[发明专利]一种煤基中空纤维炭膜的制备方法及应用

权利要求书

1.一种煤基中空纤维炭膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)纺丝浆料的配置：将包括前驱体材料、高分子聚合物、极性溶剂、添加剂的原料按照一定质量百分含量混合，配置纺丝浆料；其中，所述的前驱体材料为煤，原料的质量百分含量为：前驱体材料10～60wt％、高分子聚合物5～30wt％、极性溶剂30～60wt％、添加剂0～10wt％；

(2)配置内芯液、外凝固液；

(3)纤维成型：将纺丝浆料与内芯液在微量注射泵的推动下，分别以2～30ml/min的速度穿过纺丝头，空气间距0～5cm；纺丝液挤出成型后在外凝固液中静置凝固化处理12～24h，得到煤基中空纤维；

(4)水洗与干燥：将所述煤基中空纤维水洗后取出，截成需要的长度并干燥；

(5)高温热解：将干燥后的煤基中空纤维置于惰性气氛中进行高温热解，热解温度为700～1100℃，保温时间为0.5～3h，热解后，降至室温，得到所述煤基中空纤维炭膜。

2.根据权利要求1所述的一种煤基中空纤维炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，纺丝浆料的配置包括如下步骤：将前驱体材料、高分子聚合物、极性溶剂、添加剂以一定的质量百分比混合，在25～30℃的温度下机械搅拌12～48h，形成均一的聚合物溶液，然后静置脱气24～48h，或真空脱气2～6h，形成均一的纺丝浆料。

3.根据权利要求1所述的一种煤基中空纤维炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述煤为焦煤、瘦煤、褐煤、无烟煤、肥煤中的一种或其混合物；

所述的高分子聚合物为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PESf)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚碳酸酯(PC)、醋酸纤维素(CA)、聚乙烯聚吡咯烷酮(PVP)的一种或多种；

所述的极性溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N，N-二甲基乙酰胺(DMA)中的一种或多种；

所述的添加剂为羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、炭黑、碳素、石油焦中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种煤基中空纤维炭膜的制备方法，其特征在于：

步骤(2)中，内芯液为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或水；外凝固液为水、乙醇或乙醇水溶液；外凝固液中乙醇的体积百分含量为0～75vol％。

5.根据权利要求1所述的一种煤基中空纤维炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，纺丝浆料温度为21～30℃；纺丝头为圆形单通道、双通道、四通道双层纺丝头或一体式的同轴纺丝头。

6.根据权利要求1所述的一种煤基中空纤维炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，水洗方式为：将所述煤基中空纤维在25～30℃的水浴中浸泡、水洗0.5～6h；干燥方式为真空干燥、冷冻干燥以及烘箱加热干燥中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种煤基中空纤维炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，升温速率为1～5℃/min，降温速率为2～5℃/min。

8.一种煤基中空纤维炭膜，其特征在于：所述煤基中空纤维炭膜通过权利要求1～7任一所述的方法制备。

9.一种权利要求8所述的煤基中空纤维炭膜在水体净化中的应用。