一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺的利记博彩app

本发明涉及一种陶瓷分离膜的制备工艺，尤其是涉及一种采用静电纺丝制备陶瓷分离膜的方法，属于高性能陶瓷膜制备领域。

背景技术：

分离膜材料从来源可分为天然膜和合成膜，其中合成膜又可分为无机陶瓷膜和有机高分子膜。陶瓷膜相对有机高分子膜具有热稳定性和化学稳定性好、机械强度高、使用寿命长等优点，在产品分离及提纯，废气废液处理等领域备受关注。目前，应用最广泛的是氧化铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化硅和碳化硅制备的陶瓷膜。

陶瓷膜的制备方法主要有固态粒子烧结法、溶胶-凝胶法、阳极氧化法、化学气相沉积法等。固态粒子烧结法主要过程为陶瓷粒子在分散介质中形成稳定的悬浊液，然后在多孔支撑体上采用浸浆法或喷涂法成膜。成膜过程中粒子形态及大小均不可改变，膜层厚度难以控制。溶胶-凝胶法是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出微米乃至亚微米结构的材料，但此方法陈化时间长，无法工业化应用。静电纺丝技术是生产纳米纤维和纳米微球的新型方法，通过改变静电纺丝参数可得到不同结构形态的喷出物，本发明采用静电纺丝方法制备陶瓷分离膜，通过调节静电纺丝参数控制喷头喷出物的形态，可分别得到纳米纤维、珠粒纤维、纳米珠粒。对多孔支撑体进行处理，使其导电，以多孔支撑体为接收器，静电纺丝喷出物在多孔支撑体表面沉积，获得多层结构的陶瓷分离膜，膜材料成型过程中纤维直径、珠粒大小均可控，珠粒纤维可起到增韧作用，增大了陶瓷分离膜的强度，增强了膜材料和支撑体的结合牢度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺，对多孔支撑体进行导电处理，以多孔支撑体为接收器通过静电纺丝形成陶瓷膜分离层，静电纺丝过程中调节静电纺丝参数控制喷丝头喷出物的形态，在多孔支撑体表面形成多层结构的陶瓷分离膜，膜材料成型过程中纤维直径、珠粒大小均可控，珠粒纤维起到增韧作用，增大了陶瓷分离膜的强度，增强了膜材料和支撑体的结合牢度。

本发明的技术方案：

一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺，包括以下步骤：

（1）静电纺丝前驱体制备，将金属盐a和高分子聚合物b混合加入溶剂c中，充分搅拌，制备成均匀稳定分散的静电纺丝前驱体溶液d；

（2）多孔支撑体处理，将多孔支撑体置于盐溶液e中浸泡，得到可导电的多孔支撑体f；

（3）静电纺丝，将制得的静电纺丝前驱体溶液d注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，以可导电的支撑体f作为静电纺丝接收器，喷丝头电压为1-50kv，喷丝头与接收器的距离为3-30cm，通过调节喷丝头电压大小或喷丝头与接收器距离的大小控制喷头喷出物的形态，使喷丝头喷出物形态为纳米纤维、珠粒纤维、纳米珠粒，喷丝头喷出的纳米纤维、珠粒纤维、纳米珠粒在接收器表面交替沉积，得到覆膜的支撑体g，可导电支撑体接地并施加-10~0kv电压；

（4）高温煅烧，将制备的覆膜支撑体g置于气氛炉中进行程序升温烧结，保温一定时间后，再自然降温，得到陶瓷分离膜。

上述步骤（1）中所使用的金属盐a为铝金属盐、钛金属盐、锆金属盐、锌金属盐中的一种或多种，所使用的高分子聚合物b为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚乙烯醇中的一种或多种，所使用的溶剂c为水、乙醇、乙酸、异丙醇、乙醚、盐酸、四氢呋喃、丙酮、苯、甲苯中的一种或多种。

所使用的铝金属盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、异丙醇铝、乙酸铝、正丁醇铝、醋酸铝中的一种或多种，所使用的钛金属盐为1-丁醇钛(ⅳ)盐、四异丙醇钛、四丁氧基钛中的一种或多种，所使用的锆金属盐为醋酸锆、硝酸锆、氧氯化锆、硫酸锆、正丁醇锆、碳酸锆中的一种或多种，所使用的锌金属盐为醋酸锌、硝酸锌、硫酸锌、正丁醇锌中的一种或多种。

上述步骤（2）中所使用的多孔支撑体的材料为碳化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅、不锈钢中的一种或多种，多孔支撑体的形式为管式膜或片式膜，多孔支撑体孔隙率为20-70%，平均孔径1-50μm，所使用的盐溶液e为氯化钠、氯化钾、氯化铝、硫酸铝、1-丁醇钛(ⅳ)盐、硝酸锆，醋酸锌，优先选用金属盐a的溶液或所用支撑体所含金属元素的盐溶液。

