一种多孔导电陶瓷纤维膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔导电陶瓷纤维膜及其制备方法，涉及陶瓷纤维膜技术领域。本发明专利技术在制备多孔导电陶瓷纤维膜时，先利用盐酸处理氢氧化锆，制备得到含有氧氯化锆的功能化氢氧化锆；再将钛酸四氨基乙醇酯和二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸包裹功能化氢氧化锆微粒，形成以功能化氢氧化锆微粒为支撑体的二氧化钛

【技术实现步骤摘要】
一种多孔导电陶瓷纤维膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷纤维膜领域，具体为一种多孔导电陶瓷纤维膜的制备方法。

技术介绍

[0002]在过去的两个世纪，膜技术已经被广泛应用于液体和气体的分离、膜反应器、热交换等各个领域。其中，膜分离技术是一种新型的、髙效的分离技术，因具有节约能源和环境友好的特征而成为21世纪分离技术研究的热点，已经成为从根本上解决全球能源、环境、健康等重大问题的关键技术之一。
[0003]在各类膜材料中，聚合物膜由于其制备工艺简单、比表面积大和分离效果好而被广泛应用。但同时聚合物膜由于其较差的化学稳定性、容易被破坏等特征极大地限制了它的应用。与聚合物膜相比，多孔陶瓷纤维膜因具有化学稳定性好、环境友好、易于再生、生物稳定性好、结构可调等诸多优点，而成为膜科学领域的热点之一，并被广泛应用于能源工业、化学工程、生物工程、食品工业、医药行业、环境工程等领域。很多导电性好的多孔陶瓷纤维膜常常被运用在电池领域，但是长时间在1600℃左右的环境下操作，多孔陶瓷纤维膜的弯曲强度等各项性能迅速降低，大大地缩减了多孔陶瓷纤维膜的使用寿命，增加了多孔陶瓷纤维膜的使用成本。因此，如何制备出导电性和耐高温性良好的多孔陶瓷纤维膜成为当前
的一大难题。
[0004]本专利技术发现了这一现象，并通过制备多孔导电陶瓷纤维膜来解决这一难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种多孔导电陶瓷纤维膜及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种多孔导电陶瓷纤维膜的制备方法，所述多孔导电陶瓷纤维膜是利用三氯化镍对陶瓷纤维膜浆料电处理耦合烧结制备得到；所述陶瓷纤维膜浆料是将钛酸四氨基乙醇酯和二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸包裹功能化氢氧化锆微粒制备得到；所述功能化氢氧化锆微粒是利用盐酸处理氢氧化锆微粒制备得到。
[0007]进一步的，所述多孔导电陶瓷纤维膜的制备方法如下：在17~19℃、48~50%湿度和氩气保护条件下，将陶瓷纤维膜浆料放入浆料罐中，以9~11mL/min将内絮凝剂去离子水和陶瓷纤维膜浆料分别从内管径为1.5~1.7mm、外管径为2.5~2.7mm的纺丝头中挤出，于陶瓷纤维膜浆料质量10~13倍的去离子水中浸泡23~25h，以3~5℃/min升温至150~250℃，以3~5ml/min通入陶瓷纤维膜浆料0.3~0.5倍的三氯化镍，保温22~26h，自然冷却至室温捞出，在0.04~0.06MPa和氩气保护条件下，放入300~500℃的管式炉中，保温70~90min，随后以9~11℃/min升温至650~750℃，保温1~3h，制备得到陶瓷纤维膜坯料；在2.6~3.0V和900~1100℃下，将陶瓷纤维膜坯料放入电解池中电解7~9h后捞出，以9~11℃/min升温至1700~1800℃，保温3~5h，自然冷却至室温，制备得到多孔导电陶瓷纤维膜。
[0008]进一步的，所述电解池的负极为陶瓷纤维膜坯料、正极为石墨、电解液为熔融的氯化钙。
[0009]进一步的，所述陶瓷纤维膜浆料的制备方法如下：在24~26℃下，将二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸和去离子水按质量比1：2~1：4混合，以300~500r/min搅拌20~40min，制备得到二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸溶液；在24~26℃下，将功能化氢氧化锆微粒、二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸和钛酸四氨基乙醇酯按质量比1：1：1.2~1：3：1.4混合，以600~800r/min搅拌1~3h，随后以30~40滴/min滴加功能化氢氧化锆微粒质量1~3倍的二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸溶液，以600~800r/min搅拌20~40min，随后在氦气保护条件下，以3~5℃升温至100~120℃，继续搅拌3~5h，静置47~49h，制备得到陶瓷纤维膜浆料。
