[发明专利]一种用于油水分离的莫来石晶须中空纤维膜及其制备方法

说明书

本发明采用成本低廉的粉煤灰并添加一定比例的三氧化二铝为主要原料，以湿法纺丝、高温烧结、原位生成相结合的方法制备莫来石晶须中空纤维膜，原料成本低廉，制备过程简单，能量消耗少，制备出的莫来石中空纤维膜表面和断面具有莫来石晶须结构，莫来石晶须长径比达到40以上、分散均匀，陶瓷膜孔隙率高，油水乳液分离性能好，达到95％以上，适宜工业化生产。

技术领域

本发明属于无机陶瓷膜技术领域，具体涉及一种具有莫来石晶须结构的中空纤维膜及其制备方法，该陶瓷膜材料可主要应用于油水分离领域。

背景技术

传统的油水乳液处理技术，如重力沉降，吸附和浮选等方法，对于有效分离乳剂和油滴直径小于20mm的乳液具有局限性。膜分离法处理油水乳化液具有无相变、不需添加任何试剂、能耗低、分离效率高等优点，在含油废水分离的研究中获得越来越广泛的重视。传统的有机膜适用范围往往局限于浓度较低或微污染等相对简单的反应体系，当料液体系具有强酸、强碱和处于高温时容易发生膜孔堵塞或变形难以恢复，使用寿命短；溶于有机废液后还会造成二次污染。与有机分离膜相比，多孔陶瓷分离膜由于其独特的优点，如温度稳定性好，耐压性好，化学稳定性好，使用寿命长和防污性能好等，被广泛用于多种领域，比如食品加工中的除菌过滤、生物化工中的无菌水生产和生物反应器、环境领域的气体除尘和石油采出水的净化及油水分离等。但是目前陶瓷膜技术应用依旧面临许多问题，如脆性大、成本过高和膜污染。陶瓷膜中氧化铝陶瓷膜硬度大，耐磨性能极好，重量轻，是使用最为广泛的膜。传统的三氧化二铝陶瓷膜通常采用固态粒子烧结法，需要两步或三步烧结：即先制备支撑体，然后将功能层或中间层与功能层涂覆于支撑体表面进行再次烧结，能耗较高，且得到比较理想的平均孔径，工艺相对复杂。而氧化铝陶瓷膜中的莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)陶瓷膜制备工艺简单，且具有熔点高、热膨胀系数低和抗蠕变性好、化学和热稳定性良好、高温力学性能突出等优点，已成为多孔陶瓷膜应用的潜在候选者。目前已有一些针对莫来石陶瓷膜的研究，李发亮等人用氧化铝和二氧化硅为原料，以三水合氟化铝粉和干基二氧化钛为催化剂制备莫来石陶瓷膜，烧结温度过高导致能量消耗大[中国专利，专利号：CN106167413A]；肖鹏等人用氧化铝、二氧化硅、莫来石晶种湿膜混合制作莫来石陶瓷膜，但是实验过程复杂，所用化学试剂过多，还需要多次高温烧结[中国专利，专利号：CN106747541A]；Kaihui Hua等人以建筑废料为原料，添加氧化钼和氟化铝原位合成莫来石晶须，但由于长径比过低使晶须之间相互粘结，孔隙率过低[Hua K，Xi X，Xu L，etal.Effects of AlF₃，and MoO₃，on properties of Mullite whisker reinforced porousceramics fabricated from construction waste[J].Ceramics International，2016，42(15)：17179-17184.]；彭金辉等人以工业级氢氧化铝和二氧化硅为原料，氟化铝和五氧化二矾为催化剂，以乙醇为介质进行球磨、陈化、压片，再经高温烧结的方法制备莫来石晶须[中国专利，专利号：CN102086125A]。

为了降低制备成本、简化制备流程，本发明采用成本低廉的粉煤灰并添加一定比例的三氧化二铝为主要原料，粉煤灰并且既可以作为致孔剂，减少三氧化二铝的用量，从而原料成本降低；采用湿法纺丝、高温结烧、原位生成相结合的方法制备莫来石陶瓷中空纤维膜，操作简单，烧结温度降低从而降低制备成本；还可以利用粉煤灰疏松多孔的特性增大陶瓷膜的通量。本发明制备出的莫来石晶须长径比高、分散均匀，陶瓷膜孔隙率高，油水乳液分离性能好，适宜工业化生产。

发明内容

本发明的目的是制备一种具有莫来石晶须结构的中空纤维膜，该膜表面及断面都具有莫来石晶须结构，机械强度好，水通量大，且能够分离水包油油水混合乳液。

本发明的另一个目的是提供一种莫来石晶须中空纤维膜的制备方法，该制备方法工艺简单，成本低。