空纤维陶瓷膜元件及其组件"，将若干根中空纤维陶瓷膜集合成中空纤维陶瓷膜束，由 中空纤维陶瓷膜束组装的膜组件两端采用陶瓷密封材料高温封装，解决了采用有^4'占合 剂封装的膜组件不能在高温、强酸、强碱等苛刻条件下使用的问题。这种由若干根中空 纤维陶瓷膜简单集合成束和两端固定密封构成的膜组件，还存在着以下不足其一，单 根中空纤维陶瓷膜元件，由于其机械强度较低，制造长度受到限制，不适宜制造大尺寸 和膜面积容量大的膜组件；其二，由于单根中空纤维陶瓷膜元件的长/径比很大，实际制 备过程中容易随机地弯曲和变形，由此组装的膜组件，其中每^f艮中空纤维陶瓷膜的弯曲 形式和程度各不相同，当在高温下使用和在温度降低到室温的过程中，各根中空纤维陶 瓷膜的热膨胀、收缩以及热应力状态不同，易导致部分中空纤维陶瓷膜破损和断裂，使 膜组件的使用寿命降低；第三，在实际组装膜组件时，要实现中空纤维陶瓷膜管束两端 每根中空纤维陶瓷膜严格高温陶瓷密封，对密封技术的要求很高，因此成品率低，制造 成本高。

发明内容
本发明提出 一种由多4艮中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元件
及其制备方法，在保留中空纤维陶瓷膜的膜组件填装密度高优点的同时，显著提高陶瓷
膜元件的机械强度，从而提高陶瓷膜的制造成品率，有利于制造成大尺寸、高填装密度、
高膜面积容量、高可靠性的陶瓷膜组件。
本发明的由多才艮中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元件，由内径 0.5~3.0毫米、外径l-5毫米、壁厚0.1 1毫米、长50~2000毫米的中空纤维陶瓷膜构成，其特征在于由多根中空纤维陶瓷膜单层并列连接构成长50 2000毫米、宽10~ 200毫米的整体板状中空纤维陶瓷膜元件，其中相邻中空纤维陶瓷膜内壁之间的最小距 离大于或等于对应中空纤维陶瓷膜的壁厚、小于中空纤维陶瓷膜壁厚的二倍；在板状中 空纤维陶瓷膜元件的厚度方向上，相邻中空纤维陶瓷膜间的最小连接尺寸为相邻中空纤 维陶瓷膜外径的10-50%。
本发明的由多根中空纤維陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元件的制备 方法，其特征在于先按质量比称取70 ~ 80 %的陶瓷膜材料粉体、0.4 ~ 0.6 %的聚醚砜成 型剂、20-30 %的N-曱基吡咯烷酮(NMP )有机溶剂、和0.03 ~ 0.05 %的聚乙烯吡咯烷 酮(PVP)表面活性剂，球磨混合24 ~ 48小时制成陶瓷粉体浆料；然后采用相转化法将 陶瓷粉体浆料制备成陶瓷膜生坯，最后以900 1600。C烧结5~20小时制备成板状中空纤 维陶瓷膜元件；
所述采用相转化法将陶资粉体浆料制备成陶瓷膜生坯，可选用以下两种方式之一进 行第一种方式是先采用相转化法挤出成型所需的中空纤维陶瓷膜单管生坯，然后将多 根尺寸相同的中空纤维陶瓷膜单管生坯单层并列于平面底板上，且从并列的多根中空纤 维陶瓷膜单管生坯的两侧，沿并列方向向内施以0.05~0.5N/cm的均匀挤压力，在并列 的各中空纤维陶瓷膜单管生坯之间相互挤压接触的条件下，以900~1600°C烧结5~20小 时，烧结连接构成由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的整体板状中空纤维陶瓷膜元 件；或，第二种方式是先采用相转化法直接挤出成型为由多根中空纤维陶瓷膜并列连接 构成的整体板状中空纤维陶资膜元件生坯，然后以卯0 1600'C烧结5~20小时，烧结形 成整体的由多根中空纤维陶覺膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元件。
当采用上述第一种方式制备时，挤出成型中空纤维陶瓷膜单管湿坯使用的模具由两 个同轴的内、外管构成，模具外管的内径对应于所要制备的板状中空纤维陶瓷膜元件中 各中空纤维陶资膜的外径，模具内管的外径对应于所要制备的板状中空纤维陶瓷膜元件 中各中空纤维陶瓷膜的内径，模具内管的外径与外管的内径之差的二分之一对应于所要 制备的板状中空纤维陶瓷膜元件中各中空纤维陶瓷膜的壁厚；挤出成型时，陶瓷粉体浆 料在0.02-lMPa的压力的推动下从模具内、外管之间的圆环型缝隙中挤出，成型为管 状中空纤维陶瓷膜湿坯；在中空纤维陶瓷膜湿坯从模具挤出的同时，相转化法所使用的 固化剂水从模具的内管以每分钟2 ~ 20毫升的流量进入挤出的中空纤維陶瓷膜的管内， 并且刚从模具挤出的膜管湿坯立即浸入固化剂水槽内；在20-50。C条件下，中空纤维陶 瓷膜湿坯管壁内的有机溶剂同时与管壁内、外两侧的水进行交换，交换24-48小时后 膜管固化，然后在10-50。C大气环境下千燥；将干燥后的中空纤维陶瓷膜生坯截成所需 长度的中空纤维陶瓷膜单管生坯；将若干根尺寸相同的中空纤维陶瓷膜单管生坯两端对 齐、单层密排于平面底板上，并从并列的多根中空纤维陶瓷膜单管生坯的两侧、沿并列 方向向内施以0.05 ~ 0.5N/cm的均勻挤压力，在并列的各中空纤维陶瓷膜单管生坯之间呈紧密挤压接触的条件下，以900 160(TC烧结5~20小时。
