高效过滤多孔金属复合膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高效过滤多孔金属复合膜的制备方法。该复合膜采用金属纤维烧结毡为基体，将微米级金属粉末混入聚合物溶液中经浸没沉淀相转化‑煅烧法在金属纤维烧结毡基体表面复合多孔金属分离膜（即复合层），所得复合膜具有较金属纤维烧结毡更高的过滤精度（0.01‑5μm），具有较金属颗粒烧结板更大的孔隙率（>60%）；复合层与基体均采用金属材质，复合膜具有耐高温特性，可在900～1300℃长期使用；本发明专利技术制备出的金属复合膜具有更高的过滤精度和透气（液）量；所制备金属复合膜可应用于空气及水净化领域，且金属复合膜可重复清洗再生以供长期使用。

【技术实现步骤摘要】
高效过滤多孔金属复合膜的制备方法
本专利技术涉及高效过滤
，具体涉及一种高效过滤多孔金属复合膜的制备方法。
技术介绍
纤维烧结毡以金属纤维为基本构成单元，通过特殊的铺网及高温烧结工艺得到。纤维烧结毡具有多孔隙的三维网络结构，广泛应用于高温过滤领域，如化纤、薄膜、粘胶等行业杂质滤除、高温烟气除尘，以及石油石化、燃油、液压油等。纤维烧结毡的过滤精度主要取决于纤维与纤维间堆砌形成的孔隙大小，受限于超细金属纤维加工工艺，目前的纤维烧结毡的过滤精度在微米级别，一般为3～100微米之间。如，中国专利文献CN110090494A公开了一种高强度高精度过滤材料的制备方法，其采用直径为12～40微米的金属纤维进行无需叠加平铺，后经真空烧结得到过滤精度为5～40微米、孔隙率40％左右的烧结毡。为了进一步提高其过滤精度，还可以由金属粉末直接烧结得到烧结板。如，中国专利文献CN109158607A公开了一种制备增强型金属粉末烧结多层过滤管的方法，该方法采用粒度为100～1000目的金属粉末，均匀调到金属粉末烧结多层过滤管腔内，经高温烧结后过滤管具有足够的过滤精度，过滤精度可达20微米。然而烧结板孔隙由金属粉末间紧密堆砌而成，这导致烧结板的孔隙率小（一般孔隙率在20%～30%），透气（液）量低，且在高压操作下容易脱落。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高效过滤多孔金属复合膜的制备方法，以期提高过滤精度和透气（液）量，使其能广泛应用在空气及水净化等领域。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术思路：采用金属纤维烧结毡为基体，将微米级金属粉末混入聚合物溶液中经浸没沉淀相转化-煅烧法在金属纤维烧结毡基体表面复合多孔金属分离膜（即复合层）。即首先配制含有金属粉末的铸膜液，后采用浸没沉淀相转化法制备金属复合膜前驱体；最后在高温下煅烧金属复合膜前驱体，得到多孔金属复合膜；浸没沉淀相转化法可以获得多孔结构的分离膜前驱体，经煅烧获得多孔结构的金属复合膜。具体技术方案如下：设计一种高效过滤多孔金属复合膜的制备方法，包括以下步骤：（1）铸膜液配制将成膜高聚物4～30wt%、溶剂50～80wt%、致孔剂1～20wt%及金属粉末30～80wt%混合后在40～80℃下搅拌充分溶解8～24小时至形成均匀分散溶液，真空脱泡6～20小时，得到铸膜液；（2）金属复合膜前驱体制备将所述铸膜液经过刮刀刮制在金属纤维烧结毡表面，在空气环境下停留0～10分钟后，浸入到20～60℃的凝固浴中1～6小时，然后，取出浸入水中，每6～12小时换次水，共在所述水中浸泡24～72小时后，即得金属复合膜前驱体。（3）煅烧成膜将所述金属复合膜前驱体干燥去除水分后，放置于空气氛围的烧结炉中以1-10℃/分钟的升温速率由室温升至500～1000℃，保温0.5～3小时。之后，在惰性气体氛围下继续以1-10℃/分钟的升温速率由室温升至1000～1500℃，保温0.5～4小时；最后，以1-10℃/分钟的降温速率降温至室温，即得到最终的金属复合膜。优选的，在所述步骤（1）中，所述成膜高聚物为醋酸纤维素、聚酰亚胺、壳聚糖、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、三醋酸纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。优选的，在所述步骤（1）中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、苯、甲苯、丙酮、环己酮、二氯乙烷中的至少一种。优选的，在所述步骤（1）中，所述致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、氯化锂、氯化锌、丙酮、纯水中的至少一种。优选的，在所述步骤（1）中，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、吐温、司盘、十六烷基三甲基溴化胺、聚山梨酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。优选的，在所述步骤（1）中，所述金属粉末为微米级，尤其优选直径为1～10微米之间；金属材质为不锈钢、钛及钛合金、蒙乃尔合金粉的一种或两种的混合物；其中不锈钢材质优选牌号为SUS201、202、302、304、316、304L、316L、321中的至少一种。优选的，在所述步骤（2）中，所述金属纤维烧结毡材质为不锈钢、钛及钛合金、蒙乃尔合金粉的一种或两种的混合物；其中不锈钢材质优选牌号为SUS201、202、302、304、316、304L、316L、321中的至少一种；所述金属纤维烧结毡的克重为10～500g/m2，厚度为20～500微米；所述金属纤维烧结毡中的金属纤维直径为2～50微米。优选的，在所述步骤（2）中，所述刮刀刮制的铸膜液厚度为20～500微米。