[0010]进一步的，所述功能化氢氧化锆微粒的制备方法如下：在24~26℃和氩气保护条件下，将氢氧化锆微粒和质量分数为30~50%的盐酸溶液按质量比1：0.3~1：0.5混合，以600~800r/min搅拌30~50min，放入40~60℃烘箱烘1~3h，制备得到功能化氢氧化锆微粒。
[0011]进一步的，所述氢氧化锆微粒的粒径为20~30μm。
[0012]进一步的，所述二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸的制备方法如下：在24~26℃和氩气保护条件下，将2,5
‑
二氰基呋喃和溴按质量比1：1.2~1：1.4混合，以600~800r/min搅拌1~3h，随后加入2,5
‑
二氰基呋喃质量1~3倍的邻苯二甲酸酐
‑4‑
硼酸频哪醇酯混合，以300~500r/min搅拌20~40min，随后以3~5℃/min升温至70~90℃，以30~40滴/min滴加3,4
‑
二氰基呋喃质量0.01~0.02倍的三氯化硼，以600~800r/min搅拌1~3h，过滤，随后以3~5℃/min降温至24~26℃，加入3,4
‑
二氰基呋喃质量0.006~0.008倍的高碘酸钠，继续搅拌1~3h，制备得到二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸。
[0013]进一步的，所述钛酸四氨基乙醇酯的制备方法如下：在60~80℃和氩气保护条件下，将钛酸四硝基乙醇酯和钯碳按质量比1：0.005~1：0.007混合，以600~800r/min搅拌20~40min，以3~5m
³
/min通入氢气，继续搅拌1~3h，制备得到钛酸四氨基乙醇酯。
[0014]进一步的，所述钛酸四硝基乙醇酯的制备方法如下：将四乙基溴化铵溶液放入阳极为钛、阴极为石墨的电解池中，在电流密度为200~400A*m
‑2、1~2V电位、60~80℃以及氩气保护条件下，电处理50~70min，制备得到钛酸四硝基乙醇酯。
[0015]进一步的，所述四乙基溴化铵溶液的制备方法如下：在24~26℃和氩气保护条件下，将2
‑
硝基乙醇和四乙基溴化铵按质量比1：0.01~1：0.012混合，以300~500r/min搅拌20~40min，制备得到四乙基溴化铵溶液。
[0016]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术在制备多孔导电陶瓷纤维膜时，先将钛酸四氨基乙醇酯和二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸包裹功能化氢氧化锆微粒，制备得到陶瓷纤维膜浆料；再利用三氯化镍对陶瓷纤维膜浆料电处理耦合烧结，制备得到多孔导电陶瓷纤维膜；其中，功能化氢氧化锆是利用盐酸处理氢氧化锆制备得到的。
[0017]首先，在二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸的硼酸作用下，钛酸四氨基乙醇酯水解脱去乙醇胺后反应交联，形成以功能化氢氧化锆微粒为支撑体的二氧化钛
‑
氧化硼复合溶胶层，增强了陶瓷纤维膜浆料的抗氧化性能；在功能化氢氧化锆微粒中的氧氯化锆的催化作用下，部分乙醇胺和二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸中的氰基反应交联形成噁唑啉，后续烧结时噁唑啉作为碳源，与二氧化钛
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔导电陶瓷纤维膜的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：（1）在25℃和氩气保护条件下，将2
‑
硝基乙醇和四乙基溴化铵按质量比1：0.011混合，以400r/min搅拌30min，制备得到四乙基溴化铵溶液；将四乙基溴化铵溶液放入阳极为钛、阴极为石墨的电解池中，在电流密度为300A*m
‑2、1.5V电位、70℃以及氩气保护条件下，电处理60min，制备得到钛酸四硝基乙醇酯；在70℃和氩气保护条件下，将钛酸四硝基乙醇酯和钯碳按质量比1：0.006混合，以700r/min搅拌30min，以4m
³
/min通入氢气，继续搅拌2h，制备得到钛酸四氨基乙醇酯；在25℃和氩气保护条件下，将2,5
‑
二氰基呋喃和溴按质量比1：1.3混合，以700r/min搅拌2h，随后加入2,5
‑
二氰基呋喃质量2倍的邻苯二甲酸酐
‑4‑
硼酸频哪醇酯混合，以400r/min搅拌30min，随后以4℃/min升温至80℃，以35滴/min滴加3,4
‑
二氰基呋喃质量0.015倍的三氯化硼，以700r/min搅拌2h，过滤，随后以4℃/min降温至25℃，加入3,4
‑
二氰基呋喃质量0.007倍的高碘酸钠，继续搅拌2h，制备得到二氰基呋喃基二甲酸酐基苯硼酸；在25℃和氩气保护条件下，将粒径为25μm氢氧化锆微粒和质量分数为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王五讲，
申请(专利权)人：王五讲，
类型：发明
国别省市：