[发明专利]一种非对称氮化硅陶瓷中空纤维管膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷领域，具体涉及一种陶瓷分离膜。

背景技术

伴随着生产力的发展、科技的进步，分离的方法也从简到繁、技术从低级到高级、工艺从一种方法到多种工艺的连用，不断的创新、改进工艺、降低成本，以满足人类对改善生活日新月异的需求。在众多的分离技术中，膜分离是在20世纪初出现，60年代后迅速崛起的一门新的分离技术。膜分离是在外界推动力的作用下对目标混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离新技术。膜分离所用的膜为具有选择透过性能的半透膜，这种膜必须具有只有部分物质可以通过，有的物质不能通过的特性。

无机陶瓷膜是一种重要的分离膜，目前，研究且应用比较广泛的一种陶瓷膜是氧化铝陶瓷膜，而陶瓷大家庭中比较重要的氮化物陶瓷膜则在分离膜领域研究较少。氮化物陶瓷(氮化硅及其固溶体)膜相比于氧化铝陶瓷膜具有优异的物理及机械性能，例如优异的机械强度、断裂韧性、硬度及耐磨性；而且具有很好的高温抗氧化及耐腐蚀性能。氮化物陶瓷不仅具有像氧化物陶瓷等其它无机陶瓷的优点，在相同孔隙率的条件下，它的强度远远超过氧化物等其它无机陶瓷，这主要是由于氮化物陶瓷胚体在烧结以后，它的晶粒呈棒状生长，可以形成非常强的三维网络。例如，采用热压烧结氮化硅陶瓷的机械强度可以达到1000MPa甚至以上，孔隙率为50%的氮化硅陶瓷的强度也可以达到290MPa以上。

陶瓷膜按结构形态来分，主要有三种形式：平板膜、管式膜和中空纤维膜。目前主流的多为平板膜和管式膜，中空纤维由于其高的比表面积，因此其具有填充密度大，占地面积小，通量大等优点，在应用上具有更大的优势，尤其是相转化和烧结技术（CN1360966A）被发明之后，简化了中空纤维管膜的制备工艺，降低了成本。

现在对于氮化硅陶瓷的研究多是关注于致密陶瓷，而多孔分离膜的研究比较少。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种非对称氮化硅陶瓷中空纤维管膜的制备方法，以期可以获得一种高稳定性，高强度同时具有高孔隙率的一种可用于恶劣环境下有分离效果的氮化硅陶瓷膜。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明公开了一种非对称氮化硅陶瓷中空纤维管膜的制备方法，其特点在于按如下步骤进行：

a、将分散剂添加到有机溶剂中，搅拌均匀获得分散剂溶液；

b、对氮化硅粉体进行表面处理，获得备用粉体；

c、将所述分散剂溶液、所述备用粉体、固化剂及助熔剂加入到有机溶剂中，通过球磨获得稳定均一的悬浊液浆料；

d、将步骤c所获得的悬浊液浆料经真空脱气处理后，加入到纺丝腔体中，然后气体加压经过纺丝头挤出纺丝，在纺丝头挤出纺丝的同时，使内部絮凝剂与所述纺丝接触，然后共同进入外部絮凝剂中，浸泡至纺丝与内部絮凝剂及外部絮凝剂交换完全，获得成型的非对称氮化硅陶瓷中空纤维管膜前驱体，对所述非对称氮化硅陶瓷中空纤维管膜前驱体在室温下进行干燥；

e、对步骤d所获得的非对称氮化硅陶瓷中空纤维管膜前驱体在无氧环境中烧结，获得非对称氮化硅陶瓷中空纤维管膜。

优选的，所述分散剂为O-(2-氨丙基)-O'-(2-甲氧基乙基)聚丙二醇（AMPG）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或HypermerKD-1（KD-1）中的一种或几种的任意组合；步骤a所获得的分散剂溶液的浓度为1-100g/L；

优选的，所述有机溶剂为二甲基亚砜、N-甲基砒咯烷酮或丙酮，步骤a中所用有机溶剂与步骤c中所用有机溶剂相同。

优选的，步骤b所述表面处理为在氧化性气氛中以400-800℃的温度条件煅烧1-10h、或在0.1-5M的NaOH溶液中浸泡0.5-24h。

优选的，所述固化剂为聚醚砜；所述助熔剂为氧化钇、氧化钙、氧化镁或氧化铝中的一种或几种的任意比例混合；所述助熔剂的质量为所述备用粉体0.5%-10%；所述分散剂的质量为助熔剂与备用粉体质量和的1%-6%；所述固化剂的质量：助熔剂与备用粉体质量和为1：5～11。

优选的，步骤c所述球磨的时间为4-48h。

优选的，步骤d所述纺丝头的规格为OD/ID:1-10mm/0.5-8mm；所述气体加压的压力为0.01-0.1MPa；所述内部絮凝剂或外部絮凝剂为水、无水乙醇或己烷中的一种或者几种的任意比例混合；所述浸泡时间为1-48h。