本发明专利技术公开了一种金属－陶瓷复合纤维膜管及其制备方法，特征是将质量分数为０．２～１％的聚乙烯吡咯烷酮、０．７～１０％的聚醚砜、７～５０％的Ｎ－甲基－１－吡咯烷酮和５０～９０％的金属按与陶瓷材料的质量比为３～１０∶１混合球磨成浆料；加压使浆料从喷丝头的夹层间隙、使水和／或乙醇从内管同时挤出，进入水和／或乙醇中，得到金属－陶瓷复合纤维膜管的中空管状坯体；将该坯体置于还原性气氛或真空度１×１０－４～１Ｐａ条件下８００～１５００℃烧结，即得到金属－陶瓷复合纤维膜管。本发明专利技术克服了现有陶瓷膜管组装困难、不能适应较高温度和较苛刻条件使用及金属膜管成型烧结困难的问题，可提高热交换性能和气／液体透过速率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纤维膜管
，特别涉及金属-陶瓷复合纤维膜管及其制备方法。
技术介绍
现有的膜材料按照构型可分为平板膜、单通道膜管、多通道膜管和纤维膜管。中国 专利申请号200610039324. 1提出的一种多通道膜管，与单通道管式膜相比，由于多通道膜 管有多个内孔，从而达到了增大比表面积的效果。但是，无论是多通道膜管还是单通道膜 管，由若干膜管组装而成的膜组件，其单位体积的有效膜面积或称为膜组件填充密度，都远 低于由纤维膜管构成的膜组件所能达到的高填充密度。另外，由于纤维膜管的直径小和壁 厚薄，还具有使用过程不易出现膜孔堵塞的优点。 美国化学协会《化学进展丛书》(Advances of Chemistry Series, 38(1963) 117-132)曾报道了采用相转换法(phase inversion method)来合成非对称聚合 物纤维膜管，这是一种利用聚合物在不同液体(相对于聚合物分别为溶剂和非溶剂)中溶 解度的不同，当两种液体进行交换时使聚合物逐渐在表层富集，进而固化形成非对称聚合 物膜管的方法。相转换法制备的特征是有手指状的沿管径方向的不对称微孔形成。开始， 这种相转换法被用作有机纤维膜管的合成手段，但由于有机纤维膜管存在有机膜材料机械 稳定性、化学稳定性和热稳定性差，膜污染比较严重，反冲洗困难，抗微生物能力弱，使用寿 命短的缺憾，20世纪70年代，人们开始使用氧化物陶瓷取代有机物来作为膜管的制备材 料，即使用聚合物作为粘接剂与氧化物陶瓷粉体混合成浆料，再通过相转换法制出氧化物 陶瓷坯体。荷兰《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science, 188 (2001) 87-95)报道了 一种氧化铝纤维膜管，采用氧化物陶瓷制备的纤维膜管，其机械稳定性、化学稳定性和热稳 定性都有很大的提升；但陶瓷本身的不可焊接导致氧化物陶瓷纤维膜管不易组装的问题限 制了其使用。目前通常还是采用环氧树脂等有机物来辅助组装氧化物陶瓷，这就使其只能 在较低温度的中和环境条件下使用。瑞士《合金与化合物杂志》(Journal of Alloys and Compounds， 470 (2009) 461-464)报道了 一种多孔或致密的镍纤维膜管。但由于金属本身的 特性，其粉体制备较为困难，当用作多孔材料使用时，其孔径的调整难度大、孔形状不均匀； 此外，由于金属的密度较大，在挤出过程中，易受重力影响导致微孔分布和膜管管壁厚度不 均匀。 目前对于金属-陶瓷复合膜的研究比较少，已见到的文献仅限于平板致密 膜，且只是采用氧化物陶瓷还原的方法来得到复合膜。