优选的，在所述步骤（2）中，所述空气环境条件为：温度15～80℃，相对湿度5～100%。优选的，在所述步骤（2）中，所述凝固浴为水、水与有机溶剂的混合液，所述混合液中有机溶剂的重量比为10～50%，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N-N-二甲基甲酰胺、N-N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃中的至少一种。优选的，在所述步骤（3）中，所述惰性气体氛围为高纯氮气、氩气、氦气等中的至少一种。将所述高效过滤多孔金属复合膜的制备方法应用于空气或水净化领域。与现有技术相比，本专利技术的主要有益技术效果在于：1.本专利技术将具有更小孔径的金属分离膜与金属纤维烧结毡复合，大幅提高了纤维烧结毡的过滤精度（0.01-5μm）。2.本专利技术的复合层（即金属分离膜）为经浸没相转化-烧结法得到的多孔结构的分离膜，其孔隙率大（>60%），透气（液）量高。3.本专利技术所制备的金属复合膜过滤精度高、透气（液）量大且具有高强度、耐高温特性（可在900～1300℃长期使用），可广泛应用在空气及水净化等领域。4.本专利技术所制备的金属复合膜可重复清洗再生以供长期重复使用。说明书附图图1为本专利技术实施例1所制备的金属复合膜的扫描电镜照片。图2为本专利技术实施例1中所用金属纤维烧结毡表面扫描电镜照片。具体实施方式下面结合实施例来说明本专利技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的原材料如无特别说明，均为市售常规产品；所涉及的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。实施例1：高效过滤多孔金属复合膜的制备方法，包括以下步骤：将聚砜10wt%、N-甲基吡咯烷酮28wt%、聚乙二醇6wt%、十二烷基硫酸钠1wt%及不锈钢粉末（直径3微米，牌号316L）55wt%混合后在80℃下搅拌充分溶解20小时至形成均匀分散溶液，真空脱泡6小时，得到铸膜液。将铸膜液经过200微米刮刀刮制在不锈钢纤维烧结毡（不锈钢牌号316L，直径为3微米，克重为300g/m2，厚度为500微米，其电镜扫描照片如图2所示）表面，在空气环境下（温度40℃，相对湿度50%）停留1分钟后，浸入到20℃的凝固浴（水：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效过滤多孔金属复合膜的制备方法，包括以下步骤：/n（1）铸膜液配制/n将成膜高聚物4～30wt%、溶剂50～80wt%、致孔剂1～20wt%、表面活性剂0.5～5wt%及金属粉末30～80wt%混合后，于40～80℃下充分搅拌溶解8～24小时形成分散溶液，真空脱泡6～20小时，得铸膜液；/n（2）前驱体制备/n将上步所得铸膜液敷设于对应的金属纤维烧结毡表面，在空气环境下停留0＜～10分钟后，浸入20～60℃的凝固浴中1～6小时后，取出浸入水中，每6～12小时换次水，共计浸泡24～72小时后，得金属复合膜前驱体；/n（3）成膜煅烧/n将所述金属复合膜前驱体干燥去除水分后，放置于空气氛围的烧结炉中以1-10℃/分钟的升温速率由室温升至500～1000℃，保温0.5～3小时；再在惰性气体氛围下以1-10℃/分钟的升温速率升温至1000～1500℃，保温0.5～4小时；最后，以1-10℃/分钟的速率降至室温，即成。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效过滤多孔金属复合膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）铸膜液配制
将成膜高聚物4～30wt%、溶剂50～80wt%、致孔剂1～20wt%、表面活性剂0.5～5wt%及金属粉末30～80wt%混合后，于40～80℃下充分搅拌溶解8～24小时形成分散溶液，真空脱泡6～20小时，得铸膜液；
（2）前驱体制备
将上步所得铸膜液敷设于对应的金属纤维烧结毡表面，在空气环境下停留0＜～10分钟后，浸入20～60℃的凝固浴中1～6小时后，取出浸入水中，每6～12小时换次水，共计浸泡24～72小时后，得金属复合膜前驱体；
（3）成膜煅烧
将所述金属复合膜前驱体干燥去除水分后，放置于空气氛围的烧结炉中以1-10℃/分钟的升温速率由室温升至500～1000℃，保温0.5～3小时；再在惰性气体氛围下以1-10℃/分钟的升温速率升温至1000～1500℃，保温0.5～4小时；最后，以1-10℃/分钟的速率降至室温，即成。


2.根据权利要求1所述高效过滤多孔金属复合膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，成膜高聚物为醋酸纤维素、聚酰亚胺、壳聚糖、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、三醋酸纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。


3.根据权利要求1所述高效过滤多孔金属复合膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、苯、甲苯、丙酮、环己酮、二氯乙烷中的至少一种。


4.根据权利要求1所述高效过滤多孔金属复合膜的制备方法，其特征在于，在所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红宾，石文英，刘恒吉，杜经纬，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南;41