[发明专利]多通道多孔陶瓷纤维

说明书

本发明涉及一种类似于(微)纤维的新型陶瓷膜，可以用于流体的微滤和超滤以及气体的过滤和分离，还涉及这种膜的生产方法。

具有(微)纤维几何结构的膜，换句话说，外径大到3mm而内径在400-2000μm之间的管状几何结构的膜是已知的，在市场上可以买到。它们是由有机材料制成的，正因为如此，它们具有这种材料的已知优点和缺点。因此，如果这些(微)纤维的机械特征，特别是它们的柔韧性允许将它们安装在过滤组件中时，尽管如此，它们具有低的耐化学作用和低的耐热性，它们的应用限制在70℃以下的温度和4-10的pH之间。

此外，也提出了陶瓷(微)纤维；在所有的情况下，这些无机(微)纤维采用有机纤维的传统结构。

EP-A-0787524公开了一种多通道，一部分通道是主通道，另一部分是出口导管。这些出口导管与主通道的渗透侧连接，因此具有低的反压。

EP-A-0609275和US-P-5607586公开了一种具有特定几何结构(特定厚度和半径)的膜，这些膜包括大孔支承件和过滤层。

WO-A-94/23829公开了一种纤维，其外径可以达到3mm，壁厚为30-500μm的数量级，在该文献中还公开了生产这种膜的挤出方法。

US4446024也公开了一种纤维，其外径为640-3180μm(0.025-0.125英寸)之间。这些纤维的特征是其壁相对薄。

此外，如果说陶瓷纤维在过滤中是有用的，特别是因为它们的均匀性。因此，这些纤维是由单一多孔介质构成的，既作为支承件(纤维是自支承的)又作为过滤介质，这与传统的大尺寸系统不同，大尺寸系统包括大孔支承件以及覆盖在其上的多孔过滤层。

然而，目前的陶瓷纤维的几何结构使得它们具有低的机械强度。此外，陶瓷纤维模件的制造和使用存在困难，由于不同的原因，如突然冲击和泵的振动，纤维容易破裂。

所以，需要高强度的可以安装到模件中的(微)纤维。

因此，本发明的目的是提供一种多通道多孔陶瓷纤维。

这种纤维相当于多孔陶瓷棒，其中有几个通道穿过，所述多孔陶瓷材料棒具有多孔结构(传统意义上的)和可变的孔隙率，所述通道的轴平行于陶瓷棒的轴。

这种纤维是由单一多孔介质构成的，既作为支承件(纤维是自支承的)又作为过滤介质。这些穿过纤维的通道存在于纤维的每一侧；除它们的孔隙外，这些通道不与渗透侧相连通。所有这些通道都完成相同的任务(分离、反应等)；都不用于输送渗透物(或是已跨过另一通道壁的流体的结果)。

按照一个实施方案，通道的层数(rank)最大为2，即一个中心通道以及环状设置在其附近的通道。层数也可以仅为1，在这种情况下，通道近似于按环状设置。

按照一个实施方案，通道分布在正多边形的顶点，边数(order)为3-6个，当边数大于3时，可以有一个辅助通道占据所述多边形的中心位置，边数优选为5-6个。

纤维和/或通道可以具有任何合适的形状，例如，圆形截面；通道的横截面可以是桔瓣四边形(orange quarter)，纤维的横截面也可以是这种形状，圆形几何结构也可以用多瓣形(multi-lobe)几何结构代替。当使用桔瓣四边形几何结构(或者说通道不呈圆形)时，这种通道的直径可以用具有相同横截面的圆形通道的直径来定义。当纤维的截面不是圆形时，其直径也可类似地用具有相同横截面的圆形纤维的直径来定义。

纤维和/或通道优选具有圆形横截面。

优选地，所有通道是基本相同的；这是在纤维中限定一个通道与另一通道的压降和通量差的最好方式。

按照一个实施方案，本发明的纤维具有如下特征：

(i)通道直径为150-2000μm，优选为300-1000μm，和/或

(ii)相当于多孔陶瓷纤维直径与通道直径的之比的包封比率(envelope ratio)Re为2.5-15，优选4-10，和/或

(iii)相当于通道横截面积总和与多孔陶瓷纤维横截面积之比的填充比率(fill ratio)Ro为0.03-0.45，优选为0.04-0.35，有利的是0.15-0.35，和/或

(iv)相当于在纤维径向上测得的平均壁厚与所通过的通道直径之比的支承比率(sustain ratio)Rs为0.3-2.5，优选为0.5-1.5，其中所述平均壁厚相当于通过所述纤维径向上最多通道的平均壁厚，和/或

(v)相当于通过纤维径向上最多通道的通道壁厚之间的比率的厚度比率Rp为1/3-3，优选为1/2-2，有利的厚度比率为约1，按照另一实施方案，这一比率为2-3。