[发明专利]一种硅氧碳陶瓷中空纤维膜及其制备方法

说明书

本发明属于分离膜技术领域，具体涉及一种硅氧碳陶瓷中空纤维膜及其制备方法。本发明的硅氧碳陶瓷中空纤维复合膜，包括硅氧碳陶瓷分离层和大孔陶瓷支撑体，其制备方法包括：(1)配制陶瓷粉体‑聚合物溶液；(2)用步骤(1)制得的铸膜液制备支撑体；(3)配制聚硅氧烷溶胶；(4)将步骤(2)制得的支撑体浸没于步骤(3)制得的聚硅氧烷溶液中制得硅氧碳陶瓷中空纤维复合膜。本发明的非对称结构的硅氧碳陶瓷中空纤维复合膜，通过在大孔陶瓷支撑体涂敷硅氧碳陶瓷分离涂层，实现对孔径结构的精确调控，降低陶瓷膜制备成本，提高陶瓷模的耐酸碱性能。

技术领域

本发明属于分离膜技术领域，具体涉及一种硅氧碳陶瓷中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着社会经济不断发展，工业废水对水体环境的破坏日趋严峻，逐渐成为一个亟待解决的全球性问题。膜分离技术是一种新型的环境治理手段，利用膜两侧的能量差或膜自身的选择透过性实现对混合物的分离，并对产物进行提取、纯化、浓缩、分级或富集，具有系统简单、操作方便、分离效率高、节能环保等优点。

陶瓷中空纤维膜具有优异的高温稳定性、化学稳定性、机械稳定性，大的比表面积，高的分离效率，在水处理、气体分离、液体分离、膜反应器、离子交换等方面有重要的应用。传统的中空纤维陶瓷膜制备工艺需经多次涂敷和高温烧结以制得梯度孔结构从而提高分离效果。此过程显著提高工艺复杂程度和制备成本，不利于实现商业化生产和应用。通过相转化法可简化制备工艺，一步制成陶瓷中空纤维膜，成本低廉。专利CN200710113478.5公开了一种复合结构陶瓷中空纤维膜的制备方法，通过在聚合物溶液中添加陶瓷分体制得陶瓷-聚合物浆料，再将上述浆料通过喷丝头纺入凝固液中固化得到中空纤维原生膜，最后经特定程序烧结得到复合结构的陶瓷中空纤维膜。上述工艺虽可简化部分制备过程，但仍具有后续烧结温度高，陶瓷膜孔径大，过滤精度低等不足。专利CN100460358C公布了一种利用多孔氧化模板置备高比表面积硅氧碳陶瓷纳米管的制备方法。但该方法需用酸洗去除氧化铝模板，耗时费力。

现有干湿法纺丝工艺虽简化了陶瓷膜制备工程，但仍需高温烧结以赋予陶瓷膜足够的机械强度，该过程显著提高制备成本，且易损坏陶瓷膜孔径结构，使孔径难以精确控制，降低分离效果。

发明内容

鉴于此，有必要针对上述问题提供一种具有非对称结构的硅氧碳陶瓷中空纤维复合膜的制备方法。通过在大孔陶瓷支撑体涂敷硅氧碳陶瓷分离涂层得到具有精细孔结构的硅氧碳陶瓷复合膜，降低陶瓷膜制备成本的同时实现孔结构的精准控制。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种硅氧碳陶瓷中空纤维复合膜，包括硅氧碳陶瓷分离层和大孔陶瓷支撑体。

一种硅氧碳陶瓷中空纤维复合膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制陶瓷粉体-聚合物溶液；

(2)用步骤(1)制得的铸膜液制备支撑体；

(3)配制聚硅氧烷溶液；

(4)将步骤(2)制得的支撑体浸没于步骤(3)制得的聚硅氧烷溶液中制得硅氧碳陶瓷中空纤维复合膜。

进一步的，所述步骤(1)配制陶瓷粉体-聚合物溶液，具体操作包括：将聚醚砜和聚乙烯吡咯烷酮溶于N-甲基吡咯烷酮溶剂中形成聚合物溶液，然后加入陶瓷粉体和烧结助剂并充分搅拌10～50小时，使得陶瓷粉体和烧结助剂均匀分散于聚合物溶液中形成铸膜液；将铸膜液真空脱泡0～2小时，放置备用。

进一步的，所述步骤(1)配制陶瓷粉体-聚合物溶液，各组分的质量百分比为：聚醚砜10～30wt％、聚乙烯吡咯烷酮0.1～2wt％、N-甲基吡咯烷酮20～40wt％、陶瓷粉体30～50wt％、烧结助剂0～1.5wt％；各组分的重量百分比之和为100％。