[发明专利]一种用于膜蒸馏的疏水性陶瓷中空纤维膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及中空纤维膜技术领域，尤其涉及一种用于膜蒸馏的疏水性陶瓷中空纤维膜的制备方法。

背景技术

膜蒸馏是将蒸馏过程与膜技术相结合的一种新型分离技术，以疏水膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔，而液体组分及其他离子、分子颗粒等无法透过，从而实现分离。膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜的机械性能要求不高、能耗低等优点，在化学化工生产中具有良好的应用前景。

1963年，美国专利US3285032公开了一种硅橡胶用于盐水蒸馏的方法，被认为是膜蒸馏技术的雏形。1967年，美国化学学会出版的《化学工业与工程工艺设计与开发》(Ind.Eng.Chem.Process.Des.Dev.，第6卷，第226页～第230页)首次以纸、桉木、玻璃纸等多种材料作为膜进行膜蒸馏实验，但是膜性能比较差，分离效果较差。膜材料较差的性能制约了膜蒸馏技术的发展。

随着有机高分子材料的发展，聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四偏氟乙烯等材料普遍作为微孔膜应用于膜蒸馏技术中，如申请号为200510041012.X的中国专利文献公开的聚丙烯微孔膜。虽然有机高分子膜具有表面疏水性，符合膜蒸馏技术对膜表面性质的要求，但是有机高分子膜耐温性能差、尺寸稳定性不好、污染后清洗困难，这些不足影响了膜蒸馏的效果。

氧化物陶瓷膜具有耐温性能好、强度高、尺寸稳定好等优点，但是其表面一般存在羟基，具有亲水性，需要对其进行表面疏水处理才能够用于膜蒸馏。2006年，荷兰的《膜科学杂质》(第281卷，第253页～第259页)公开了一种表面氟硅烷(Fluoroalkylsilanes，FAS)修饰的管状陶瓷膜；2009年，荷兰的《膜科学杂质》(第331卷，第1页～第10页)公开了一种表面疏水修饰的平板状微孔陶瓷膜，该两种膜均具有良好的表面疏水性、耐温性和尺寸稳定性。但是，无论是管状膜还是平板状膜，其膜通量较小，导致膜组件的填装密度低，单元系统的蒸馏分离效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于膜蒸馏的疏水性陶瓷中空纤维膜的制备方法，通过本发明提供的方法得到的疏水性中空纤维膜为表面疏水的中空纤维膜，用于膜蒸馏时，其通量大、膜组件的填装密度高、分离效率好。

本发明提供了一种用于膜蒸馏的疏水性陶瓷中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

a)将陶瓷粉体、聚醚砜、N-甲基-1-吡咯烷酮与分散剂混合，研磨后得到料浆；

b)将所述料浆通过喷丝头挤出，相转换成型后，得到中空纤维坯体；

c)烧结所述中空纤维坯体得到陶瓷中空纤维膜；

d)以硅烷为改性剂对所述陶瓷中空纤维膜进行改性，得到疏水性中空纤维膜。

优选的，所述陶瓷粉体占所述料浆的质量百分比为30％～80％，所述聚醚砜占所述料浆的质量百分比为2％～12％，所述N-甲基-1-吡咯烷酮占所述料浆的质量百分比为10％～60％，所述分散剂占所述料浆的质量百分比为0.5％～2％。

优选的，所述陶瓷粉体为氧化铝、二氧化锆、氧化钇、二氧化硅、莫来石和二氧化钛中的一种或多种的混合物。

优选的，所述陶瓷粉体的平均粒径为0.1μm～3μm。

优选的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇。

优选的，所述喷丝头上的喷丝孔由两个同心圆管构成，所述两个同心圆管形成的夹层间隙为0.5mm～3.5mm，其中内部圆管的直径为0.7mm～2.4mm。

优选的，所述相转换成型具体为：

将料浆通过喷丝头挤出，浸入水和/或乙醇中固化。

优选的，所述步骤c)中的烧结温度为1300℃～1700℃，烧结时间为5h～20h。

优选的，所述步骤d)具体包括：

d1)向质量浓度为0.5％～5％的硅烷的乙醇溶液中加入水，用乙酸将得到的溶液的pH值调至1～5，搅拌均匀，得到表面改性剂；

d2)将所述陶瓷中空纤维膜浸渍于所述表面改性剂中5h～30h，干燥后得到疏水性中空纤维膜。

优选的，所述硅烷为氟硅烷。