当采用上面所述的第二种方式制备时，采用整体板状中空纤维陶瓷膜元件湿坯的挤 出成型模具，该模具由外形模和梳状模芯组合构成；所述梳状模芯为在一个一端封闭 的总直管上，从距离封闭端5 ~ 10毫米起，依次在同一直线上等距离分布有若干个等长 度的支管，该支管的外径对应于所要制备的板状中空纤维陶资膜元件的各中空纤维陶瓷 膜的内径，相邻支管外径之间的距离对应于所要制备的板状中空纤维陶瓷膜元件中相邻 中空纤维陶瓷膜内壁之间的最小距离，支管的根数对应于所要制备的板状中空纤维陶瓷 膜元件中所包含的中空纤维陶瓷膜的数量，支管长度为10-20毫米；总直管与各支管 相连通，总直管的非封闭端用作相转化法所用固化剂水的输入口；所述外形模为在厚 5~10毫米的平板上，在同一直线上等距离开设有多个内径相等并相互连接的通孔，孔 的数量与模芯支管的数量相等，相邻孔的中心距离与模芯上相邻支管之间的中心距离相 等，孔的内径与模芯支管外径之差的二分之一对应于所要制备的板状中空纤维陶瓷膜元 件的中空纤维陶乾膜的壁厚；相邻连接的两个孔的圆相交而确定的公共弦的弦长对应于 所要制备的板状中空纤维陶瓷膜元件在厚度方向上相邻中空纤维陶瓷膜间的最小连接 尺寸；在组装挤出成型模具的外形模和模芯时，外形模多孔板作为陶瓷浆料罐的罐底， 模芯各支管与对应的外形模各孔同轴，沿轴向从上往下插入对应的各孔；模芯的总直管 在距离罐底内表面5 ~ 10毫米处固定于陶瓷浆料罐内，位于罐底内表面之上且平行于罐 底内表面；模芯各支管的下端与陶瓷浆料罐罐底的下表面平齐；挤出成型时，浆料罐中 的陶瓷粉体浆料在0.02- lMPa压力的推动下从外形模与模芯支管之间的缝隙挤出并成 型，与此同时，固化剂水以每分钟2-20毫升的流量进入各中空纤维陶瓷膜的管内，刚 从模具中挤出的湿坯立即浸没在固化剂水槽内；在20 ~ 50。C条件下，固化剂水从陶瓷膜 湿坯的内、外两侧同时与湿坯膜内的有机溶剂进行交换，交换24~48小时使膜湿坯固 化；然后在10-50'C大气环境下干燥；将干燥后的陶瓷膜生坯截成所需长度，然后以 900 ~ 1600°C高温烧结5~20小时。
所述中空纤维陶资膜为致密陶资膜或多孔陶瓷膜；可以是两端开口，或一端开口、 另 一端封闭的中空纤维陶瓷膜。
所述由多根中空纤维陶资膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元件，制备所用的 陶瓷粉体材料为当制备用于气体分离的致密陶瓷膜元件时，选用对应气体的离子-电子 混合导电材料，其中，用于制备致密氧分离陶瓷膜元件的材料包括Lao.75Sro,25Mn03、 SrCo。.8Feo.203、Bao.5Sro.5Coo.8Feo.503、体积比占40 ~ 60%的Zr0.82Y0.18O2与La0.75Sr0.25MnO3 的双相复合氧离子-电子混合导电材料或体积比占40 ~ 60 %的Ce08Sm0.2O2与 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.5O3的乂^f目复合氧离子-电子混合导电材料；用于制备致密氢分离陶瓷膜 元件的材料选用多相复合氲离子-电子混合导电材料Ni-Ba(Zro.iCeo.7Yo.2)03;当制备热交 换器用致密陶瓷膜元件或制备筛分用多孔陶瓷膜元件时，选用的材料包括A1203、Zr0.82Y0.18OaMgAl2O4。由于不同陶瓷材料的烧结收缩性质不同，还由于相同的陶瓷材料若挤出成型陶瓷膜 湿坯时使用的浆料的固含量不同，陶瓷膜湿坯的固化、干燥收缩以及干燥生坯的烧结收 缩性质也将不同。因此，采用上述两种方式之一制备陶瓷膜生坯时，应根据所要制备的 板状中空纤维陶瓷膜元件的结构尺寸，预留出对应陶瓷膜湿坯在固化、干燥过程，以及 干燥生坯在烧结过程中各尺寸的收缩变化量，进行陶瓷膜湿坯挤出模具结构尺寸设计和 干燥生坯截断长度确定；或根据预实验得到的从陶瓷膜湿坯到烧结成型的收缩量结果， 进行陶瓷膜湿坯挤出模具结构尺寸设计和干燥生坯截断长度确定。与现有技术相比较，本发明由于将多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成一个整体的板 状中空纤维陶瓷膜元件，与单根中空纤维陶瓷膜元件相比，机械强度显著提高。由于陶 瓷膜元件机械强度的提高，可以大大增加单件陶瓷膜元件的制造尺寸，尤其是长度尺寸， 有利于制造大尺寸、膜面积容量高的陶瓷膜组件，并提高陶瓷膜组件的可靠性和使用寿 命，更适于工业应用。这是本发明的由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤 维陶瓷膜元件的突出优点之一。本发明的板状中空纤维陶瓷膜具有广泛的工业应用由不同功能陶瓷材料制备的板 状致密中空纤维陶瓷膜元件，可用于制造各种气体的分离膜组件或化工膜反应器；由化 学惰性陶瓷材料制备的板状致密中空纤维陶瓷膜元件，可用作制造高温陶瓷膜热交换 器；板状多孔中空纤维陶瓷膜元件，可用于组装各种分筛和提纯膜组件。本发明的由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成整体的板状中空纤维陶瓷膜元件，与 相应数量分立的中空纤维陶乾膜元件相比，表面上由于相邻中空纤维陶资膜的连接而损 失了部分膜面积，但实际使用中是将若干陶瓷膜元件组成膜组件，由于膜组件密封和相 关操作介质输运的需要，在各陶瓷膜元件之间要留出一定的距离，因此，与采用本发明 的板状中空纤维陶瓷膜元件组装膜组件相比，采用分立的单根中空纤维陶瓷膜元件组装 膜组件，由于陶瓷膜元件的排布相对分散，相同尺寸的膜组件可以安装的分立的中空纤 维陶瓷膜元件的数量相对减少。因此，就膜组件的装填密度而言，采用本发明的板状中 空纤维陶瓷膜元件组装膜组件，不会因中空纤维陶瓷膜的连接和部分膜面积损失而导致 膜组件的填装密度下降，相反，往往可以进一步提高填装密度，尤其是组装大尺寸的工 业应用膜组件。本发明的板状中空纤维陶瓷膜元件，将各中空纤维陶瓷膜的结构尺寸选择为壁厚 0.1~1毫米、内径0.5-3.0毫米、外径1 ~5毫米和长50-2000毫米，主要是从强度和 制备成品率考虑，当中空纤维陶资膜的壁厚靠其范围的下限选择时，中空纤维陶瓷膜的 内外径和长度也对应选择其范围的下限，反之，靠上限选择；而将该板状中空纤维陶瓷 膜元件选择为长度50-2000毫米和宽度10 ~ 200毫米范围主要也是从膜元件的强度和 制备难易程度或制造成品率考虑，当板状中空纤维陶瓷膜元件中各中空纤维陶瓷膜的尺寸(壁厚、内外径和长度)选择为尺寸范围的下限时，板状中空纤维陶瓷膜元件的长度 和宽度尺寸也对应选择其范围的下限，反之，板状中空纤维陶瓷膜元件的长、宽靠其尺 寸范围的上限选择；本发明的由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶资 膜元件，其中的相邻中空纤维陶覺膜的并列连接尺寸，即相邻中空纤维陶资膜内壁之
