[发明专利]一种可作为支撑体的水泥中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥中空纤维膜的制备方法，特别是一种可作为支撑体的水泥中空纤维膜的制备方法。

背景技术

同其他膜分离材料相比，中空纤维膜具有比表面积大、填充密度高等优点，而中空纤维膜根据成分可分为有机膜、无机膜和复合膜。复合膜的制备方法是在具有多孔结构的支撑体上复合一层同样具有多孔结构的超薄表层，支撑层的孔径较大，孔隙率较高，能够起到提高通量的作用，而超薄的表层孔径较小，相对支撑层来说较为致密，可以起到提高分离效率的作用。

高性能的支撑体膜是制备性能优良的复合膜的基础，能作为支撑体膜的材料，要求其具有良好的耐压性和物化稳定性。目前，有机膜支撑体主要采用浸没沉淀相转化法，常用有机膜支撑体的材质有聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、纤维素酯、聚酰胺、聚醚酮、聚偏氟乙烯等。文献[以PAN为基膜的复合纳滤膜的制备研究，化工新型材料，2005，33(9)：45-47]以NaOH溶液改性后的聚丙烯腈超滤膜为基膜，以对，对’-二氨基二苯甲烷和均苯三甲酰氯为单体，经界面聚合反应成功制备了复合纳滤膜。然而，有机膜材料不耐有机溶剂的腐蚀，并且在耐压强度上也不如无机膜。无机膜主要采用烧结法制成，一般采用陶土或金属氧化物高温烧结而成。广泛使用的陶瓷膜材料如Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SiC等，所采用的支撑体主要是氧化铝支撑体，或者通过添加SiO₂等物质作为烧结助剂降低烧成温度。美国USFilter对氧化铝膜支撑体表面改性，得到的陶瓷膜能够耐强碱腐蚀。以氧化铝为支撑体，表面用溶胶凝胶法涂覆ZrO₂溶胶，通过水解、沉聚和烧结，在氧化铝支撑体的表面孔隙上形成一层ZrO₂。还可以采用化学气相沉积法，将硅烷在高温下变成能与陶瓷支撑体膜容易反应的化学蒸气，在一定温度和压力下于固体表面发生反应，从而生成固态沉积物。上述所说的陶瓷膜支撑体均需要采用固态高温烧结的方法制得，所需烧结温度一般达到1300℃以上。

发明内容

本发明的目的在于克服陶瓷中空纤维膜支撑体均需高温煅烧的缺点，提供一种可作为支撑体的水泥中空纤维膜的制备方法，该发明无需煅烧、工艺简单，可作为其他膜材料的支撑体使用。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的，一种可作为支撑体的水泥中空纤维膜的制备方法，其具体步骤如下：

(1)铸膜液的配制：首先将聚合物和有机溶剂按比例混合后搅拌，得到均匀的聚合物溶液，其次将水泥熟料过200目筛，得到水泥微粉，接着将过筛的水泥微粉加入到聚合物溶液中，再机械搅拌最后得到分散均匀的铸膜液；

(2)纺丝：将铸膜液转移至纺丝机的料罐中，静置脱气，随后在100-120KPa氮气的压力下，通过喷丝头使纺丝液进入凝固浴中，通过有机溶剂和凝固浴之间的双扩散得到水泥中空纤维膜生坯；

(3)水泥中空纤维膜的固化：将水泥中空纤维膜生坯置于水中浸泡12～48小时，去除膜生坯中的有机溶剂，每12小时换水一次；再将膜生坯在水中浸泡1-28天，每天换水一次，使中空纤维膜生坯中的水泥微粉凝固，最终得到可作为支撑体的水泥中空纤维膜。

所述步骤(1)中的聚合物为聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈中的任意一种或两种的混合物；有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮或二甲基亚砜中的任意一种或两种的混合物；过筛后的水泥微粉的粒径范围是d₅₀＝0.1～10μm；聚合物溶液中聚合物的质量分数为8～30％；聚合物和有机溶剂混合搅拌的时间为0.5～8h；水泥微粉加入到聚合物溶液中机械搅拌的时间为1～24h，水泥微粉与聚合物溶液构成的纺丝液中，水泥微粉的质量百分含量为30～80％。

所述步骤(2)中的纺丝液在料罐中静置脱气的时间为0～12h；喷丝头的芯液为去离子水，温度范围为10～60℃；凝固浴为水，温度范围为10～60℃。

所述步骤(3)中膜生坯浸泡在水中去除有机溶剂时水的温度为10～30℃；膜生坯在水中浸泡使水泥微粉凝固时水的温度为10～80℃。