英国《核能进展》(Progress in NuclearEnergy 49 (2007) 546-554)报道了一种Ni-YSZ金属-陶瓷复合电极，但由于使用了 复合凝胶还原法(complexes-gel reduction process)，制备工艺相对繁琐且得到的只是 上述几种形状中比表面积最小的平板膜。3 本专利技术的目的是提出一种金属_陶瓷复合纤维膜管及其制备方法，以克服现有陶 瓷膜管组装困难、不适宜于较高温度和较苛刻条件使用，以及金属膜管成型和烧结困难的 问题，并有效提高热交换性能和气/液体透过速率。 本专利技术的金属_陶瓷复合纤维膜管的制备方法，其特征在于将质量分数分别为 0. 2 1%的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、0. 7 10%的聚醚砜(PESf)、7 50X的N-甲基-l-妣 咯烷酮(NMP)和50 90%的金属粉体与陶瓷粉体质量比为3 10 : 1的混合物球磨制 成均匀的浆料，浆料粘度为在重力作用下刚好能从喷丝头自动流出；采用由内外两个同心 圆管构成的夹层间隙为0. 2 2. 5mm、内管孔直径为0. 7 5. 4mm的喷丝头出口 ，加0. 01 0. 2MPa压力使浆料通过喷丝头的夹层间隙，并加0. 005 0. 05Mpa压力使20 4(TC水和 /或乙醇从喷丝头的内管孔同时挤出，进入20 4(TC水和/或乙醇中，得到金属_陶瓷复 合纤维膜管坯体；将该坯体干燥后置于还原性气氛或真空度1X10—4 1Pa条件下，视其组 分加热至800 150(TC烧结，即得到金属_陶瓷复合纤维膜管。 所述金属粉体材料选自不锈钢、镍、铜、锌、钼、银、铬、金、钼、钛、钯、钼、鸨或铝粉。 所述陶瓷粉体材料选自氧化铝、钇或钪部分或完全稳定的氧化锆、钐掺杂的氧化 铈、氧化硼、氧化钛、氮化钛、氮化硼、氮化硅、碳化钨、碳化硅、硅化钼、莫来石、堇青石、石英或石墨粉。 所述由内外两个同心圆管构成的喷丝头出口，其内管外径为1 6mm、管壁厚 0. 1 0. 3mm，外管内径为2 8mm ;内管与外管之间的夹缝宽度优选为0. 2 2. 5mm ;可根据需要选用并调整喷丝头的内外两个同心圆管出口的直径大小，即可制备出所需粗细、壁 厚及中孔大小的纤维膜管坯体。 采用上述方法制备的本专利技术的金属_陶瓷复合纤维膜管，特征在于其为膜管外径 1 8mm、膜管厚度0. 2 2. 5mm、膜管孔内直径0. 6 7mm的自支撑金属_陶瓷复合中空纤 维膜管；该金属-陶瓷复合纤维膜管材料中所含金属与陶瓷的质量比为3 10 : l;其中 所含金属材料选自不锈钢、镍、铜、锌、钼、银、铬、金、钼、钛、钯、钼、钨或铝；陶瓷材料选自氧 化铝、钇或钪部分或完全稳定的氧化锆、钐掺杂的氧化铈、氧化硼、氧化钛、氮化钛、氮化硼、 氮化硅、碳化钨、碳化硅、硅化钼、莫来石、堇青石、石英或石墨；该纤维膜管具有相转换法制 备过程中形成的手指状孔的特征结构。 本专利技术由于采用金属、陶瓷混合粉体作为原料和采用相转换法制备金属_陶瓷复 合纤维膜管，与现有使用氧化物陶瓷还原的方法相比，工艺简单且能得到比表面积大的纤 维膜管结构；与现有制备单通道或多通道管式膜的挤出成型法相比，本方法制备出的纤维 膜管直径小，且具有可调的指状孔，提高了比表面积，从而增大了对气(液)体的透过速率 或热交换性能，可以满足更多需求。 与现有技术相比较，由于本专利技术的金属_陶瓷复合纤维膜管采用了金属粉体和氧化物陶瓷粉体混合作为原材料，从而不仅继承了陶瓷膜管和金属膜管在化学、热、机械稳定性方面的优点；且由于金属所具有的可焊接性质，本专利技术制备的金属-陶瓷复合纤维膜管之间或膜管与金属之间可以焊接，从而克服了现有陶瓷纤维膜管不易组装的不足。 