间的最小距离，大于或等于对应中空纤维陶瓷膜的壁厚、小于中空纤维陶瓷膜壁厚的二 倍，以及，在板状中空纤维陶瓷膜元件的厚度方向上，相邻中空纤维陶瓷膜间的最小连
接尺寸为对应中空纤维陶瓷膜外径的10 ~ 50%;该连接尺寸选择一是考虑到一tt性陶 瓷材料的抗压强度远大于其抗拉强度，二是考虑在连接强度足够的条件下，尽可能减小 因相邻中空纤维陶瓷膜的连接而损失的有效膜的面积。


图1为本发明的板状中空纤维陶瓷膜元件在垂直于中空纤维陶瓷膜中轴方向上的截 面结构示意图。
图2为本发明的一端开口 、另一端封闭的板状中空纤维陶瓷膜元件的结构示意图。
图3为本发明的两端开口的板状中空纤维陶瓷膜元件的结构示意图。
图4为本发明的由若干才艮中空纤维陶瓷膜并列连接构成的整体板状中空纤维陶瓷膜
湿坯挤出模具的纵剖面结构示意图。
图5为本发明的由若干根中空纤维陶资膜并列连接构成的整体板状中空纤维陶瓷膜
湿坯挤出模具的横剖面结构示意图。
具体实施例方式
实施例1:釆用相转化法制备一端开口、 一端封闭的LSM-YSZ中空纤维陶乾膜单 管生坯，然后将30根干燥的中空纤维陶瓷膜生坯单层并列密排，并在相邻中空纤维陶 瓷膜生坯之间施加一定挤压力，在此状态下以高温烧结，制成由30根中空纤维陶瓷膜 并列连接构成的板状致密中空纤维透氧陶瓷膜元件。
本实施例的具体步骤如下
1、 按Lao.7Sra3Mn03 (LSM)与Zra82Yai802 (YSZ)的质量比为70:100,称取平均 粒径为0.6微米的LSM粉体和平均粒径为0.3微米的YSZ,以乙醇为介质将LSM和YSZ 球磨混合24小时，然后蒸发除去乙醇介质，得到LSM/YSZ混合粉体。
2、 按质量比称取70%的LSM/YSZ混合粉体、0.5 %的聚醚砜(PESf)成型剂(或 称凝聚剂)、30 %的N-曱基吡咯烷酮(NMP )有机溶剂和0.04 %的聚乙烯吡咯烷酮(PVP ) 表面活性剂，球磨混合48小时制备成浆料，对浆料进行真空脱气1 ~ 2小时。
3、 利用上述制备的浆料采用相转化法制备一端封闭、 一端开口的LSM/YSZ中空纤 维陶瓷膜生坯。所谓相转化法制备中空纤维陶瓷膜生坯，是指先将陶瓷粉体、高分子聚 合物成型剂、可溶解高分子聚合物成型剂的有机溶剂和适量的表面活性剂，均匀混合制 备成陶瓷粉体浆料，然后采用浆料挤出技术将陶资粉体浆料制成陶瓷膜的湿坯，再用与高分子聚合物成型剂不相溶的固化剂，例如水，交换陶资膜湿坯内的有机溶剂，由于陶 瓷膜湿坯内的高分子聚合物成型剂不溶于固化剂水而变得"僵直"，僵直的聚合物分子 形成具有一定刚性和弹性的三维网络，并将粉体颗粒固定，从而实现陶瓷湿坯的固化。 之所以称为相转化法，是因为该技术利用了有机溶剂、固化剂和高分子聚合物的三元相 图平衡原理。相关技术可参见荷兰Elsevier公司出版的《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science 193 (2001) 249-260 )的文献报道。本实施例中空纤维陶瓷膜湿坯挤出成型使用的模具为内管的外径1.6毫米，内管 的内径1毫米，外管的内径为2.6毫米。挤出时对陶瓷浆料施加的挤出压力为O.lMPa, 内管固化剂水的流量为6毫升/分钟，温度为25°C,湿坯膜在25。C水中浸没24小时相 转变和固化。为了制备一端封闭、 一端开口的中空纤维陶瓷膜，本实施例采用挤压封口 技术，即在中空纤维陶瓷膜湿坯的挤出过程中，在中空纤维陶瓷膜湿坯刚挤出模具和未 固化前，每间隔110厘米长度，使用夹具从外向内轴对称地挤压膜管，形成长约5毫米 的内孔闭合段；待湿坯膜管在水中浸泡24小时完成相转变和固化后，在膜管内孔闭合 段的中间位置以及两个内孔闭合段的中间位置，将膜管截断并室温干燥；干燥后的一端 封闭、 一端开口的LSM/YSZ中空纤维陶乾膜生坯的尺寸为外径2.35毫米、壁厚0.33 毫米、长度52厘米，湿坯膜管在固化、干燥过程中，径向收缩率约为8.5%，轴向收缩 率约5%。4、将30根由步骤3制备的一端封闭、 一端开口的干燥中空纤维陶瓷膜生坯，开口 端和开口端对齐、封闭端与封闭端对齐、单层紧密并列于平面底板上，并列的30根中 空纤维陶瓷膜生坯的两侧加上两块截面为方形的平直陶瓷夹板，夹板的长度大于或等于 中空纤维陶瓷膜生坯的长度，并将其中一侧的夹板固定，另一测可移动的夹板外测，设 有若干根均匀分布的施力顶杆，顶杆的一端顶住夹板，另一端与压力可调的弹簧相连， 通过调节每根顶杆弹簧的压缩弹力调节夹板对并列的30根中空纤维陶瓷膜生坯的挤压 力。本实施例中施加的平均挤压力为0.2N/cm。在并列的各中空纤维陶瓷膜生坯之间相 互接触挤压力为0.2N/cm的条件下，在1350。C烧结10小时，得到由30根中空纤维陶瓷 膜烧结后并列连接构成的板状致密LSM/YSZ中空纤维陶瓷膜元件，其长度L为40厘 米、宽W为5厘米，其中的各中空纤维陶瓷膜的外径D为1.8毫米，壁厚S为0.16毫米， 内径d为1.48毫米，对应于生坯的径向烧结收缩率约为23%,轴向的烧结收缩率约为 21%;在板状中空纤维陶瓷膜元件的厚度方向上，相邻中空纤维陶瓷膜间的最小连接尺 寸H为0.2毫米，相邻中空纤维陶瓷膜内壁之间的最小距离距离S为0.31毫米。每件 板状致密LSM/YSZ中空纤维陶瓷膜元件的有效膜面积约573平方厘米，特征编号记作 40-5-1.8-573-U,即长-宽-厚-膜面积-类型，"U"表示"一端封闭、 一端开口"的板状 中空纤维陶瓷膜元件。附图1为本发明的板状中空纤维陶瓷膜元件在垂直于中空纤维陶瓷膜中轴方向上的截面结构示意图，图1中的右上侧为其中两个相邻的中空纤维陶瓷膜截面结构尺寸的放 大图。附图2给出了本实施例中制备的一端开口、另一端封闭的板状中空纤维陶瓷膜元 件的结构示意图。
