专利名称：一种高渗透性中空纤维陶瓷膜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种中空纤维构型陶瓷膜。
背景技术：
陶瓷膜具有耐高温、强度高、耐化学腐蚀、无生物降解、孔径分布可控、易于再生、 使用寿命长等优点而受到广泛关注，在废水和废气处理等领域具有广阔的应用前景。现有技术陶瓷膜一般为单通道或多通道管式构型膜，其外径通常为3 20cm，膜的单位体积装填密度小(< 300m2/m3)，膜装备占据空间大，分离效率低；而且，陶瓷膜一般是通过颗粒间的自由堆积而形成孔隙，孔隙率普遍较低35% )，流体渗透阻力较大，因此现有的陶瓷膜无法满足大规模水处理、高温废气过滤净化等应用中对降低膜渗透阻力、降低压力损失 (减小背压)和有效提高过滤效率的迫切要求。为此，近年来人们进行了大量的研究，其中以相转化法制备的中空纤维构型陶瓷膜(外径小于2mm)，由于具有单位体积装填密度大 (> 1000m2/m3)、制备工艺简单、成本低等突出优点而获得了广泛的关注和应用。目前，现有技术相转化法中空纤维陶瓷膜的制备一般采用水作为内外胶凝剂，中空纤维构型陶瓷膜通常呈典型的非对称结构，如图1所示，由内外表皮层1、内外指状孔层2以及中间的海绵状层 3构成。由于层数较多、中间的海绵状层2较厚，因此现有的这种结构其跨膜流体阻力较大， 加之指状孔层2其孔形为较短的小指状，而且内、外表皮层致密程度相当，使得内表皮层也会引起部分阻力，不利于降低膜阻力，从而导致膜的渗透通量低，影响了膜渗透性能，不利于提高中空纤维陶瓷膜的分离效率。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种呈非对称结构、构型合理的中空纤维陶瓷膜，以降低跨膜渗透阻力、提高膜渗透通量，从而有效提高膜渗透性能。本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现本实用新型提供的一种高渗透性中空纤维陶瓷膜，由内向外依次由内表皮层、指状孔层、外部多孔层构成。本实用新型减少了现有中空纤维陶瓷膜的层数，消除了现有技术位于中间的海绵状层，有利于降低跨膜渗透阻力。进一步地，本实用新型主要由所述指状孔层构成，其厚度占膜壁厚度的90 95%，其孔呈膜管径向延伸并贯穿所处层。本实用新型主要由中间较厚的指状孔层构成，且其孔形为较长的大指状，有利于降低流体渗透阻力和提高渗透性。上述方案中，本实用新型所述外部多孔层的厚度为10 30 μ m，内表皮层的厚度为1 5 μ m。本实用新型所述外部多孔层可以为海绵状层。本实用新型具有以下有益效果本实用新型减少了现有中空纤维陶瓷膜的层数，消除了现有技术位于中间的海绵状层所带来的弊端，且以位于中间的大指状孔层为主，从根本上改变了中空纤维陶瓷膜的构型，膜孔隙率可以达到50%以上，且内表面孔径和孔隙率大于外表面，更加有利于处于外表、较薄的多孔层充当分离层，并且降低了跨膜渗透阻力、提高了膜渗透通量，有效提高了膜渗透性能。
下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述图1是现有技术中空纤维陶瓷膜的结构示意图；图2是本实用新型实施例的结构示意图。图中内表皮层1，指状孔层2，海绵状层3，外部多孔层具体实施方式
图2所示为本实用新型一种高渗透性中空纤维陶瓷膜的实施例，由内向外依次由内表皮层1、指状孔层2、外部多孔层4构成，膜壁厚度为240 μ m。其中，内表皮层1、外部多孔层4的厚度分别为2 μ m和16 μ m，外部多孔层4可以为海绵状层。指状孔层2的厚度占膜壁厚度的92. 5 %，其孔呈膜管径向延伸并贯穿所处层。本实施例中空纤维陶瓷膜可采用如下相转化法制备(1)将聚醚砜和聚乙烯吡咯烷酮溶于N-甲基吡咯烷酮制备成聚合物溶液，再加入平均粒径为0. 80 μ m的YSZ (氧化钇稳定氧化锆)粉体，经24h连续搅拌后制得铸膜浆料， 其组成为53. 4wt% YSZ粉体、9. 1衬％聚醚砜、36. 5wt% N-甲基吡咯烷酮、1. 聚乙烯吡咯烷酮。(2)将制备的铸膜浆料加入纺丝装置上的浆料罐中，先抽真空0. 5h以脱除残余气泡，然后通芯液水，并通过氮气压力和玻璃转子流量计控制从纺丝头内管流出的芯液流速为30ml/min，最后施加氮气压力将抽真空后的铸膜浆料挤入含内插管的喷丝头，其中喷丝头外径和内径分别为2. 5mm和1. 0mm。(3)从喷丝头挤出的纤维湿膜以4. Om/min的速率经过1.5cm的空气间隙后浸入无水乙醇(外凝固浴)进行24h胶凝固化。(4)胶凝固化后YSZ中空纤维膜前驱体经干燥后，在1350°C保温4h烧成，最后自然冷却至室温得到本实施例非对称结构YSZ中空纤维陶瓷膜。本实施例采用弱胶凝剂取代强胶凝剂水作为外凝固浴，制备获得的YSZ中空纤维陶瓷膜其开口孔隙率达到50%，纯水渗透通量为4. 30m3/(m2 · h · bar)。而现有技术以水为外凝固浴制备的YSZ中空纤维陶瓷膜，其开口孔隙率为42%，纯水渗透通量仅为2. 65m3/ (m2 · h · bar)，远低于前者。这是由于现有技术主要由中间海绵状层3和小指状孔层2构成(见图1)，因而渗透阻力大，渗透通量相对更低。
权利要求1.一种高渗透性中空纤维陶瓷膜，其特征在于由内向外依次由内表皮层(1)、指状孔层O)、外部多孔层(4)构成。
2.根据权利要求1所述的高渗透性中空纤维陶瓷膜，其特征在于所述指状孔层(2) 其厚度占膜壁厚度的90 95%。
3.根据权利要求1或2所述的高渗透性中空纤维陶瓷膜，其特征在于所述指状孔层 (2)其孔呈膜管径向延伸并贯穿所处层。
4.根据权利要求1或2所述的高渗透性中空纤维陶瓷膜，其特征在于所述外部多孔层⑷的厚度为10 30 μ m,内表皮层(1)的厚度为1 5 μ m。
5.根据权利要求1所述的高渗透性中空纤维陶瓷膜，其特征在于所述外部多孔层(4) 为海绵状层。
专利摘要本实用新型公开了一种高渗透性中空纤维陶瓷膜，由内向外依次由内表皮层、指状孔层、外部多孔层构成。本实用新型构型合理，减少了现有中空纤维陶瓷膜的层数，消除了现有技术位于中间的海绵状层所带来的弊端，且以位于中间的指状孔层为主，从根本上改变了中空纤维陶瓷膜的构型，降低了跨膜渗透阻力、提高了膜渗透通量，从而有效提高了膜渗透性能。
文档编号B01D71/02GK202136924SQ201120252218
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月16日 优先权日2011年7月16日
发明者周健儿, 常启兵, 张小珍, 江瑜华, 汪永清, 胡学兵 申请人:景德镇陶瓷学院