本专利技术的金属_陶瓷复合陶瓷纤维膜管具有广泛的应用领域，可用于组装膜反应器、高效热交换器以及膜分离装置等。附图说明 图1为本专利技术金属_陶瓷复合纤维膜管制备方法中的坯体成型过程示意图。 图2为不锈钢_氧化铝复合多孔纤维膜管孔径分布曲线。 图3为不锈钢_氧化铝复合多孔纤维膜管纯水通量图。具体实施例方式实施例1 :不锈钢-氧化铝复合多孔纤维膜管的制备和使用 称取0. 4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 、1. 84g聚醚砜(PESf) 、9. 2gN_甲基_1_吡咯烷 酮(NMP)和97. 68g粒径1 10 ii m的不锈钢粉、10. 86g粒径1 y m的氧化铝粉，混合后使用 南京大学仪器厂制造的QM-3SP2行星式球磨机，在20Hz下球磨48小时，得到可在无压力情 况下刚好能够从喷丝头流出的均匀浆料。 附图l给出了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属－陶瓷复合纤维膜管的制备方法，其特征在于：将质量分数为０．２～１％的聚乙烯吡咯烷酮、０．７～１０％的聚醚砜、７～５０％的Ｎ－甲基－１－吡咯烷酮和５０～９０％的金属粉体与陶瓷粉体的质量比为３～１０∶１的混合物球磨制成均匀的浆料，浆料粘度为在重力作用下刚好能从喷丝头自动流出；采用由內外两个同心圆管构成的夹层间隙为０．２～２．５ｍｍ、内管孔直径为０．７～５．４ｍｍ的喷丝头出口，加０．０１～０．２ＭＰａ压力使浆料通过喷丝头的夹层间隙，并加０．００５～０．０５Ｍｐａ压力使２０～４０℃水和／或乙醇从喷丝头的内管孔同时挤出，进入２０～４０℃水和／或乙醇中，得到金属－陶瓷复合纤维膜管的中空管状坯体；将该坯体置于还原性气氛或者真空度１×１０↑［－４］～１Ｐａ条件下在８００～１５００℃烧结，即得到金属－陶瓷复合纤维膜管。
【技术特征摘要】
一种金属-陶瓷复合纤维膜管的制备方法，其特征在于将质量分数为0.2～1％的聚乙烯吡咯烷酮、0.7～10％的聚醚砜、7～50％的N-甲基-1-吡咯烷酮和50～90％的金属粉体与陶瓷粉体的质量比为3～10∶1的混合物球磨制成均匀的浆料，浆料粘度为在重力作用下刚好能从喷丝头自动流出；采用由內外两个同心圆管构成的夹层间隙为0.2～2.5mm、内管孔直径为0.7～5.4mm的喷丝头出口，加0.01～0.2MPa压力使浆料通过喷丝头的夹层间隙，并加0.005～0.05Mpa压力使20～40℃水和/或乙醇从喷丝头的内管孔同时挤出，进入20～40℃水和/或乙醇中，得到金属-陶瓷复合纤维膜管的中空管状坯体；将该坯体置于还原性气氛或者真空度1×10-4～1Pa条件下在800～1500℃烧结，即得到金属-陶瓷复合纤维膜管。2. 如权利要求1所述金属_陶瓷复合纤维膜管的制备方法，特征在于所述金属粉体材 料选自不锈钢、镍、铜、锌、钼、银、铬、金、钼、钛、钯、钼、钨或铝粉。3. 如权利要求1所述金属_陶瓷复合纤维膜管的制备方法，特征在于所述陶瓷粉体 材料选自氧化铝、钇或钪部分或完全稳定的...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚华民，刘通，李伟，陈初升，高建峰，杨萍华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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