实验结果显示，当采用相转化法制备LSM/YSZ中空纤维陶瓷膜生坯使用的叙\体浆 料的固含量太低时，例如60%,这时湿坯的固化、干燥收缩会远大于8~9%,达到约 12%，生坯烧结收缩率可达到24~25%。在陶瓷器件的制备过程中，大的收缩变形将显 著影响陶瓷膜的制造成品率。提高挤出成型浆料的固含量，可以降低湿坯的固化、干燥 收缩率及生坯的烧结收缩率。但浆料的固含量太高，例如大于80%,将显著影响浆料的 流动性和挤出成型性。因此，本发明将采用相转化法制备陶瓷膜生坯的浆料固含量范围 选择为70 ~ 80 % 。
5、 利用上述制备的板状致密LSM/YSZ中空纤维陶瓷膜元件40-5-1.8-573-U，采用 钟罩式金属外壳组装氧(空气)分离膜组件，钟罩式金属外壳的壁厚为10毫米，其下 段为圓柱，顶端为等直径的球冠，圆柱段的高度为41厘米，内径200毫米；钟罩式金 属外壳膜组件分为透氧室、纯氧集流室、和位于透氧室和纯氧集流室之间并将两者密封 隔离的板状中空纤维陶瓷膜元件的安装底座，纯氧集流室位于安装底座的下面；板状致 密LSM/YSZ中空纤维陶乾膜元件40-5-1.8-573-U开口端向下安装于底座，陶瓷膜元件 的各中空纤维陶瓷膜管与纯氧集流室连通，平行安装于底座的各板状中空纤维陶瓷膜元 件之间的间距为0.5毫米，板状中空纤维陶乾膜元件与金属外壳内壁之间的距离为5毫 米，即实际安装底座的板状中空纤维陶瓷膜元件安装圆直径为190毫米；板状中空纤维 陶瓷膜元件与安装底座之间采用高温陶瓷封接，板状中空纤维陶瓷膜元件的底板安装和 封接总长度为5毫米，相应单件板状致密LSM/YSZ中空纤维陶瓷膜元件40-5-1.8-573-U 的有效膜面积损失约1 %;本实施例的膜组件，陶瓷膜的填装容积为12560立方厘米(兀一L =t: x 102 x 40);按上述设计安装，可装填214件40-5-1.8-573-U板状致密LSM/YSZ中 空纤维陶瓷膜元件，总有效膜面积为121396平方厘米(573 x 214 x 0.99),对应膜组件的 填装密度为966 (m2/m3 )。
6、 将900~ 1000°C的高压预热空气从膜组件外壳的球冠顶部输入透氧室，氧透过 板状致密LSM/YSZ中空纤维陶瓷膜，并由陶瓷膜的内孔通道进入纯氧集流室，然后从 纯氧集流室的出口输出，贫氧热空气从设在透氧室圓柱金属外壳下段的排气口输出。
对比使用分立的外径D为1.8毫米、内径d为1.48毫米、壁厚S为0.16毫米的中空 纤维陶瓷膜元件，30根中空纤维陶瓷膜元件的膜总面积为616平方厘米。由此计算可知， 本实施例由30根中空纤维陶瓷膜烧结后并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元件 40-5-1.8-573-U，因烧结使中空纤维陶瓷膜之间并列连接而损失的膜面积约占6.8%。如 果采用长度L为40厘米、外径D为1.8毫米、壁厚S为0.16毫米的一端封闭、 一端开 口的分立中空纤维陶瓷膜元件组装膜组件，膜元件之间的排布间隔距离同样为0.5毫米，则设计可安装的分立中空纤维陶瓷膜元件的数量为5206,计算得到单根中空纤维陶瓷膜 的膜面积为20.3平方厘米(扣除安装、密封损失1%)，膜组件的填装密度仅为841 (m2/m3),低于本实施例的966 (m2/m3)填装密度。应当指出的是，对于陶瓷膜元件安装底板为圓形的膜组件，采用本实施例的 40-5-1.8-573-U陶瓷膜元件组装膜组件，由于单件陶瓷膜元件安装所要求的特定尺寸的 安装面积(与单件膜的截面对应)较大，底板上不足以再安装一件21-5-1.8-480-U陶瓷 膜的剩余面积较大，但这些不能利用的安装面积所占的比例，将随着圆形安装底板尺寸 的相对增大而减小，换句话说，膜组件的填装密度将随着圆形安装底板尺寸的相对增大 而进一步提高。还有应强调一点是，由于单根中空纤维陶瓷膜元件的机械强度低，实际制备单根长 度L为40厘米、外径D为1.8毫米、壁厚S为0.16毫米的一端封闭、 一端开口的分立 中空纤维陶资膜元件，在技术上相当困难，或成品率^艮低；此外，与采用本发明的^K状 中空纤维陶资膜元件相比，采用分立的中空纤维陶瓷膜元件组装膜组件安装底板的结构 复杂，膜组件的密封难度大，不利于工业化生产。本实施例制备的由多根中空纤维陶瓷膜并列烧结连接构成的板状中空纤维陶瓷膜 元件40-5-1.8-573-U，其相邻中空纤维陶资膜内孔壁之间在板状中空纤维陶瓷膜元件的 厚度方向上的最小连接尺寸H为0.2毫米，约为中空纤维陶瓷膜外径的11 % ，相应的膜 面积损失约7%;若制备较宽的板状陶瓷膜元件，例如W^10厘米，这时H的绝对值 应稍大，以提高板状陶瓷膜元件的横向抗弯折强度，但H越大，对应的有效膜的面积损 失就越大。实施例2:制备由30根两端开口的致密LSM-YSZ中空纤维陶瓷膜并列连接构成的 板状致密中空纤维透氧陶瓷膜元件图3为本实施例将要制备的两端开口的板状致密LSM/YSZ中空纤维陶瓷膜元件的 结构示意图。采用相转化法和烧结制备的具体步骤如下LSM-YSZ混合粉体和浆料的制备方法与实施例1基本相同，不同的只是本实施例 制备的LSM-YSZ浆料的固含量约为80 % ，即浆料的配料为80%的LSM-YSZ粉体、 0.5%的聚醚砜成型剂、20%的N-甲基吡咯烷酮有机溶剂和0.04%的聚乙烯吡咯烷酮表 面活性剂。将LSM-YSZ浆料采用相转化法制备两端开口的LSM-YSZ中空纤维陶瓷膜生坯的. 挤出、固化工艺参数与实施例1中步骤3的基本相同，不同的只是本实施例的中空纤维 陶瓷膜生坯不进行挤压封口 ；另外，由于本实施例的挤出陶瓷浆料的固含量为80 % ，浆 料的流动性比实施例l(浆料固含量70% )的稍差，因此，本实施例的挤出压力为0.3MPa。将干燥后的LSM-YSZ中空纤维陶资膜生坯截成长度L为1000毫米。本实施例中两端开口的LSM-YSZ中空纤维陶瓷膜干燥生坯的外径约为2.4毫米、壁厚0.35毫米。 将30根LSM-YSZ中空纤维陶瓷膜生坯两端对齐并列于平面底板上、相邻单管之间紧 密接触，从并列中空纤维的两侧施以0.3N/cm的挤压力(施力方法与实施例1相同)， 在1350'C烧结10小时，得到长度L为82厘米、宽W为5.3厘米的板状致密LSM/YSZ 中空纤维陶瓷膜元件，其中各致密LSM/YSZ中空纤维陶资膜的外径D为1.82毫米、壁 厚S为0.163毫米，相邻致密LSM-YSZ中空纤维陶瓷膜间的烧结连接尺寸H为0.25毫 米，相邻中空纤维陶瓷膜内壁之间的最小距离距离S为0.31毫米；单件板状致密 LSM/YSZ中空纤维陶资膜元件的有效膜面积为1358平方厘米，特征编号记作 82-5-1.82隱1358國T, "T"表示"两端开口"的板状致密或多孔中空纤维陶瓷膜元件。
本实施例中湿坯膜管在固化、干燥过程的径向收缩率约7.5%，低于实施例1的8.5 %;干燥LSM/YSZ中空纤维膜生坯的烧结收缩率约为22%,同样小于实施例1的23 %。根据实验得到的一般规律是相转化法制备陶瓷膜生坯使用的挤出浆料，其固含量 高，对应湿坯固化、干燥，以及生坯烧结过程的收缩率相对较低；反之，相关过程的收 缩率相对4交大。
利用上述制备的板状致密LSM/YSZ中空纤维陶瓷膜元件82-5-1.8-1358-T组装圓柱 形金属外壳膜组件首先将若干82-5-1.8-1358-T陶瓷膜元件安装于直径为300毫米的两 个金属圆盘型安装法兰之间，金属圆盘型安装法兰的周边留下5毫米宽度的空白，其余 面积按间距0.5毫米垂直排布安装82-5-1.8-1358-T陶瓷膜元件，陶瓷膜元件两端与金属 圓盘安装座的外平面平齐，并用环氧树脂胶密封，构成膜组件的"膜芯"；然后将其置 于内径为300毫米的膜组件金属外壳内；膜芯两端的金属圓盘，其中一端的金属圆盘与 金属外壳一端的安装法兰固定密封连接，金属圆盘的外侧面与集气室密封连接；膜芯另 一端的金属圆盘座与膜組件金属外壳的另一端的连接法兰之间，采用硅橡胶密封件呈封 密软连接，金属圆盘的另一侧面与配气室密封连接；膜组件的配气室和集气室分别设有 进气口和出气口；将膜组件置于两端低、中间高的三段式温场中，或用于空气氧分离制 纯氧，或用作甲烷部分氧化的膜反应器；
用作空气氧分离制备纯氧时，膜组件配气端的进气口封闭，高温压缩或常压空气从 膜组件的金属外壳输入，氧渗透通过平板致密LSM/YSZ中空纤维陶瓷膜后进入内管， 由内管进入集气室，再由出气口输出；
用作曱烷部分氧化膜反应器时，空气氧依然从膜组件的金属外壳输入，渗透通过平 板致密LSM/YSZ中空纤维陶乾膜后到内管，曱烷反应气由膜组件配气的进气口输入， 经配气室进入各平板致密LSM/YSZ中空纤维陶资膜内管，与渗透进到内管的氧反应， 曱烷部分氧化产物气体从膜组件另 一端的集气室出气口输出。
实施例3:制备由多根Ni-Ba(Zro.iCeo.7Ya2)0^！(以下简写为Ni-BZCY7 )中空纤维
陶瓷膜平行并列连接构成的板状致密中空纤维陶瓷膜元件，用于组装透氢膜组件。1 、称取平均粒径为5微米的金属Ni粉60克，平均粒径1微米的BZCY7粉体60 克，以乙醇为介质球磨24小时混合，然后蒸发出去乙醇、干燥。
2、 按质量比称取75 %的Ni/BZCY7混合粉体、25 %的N-甲基吡咯烷酮(NMP )有 机溶剂、0.05 %的聚乙烯吡咯烷酮(PVP )成型剂和0.4 %的聚醚砜(PESf)表面活性剂， 球磨48小时混合制备成浆料，对浆料真空脱气1~2小时。
3、 将上述真空脱气后的浆料采用相转化法制备一端封闭、 一端开口的Ni-BZCY7 中空纤维陶瓷膜生坯，相关制备技术和步骤与实施例1中的步骤3相同。干燥后的一端 封闭、 一端开口的Ni-BZCY7中空纤维陶资膜生坯的尺寸为外径2.35毫米、壁厚0.33 毫米、长度52厘米。
4、 将20根步骤3制备的中空纤維Ni-BZCY7陶瓷膜生坯，开口端和开口端对齐、 封闭端与封闭端对齐并列于平面底板上、相邻单管之间紧密接触，从并列中空纤维的两 侧施以0.08N/cm的挤压力(施力方法与实施例1相同)，在1400°C、还原气氛下烧结5 小时，得到长L为40厘米、宽W为3.5厘米的板状致密Ni-BZCY7中空纤维陶瓷膜元 件，其结构如附图2所示，截面结构如附图1所示；其中的中空纤维陶瓷膜外径D为 1.8毫米，壁厚S为0.16毫米，相邻中空纤维陶瓷膜的烧结连接尺寸H为0.25毫米，相 邻中空纤维陶瓷膜内壁之间的最小距离距离S为0.3毫米；单件板状致密Ni-BZCY7中 空纤维陶瓷膜元件的膜面积为410平方厘米，特征编号记作40-3.5-1.8-410-U。
5、 利用本实施例步骤4制备的40-3.5-1.8-410-U板状致密Ni-BZCY7中空纤维陶瓷 膜元件，组装成与实施例1相同尺寸的钟罩式膜组件，可组装324件40-3.5-1.8-410-U 板状致密Ni-BZCY7中空纤维陶资膜元件，对应膜组件的填装密度为1047 (m2/m3 )。 正如实施例1所预计的，随着板状陶乾膜元件尺寸(主要是宽度W)相对于圆形安装底 板尺寸的减小，采用本发明的板状中空纤维陶瓷膜元件組装的膜组件，其填装密度能进 一步增大。
6、 将约800。C的含H2、 H20混合气体(如水煤气)从膜组件外壳球冠顶部输入， 氬渗透通过板状致密Ni-BZCY7中空纤维陶乾膜，并进入纯氢集流室，然后从输出口输 出，剩余的高温含H2、 H20混合气体(如水煤气)从设在圆柱段金属外壳下段的排气 口输出。
实施例4:采用相转化法和烧结制备由多根多孔A1203中空纤维陶瓷膜平行并列连 接构成多孔板状中空纤维陶瓷膜元件。具体步骤如下
1 、 按质量比称取75 %的八1203+石墨混合粉体(其中粒径约4nm的球形石墨造孔 剂的质量比为10% )、 25。/。的N-曱基吡咯烷酮(NMP)、 0.03 -0.05%的聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)和0.4 ~ 0.6 %的聚醚砜(PESf),球磨48小时混合制备成浆料，并真空脱气1 ~ 2小时。
2、利用上述制备的浆料，釆用相转化法和烧结制备一端封口 、 一端开口的多孔A1203中空纤维陶瓷膜生坯，工艺步骤与实施例l中步骤3的类似。本实施例中空纤维湿坯的 挤出模具，内管外径为4.3毫米，外管的内径为5.5毫米，内管固化剂水的流量为 12ml/min，挤出压力为0.08MPa;干燥后的A1203中空纤维陶乾膜生坯的外径D为5毫 米、壁厚5为0.5毫米，截成的长度L为2000毫米。
3、 将50根上述制备的Al203中空纤维陶瓷膜生坯，开口端与开口端对齐、封闭端 与封闭端对齐、平行并列于平面底板上、相邻单管之间紧密接触，从并列中空纤维的两 侧施以0.4N/cm的挤压力(施力方法与实施例1相同)，在1600'C烧结10小时，得到长 度L为165厘米、宽W为20厘米的板状多孔A1203中空纤维陶瓷膜元件，其中各多孔 A1203中空纤维陶资膜的外径D为4.1毫米，壁厚S为0.38毫米，相邻中空纤维陶资膜 之间的烧结连接尺寸H为1毫米，相邻中空纤维陶瓷膜内壁之间的最小距离距离S为 0.75毫米；膜的孔隙率为50~56%，最可几孔径为1.5孩i米，95%孔径分布在1-1.8 微米范围；单件板状多孔A1203中空纤维陶瓷膜元件的有效膜面积为7064平方厘米， 特征编号记作165-20-4.l-7060-U-P, "U" 依然表示"一端封闭、 一端开口"的板状 中空纤维陶瓷膜，"P"表示为多孔膜。
4、 采用上述制备的板状多孔A1203中空纤维陶乾膜元件165-20-4.l-7060-U-P，组装 成钟罩式高温烟尘净化分离陶乾膜组件，膜组件的结构与实施例1的类似；膜组件金属
钟罩外壳的圆柱段长为165厘米，内径为500毫米，165-20-4.1-7060-U-P之间的排布间 距为0.5毫米，165-20-4.1-7060-U-P与安装底座之间高温陶瓷封接，安装和封接长度为 10毫米。
5、 膜组件运行时，含有固体颗粒的高温烟尘从钟罩式膜组件金属外壳的球冠顶部 输入，纯净的高温气体(含少量颗粒小于膜孔径的微尘)透过多孔陶瓷膜，大颗粒粉尘 被筛分截留。
本实施例制备的多孔A1203中空纤维陶瓷膜元件及膜组件，除可用于高温烟尘净化 处理，也可用于各种液态介质的分离净化处理。
实施例5:采用相转化法一次成型制备由40根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的整 体板状中空纤维陶资膜生坯，然后高温烧结制备两端开口的板状致密YSZ中空纤维陶 瓷膜元件。本实施例板状中空纤维陶瓷膜元件生坯的挤出成型模具，结构如附图4和附 图5所示。具体制备步骤如下
1、 按质量比称取80%的YSZ、 20。/。的N-曱基吡咯烷酮(NMP)、 0.05%的聚乙烯 吡咯烷酮(PVP)和0.5%的聚醚砜(PESf),球磨48小时混合制备成浆料，并真空脱 气1 ~2小时。
2、 将制备的YSZ浆料采用相转化法挤出成型制备由40根两端开口的YSZ中空纤 维膜并列连接构成的板状YSZ中空纤维陶瓷膜生坯。本实施例使用的挤出模具，其结 构为梳状模芯的总直管为一端封闭的内径8毫米、壁厚1毫米、长度约200毫米的不
15锈钢管，从距离封闭端5毫米起，总直管上设有40根等长度、等距离、直线分布的不 锈钢支管，各支管的长为15毫米、外径3.5毫米、内径2.5毫米，相邻支管之间的中心 间距为4.5毫米；外形模为一厚度6毫米的椭圆形不锈钢板，椭圓的长轴为210毫米、 短轴为150毫米，在椭圓长轴的中间—敬，直线等距离分布有40个直径为5.1毫米的孔， 孔的间距为4.5毫米，40个孔的直线分布长度为180.6毫米，对应于挤出板状湿坯的宽 度(4.5 x 39 + 5.1 );以该椭圆形孔板(即外形模多孔板)作为罐底制作椭圆形浆料罐， 浆料罐的罐体采用厚度2毫米的不锈钢板，罐体高约250毫米；在将模具的模芯与外形 模(即椭圓形孔板)进行组装时，模芯各支管沿外形模各孔的轴向，从上(即浆料罐内) 往下插入对应的各孔，并与对应的孔同轴，各支管的下端与浆料罐罐底的下表面平齐； 模芯的总直管固定于管内，且平行于浆料罐的内底面和距离罐底9毫米(16 - 6);模芯 总直管的开口端穿过浆料罐的罐壁到罐外，与用作固化剂的水管连接；挤出成型时，对 浆料罐内的陶覺粉体浆料施以0.2MPa的压力，迫使浆料由外形模与模芯支管之间的缝 隙挤出和成型；在湿坯从模具挤出时，固化剂水从模芯的总直管进入各支管，40根各支 管内的平均固化剂水的流量为每分钟12毫升，将刚从模具中挤出的湿坯立即浸没在固 化剂水槽内；在25。C条件下，固化剂水从陶瓷膜湿坯的内、外两侧与湿坯膜内的有机溶 剂进行交换48小时，使膜湿坯固化；将固化后的湿坯在室温和大气环境下干燥IO天， 然后将干燥的陶瓷膜生坯截成220厘米长，生坯的宽约17.5厘米(本实施例的陶瓷湿坯 固化、干燥过程的径向收缩率约7% )。
3、 将步骤2制备的长220厘米、宽约17.5厘米的由40根中空纤维陶瓷膜并列连接 构成的板状中空纤维陶资膜生坯，以150(TC烧结10小时，得到板状致密的YSZ中空纤 维陶瓷膜元件，其长度L为180厘米(轴向烧结收缩率约18% ),宽度W为13.5厘米
(径向烧结收缩率约23 % );板状致密YSZ中空纤维陶瓷膜元件中各中空纤维膜的外径 D约为3.62毫米，壁厚S约为0.57毫米，相邻致密中空纤维膜间的烧结连接尺寸H为 1.6毫米(相当于中空纤维膜直径的44% ),相邻中空纤维陶瓷膜内壁之间的最小距离距 离S为0.71毫米；本实施例的板状致密YSZ中空纤维陶瓷膜元件，相对于分立的40 根中空纤维膜元件，由于其中的中空纤维陶瓷膜的并列连接，导致膜面积的损失约26 %;该板状致密YSZ中空纤维陶瓷膜元件的有效表面积为5042平方厘米，特征编号记 作180-14-4-5042-T。 180-14-4-5042-T的截面结构如附图1所示，构型如附图3所示。
4、 利用上述制备的板状致密YSZ中空纤维陶资膜元件180-14-4-5042-T,组装成圆 柱状膜组件。膜组件金属外壳的内径为410毫米，两端设有180-14-4-5042-T陶瓷膜元 件的安装底板和固定法兰，其中一端为金属安装法兰，180-14-4-5042-T与金属安法兰之 间用环氧树脂胶密封；另一端为陶瓷安装法兰，180-14-4-5042-T与陶瓷安装法兰之间采 用高温陶瓷封接；金属和陶资安装法兰的陶资膜元件安装圆面的直径为400毫米， 180-14-4-5042-T陶瓷膜元件与膜组件金属外壳内壁的最近间距设计为5毫米，相邻180-14-4-5042-T的安装间隔距离为0.5毫米；将由组装于两个安装底座法兰之间陶资膜 元件所构成的膜芯，置于膜组件金属外壳内；其中高温陶瓷封接安装法兰与金属外壳为 陶瓷密封固定连接，外侧与集气室密封连接，集气室外测连接介质输出管道；环氧树脂 胶密封安装法兰与金属外壳由硅橡胶密封件密封软连接，并设计有水冷系统，环氧树脂 胶密封安装法兰外侧与配气室密封连接，配气室的外侧设有介质输入管道；另外，膜组 件金属外壳的两端，在陶瓷膜安装法兰的内侧并靠近陶瓷膜安装法兰设有高温介质的输 入口，在金属安装法兰的内侧并靠近金属安装法兰设有热交换后高温介质的输出口；这 样构成的高温陶资膜热交换器操作时，要加热的冷介质从环氧树脂胶密封安装法兰端的 配气室进入板状致密YSZ中空纤维陶乾膜的内通道，高温载热介质由膜组件金属外的 高温介质输入口进入陶瓷膜高温热交换器内，高温载热介质加热板状致密YSZ中空纤 维陶瓷膜而降温，陶瓷膜内通道的介质从陶瓷膜内壁获得能量而被加热；加热升温后的 陶瓷膜内通道的介质进入高温陶瓷封接安装法兰一端的集气室，从与集气室连接的介质 输出管道输出，降温的载热介质从高温介质输出口流出。
权利要求
1、一种由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元件，由内径0.5～3.0毫米、外径1～5毫米、壁厚0.1～1毫米、长50～2000毫米的中空纤维陶瓷膜构成，其特征在于由多根中空纤维陶瓷膜单层并列连接构成长50～2000毫米、宽10～200毫米的整体板状中空纤维陶瓷膜元件，其中相邻中空纤维陶瓷膜内壁之间的最小距离大于或等于对应中空纤维陶瓷膜的壁厚、小于中空纤维陶瓷膜壁厚的二倍；在板状中空纤维陶瓷膜元件的厚度方向上，相邻中空纤维陶瓷膜间的最小连接尺寸为相邻中空纤维陶瓷膜外径的10～50％。
2、 权利要求1所述由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元 件的一种制备方法，其特征在于先按质量比称取70 ~ 80 %的陶瓷膜材料粉体、0.4 ~ 0.6 %的聚醚砜、20 ~ 30%的N-曱基吡咯烷酮和0.03 ~ 0.05 %的聚乙烯吡咯烷酮，球磨混 合24 ~48小时制成陶瓷粉体浆料；然后采用相转化法挤出成型制备板状中空纤维陶瓷 膜元件所需要的中空纤维陶瓷膜单管生坯挤出成型中空纤维陶瓷膜单管湿坯使用的 模具为由两个同轴的内、外管构成，模具外管的内径对应于所要制备的板状中空纤维 陶瓷膜元件中各中空纤维陶资膜的外径，模具内管的外径对应于所要制备的板状中空 纤维陶瓷膜元件中各中空纤维陶瓷膜的内径，模具内管的外径与外管的内径之差的二 分之一对应于所要制备的板状中空纤维陶瓷膜元件中各中空纤维陶瓷膜的壁厚；挤出 成型时，陶瓷粉体浆料在0.02 lMPa的压力的推动下，从模具内、外管之间的圓环型 缝隙中挤出和成型为管状中空纤维陶资膜湿坯；在中空纤维陶瓷膜湿坯从模具挤出的 同时，相转化法所使用的固化剂水从模具的内管以每分钟2~20毫升的流量进入挤出 的中空纤维陶瓷膜的管内，并且刚从模具挤出的膜管湿坯立即浸入固化剂水槽内；在 20 5(TC条件下，中空纤维陶瓷膜湿坯管壁内的有机溶剂同时与管壁内、外两侧的水 进行交换，交换24 48小时后膜管固化，然后在10-50。C大气环境下干燥；将干燥后 的中空纤维陶资膜生坯截成所需长度的中空纤维陶瓷膜单管生坯；然后将若干根尺寸 相同的中空纤维陶瓷膜单管生坯两端对齐、单层密排于平面底板上，并从并列的多根 中空纤维陶资膜单管生坯的两侧、沿并列方向向内施以0.05~0.5N/cm的均匀挤压力， 在并列的各中空纤维陶瓷膜单管生坯之间呈紧密挤压接触的条件下，以900-1600。C烧 结5~20小时，即得到整体的板状中空纤维陶瓷膜元件。
3、 权利要求1所述由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元 件的另一种制备方法，其特征在于先按质量比称取70~80%的陶瓷膜材料粉体、0.4-0.6 %的聚醚砜、20 ~ 30 %的N-曱基吡咯烷酮和0.03 ~ 0.05 %的聚乙烯吡咯烷酮，球磨 混合24~48小时制成陶资粉体浆料；然后采用相转化法挤出成型为由多根中空纤维陶 瓷膜并列连接构成的整体板状中空纤维陶瓷膜元件湿坯；该整体板状中空纤维陶瓷膜 元件湿坯的挤出成型模具为由外形模和梳状模芯组合构成；所述梳状模芯为在一个 一端封闭的总直管上，从距离封闭端5-10毫米起，依次在同一直线上等距离分布有 若干个等长度的支管，该支管的外径对应于所要制备的板状中空纤维陶瓷膜元件的各中空纤维陶资膜的内径，相邻支管外径之间的距离对应于所要制备的板状中空纤维陶 瓷膜元件中相邻中空纤维陶瓷膜内壁之间的最小距离，支管的根数对应于所要制备的 板状中空纤维陶资膜元件中所包含的中空纤维陶瓷膜的数量，支管长度为10 ~ 20毫米， 总直管与各支管相连通，总直管的非封闭端用作相转化法所用固化剂水的输入口；所述外形模为在厚5~10毫米的平板上，在同一直线上等距离开设有多个内径相等并 相互连接的通孔，孔的数量与模芯支管的数量相等，相邻孔的中心距离与模芯上相邻 支管之间的中心距离相等，孔的内径与模芯支管外径之差的二分之一对应于所要制备 的板状中空纤维陶瓷膜元件中的中空纤维陶瓷膜的壁厚；相邻连接的两个孔的圓相交 而确定的公共弦的弦长对应于所要制备的板状中空纤维陶瓷膜元件在厚度方向上相邻 中空纤维陶瓷膜间的最小连接尺寸；在组装挤出成型模具的外形模和模芯时，外形模 多孔板作为陶瓷浆料罐的罐底，模芯各支管与对应的外形模各孔同轴，沿轴向从上往 下插入对应的各孔；模芯的总直管固定于陶资浆料罐内，平行于罐底内表面和位于罐 底内表面之上5-10毫米；模芯各支管的下端与陶瓷浆料罐罐底的下表面平齐；挤出 成型时，浆料罐中的陶瓷粉体浆料在0.02 ~ lMPa压力的推动下，从外形模与模芯支管 之间的缝隙挤出并成型，与此同时，固化剂水以每分钟2-20毫升的流量进入各中空 纤维陶瓷膜的管内，刚从^t具中挤出的湿坯立即浸没在固化剂水槽内；在20-5(TC条 件下，固化剂水从陶资膜湿坯的内、外两侧同时与湿坯膜内的有机溶剂进行交换，交 换24~48小时使膜湿坯固化；再在10 50。C大气环境下干燥；将干燥后的陶瓷膜生坯 截成所需长度，以900- 1600°C高温烧结5~20小时，即得到板状中空纤维陶瓷膜元件。
4、 如权利要求1所述由多根中空纤維陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜 元件或如权利要求2或3所述的制备方法，特征在于所述的中空纤维陶瓷膜为致密陶 瓷膜或多孔陶瓷膜。
5、 如权利要求1所述由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜 元件或如权利要求2或3所述的制备方法，特征在于所述中空纤维陶瓷膜为两端开口 ， 或一端开口、另一端封闭的中空纤维陶瓷膜。
6、 如权利要求1所述由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜 元件或如权利要求2或3所述的制备方法，特征在于当制备的是致密氧分离陶瓷膜元 件时，选用的材料包括Lao.75Sra25Mn03、 SrCoo.8Fea203、 Bao.5Sro.5Co0.8Fea503、体积比 占40~60%的Zra82Y0.18O2与Lao.75Sra25Mn03的双相复合氧离子-电子混合导电材料或 体积比占40~60%的Cea8Sma202与Bao.5Sra5Co08Fe0.503的双相复合氧离子-电子混合 导电材料。
7、 如权利要求1所述由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜 元件或如权利要求2或权利要求3所述的制备方法，特征在于当制备用于致密氩分离 陶瓷膜元件时，选用的材料为多相复合氢离子-电子混合导电材料Ni陽Ba(ZrcuCeo.7Yo.2)03。
8、如权利要求1所述由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜 元件或如权利要求2或权利要求3所述的制备方法，特征在于当制备热交换器用致密 陶瓷膜元件或制备筛分用多孔陶瓷膜元件时，选用的材料包括A1203、 Zro.82Yo.1802或 MgAl204。
全文摘要
本发明公开了一种由多根中空纤维陶瓷膜并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜元件及其制备方法，特征是将多根一端封闭、一端开口或两端开口的中空纤维陶瓷膜生坯，两端对齐单层并列，在相互紧密接触的状态下以900～1600℃高温烧结5～20小时；或采用挤出成型制备由中空纤维陶瓷膜单层并列连接构成的板状中空纤维陶瓷膜生坯，干燥后以900～1600℃高温烧结5～20小时。与单根中空纤维陶瓷膜元件相比，本发明元件的机械强度显著提高，有利于制备大尺寸的膜元件，提高陶瓷膜的可靠性和使用寿命，并由于组装分散度的降低，膜组件的填装密度不但不降低，反而可进一步提高；本发明元件可用于制造气体或液体分离提纯装置或高温热交换器。
文档编号B01D71/00GK101318106SQ20081012334
公开日2008年12月10日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者陈初升, 高建峰 申请人:中国科学技术大学