上述步骤（3）中所述静电纺丝过程中逐渐增加喷丝头电压并减小喷丝头与接收器的距离，在接收器的表面逐层沉积纳米纤维层、珠粒纤维层、纳米珠粒层。纳米纤维层纤维直径10-1000nm，厚度为1-10μm，珠粒纤维层珠粒直径50-2000nm，纤维直径10-1000nm，珠粒纤维层厚度1-5μm，纳米珠粒层纳米珠粒直径50-1000nm，纳米珠粒层厚度1-5μm。

上述步骤（4）中所述的程序升温烧结为先以10-50℃/min的升温速度由室温升温至400-700℃，保温60-720min，再以10-30℃/min的升温速度升至700-1300℃，保温60-300min，然后以10-20℃/min的降温速度降至室温，所使用的烧结气氛为空气或氮气。

上述步骤（1）中所使用的金属盐a可采用非金属化合物h代替，非金属化合物h为聚碳硅烷或正硅酸乙酯，溶剂c中加入酸性水溶液，所使用的酸性水溶液为盐酸、硝酸、硫酸、醋酸、碳酸或磷酸水溶液。

本发明的有益效果：采用静电纺丝法制备陶瓷分离膜，膜材料成型过程中纤维直径、珠粒大小均可控，珠粒纤维起到增韧作用，增大了陶瓷分离膜的强度，增强了膜材料和支撑体的结合牢度。

附图说明

图1为实施例1所述的陶瓷分离膜纳米纤维层电镜图。

图2为实施例1所述的陶瓷分离膜珠粒纤维层电镜图。

图3为实施例1所述的陶瓷分离膜纳米珠粒层电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

实施例1

一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺，包括以下步骤：

（1）静电纺丝前驱体制备，将三氯化铝水溶液和聚乙烯醇加入水中，充分搅拌，制备成均匀稳定分散的静电纺丝前驱体溶液d。

（2）多孔支撑体处理，将片式氧化铝多孔支撑体置于三氯化铝溶液e中浸泡，得到可导电的多孔支撑体f，所使用的片式氧化铝多孔支撑体孔隙率为70%，孔径为10μm。

（3）静电纺丝，将制得的静电纺丝前驱体溶液d注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，以可导电的片式氧化铝支撑体f作为静电纺丝接收器，喷丝头电压为1kv，喷丝头与接收器的距离为30cm，纺丝过程中逐渐增大喷丝头电压至20kv，同时逐渐缩小喷丝头与接收器之间的距离为15cm，使喷丝头喷出物由纳米纤维过渡为珠粒纤维、纳米珠粒，纳米纤维、珠粒纤维、纳米珠粒在氧化铝多孔支撑体表面交替沉积，得到覆膜的氧化铝支撑体g，可导电支撑体接地并施加负10kv电压。得到纳米纤维层纤维直径1000nm，厚度为10μm，珠粒纤维层珠粒直径2000nm，纤维直径1000nm，珠粒纤维层厚度5μm，纳米珠粒层纳米珠粒直径1000nm，纳米珠粒层厚度1μm。

（4）高温煅烧，将制备的覆膜氧化铝支撑体g置于气氛炉中进行程序升温烧结，程序升温烧结为先以10℃/min的升温速度由室温升温至700℃，保温60min，再以30℃/min的升温速度升至700℃，保温60min，然后以10℃/min的降温速度降至室温，所使用的烧结气氛为空气。

实施例2

一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺，包括以下步骤：

（1）静电纺丝前驱体制备，将四异丙醇钛和聚乙烯吡咯烷酮加入乙醇中，充分搅拌，制备成均匀稳定分散的静电纺丝前驱体溶液d。

（2）多孔支撑体处理，将管式氧化锆多孔支撑体置于硝酸锆溶液e中浸泡，得到可导电的多孔支撑体f，所使用的管式氧化锆多孔支撑体孔隙率为20%，孔径为1μm。

（3）静电纺丝，将制得的静电纺丝前驱体溶液d注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，以可导电的管式氧化锆支撑体f作为静电纺丝接收器，喷丝头电压为5kv，喷丝头与接收器的距离为25cm，纺丝过程中逐渐增大喷丝头电压至50kv，同时逐渐缩小喷丝头与接收器之间的距离为3cm，使喷丝头喷出物由纳米纤维过渡为珠粒纤维、纳米珠粒，纳米纤维、珠粒纤维、纳米珠粒在氧化锆多孔支撑体表面交替沉积，得到覆膜的氧化锆支撑体g，可导电支撑体接地。得到纳米纤维层纤维直径10nm，厚度为1μm，珠粒纤维层珠粒直径50nm，纤维直径10nm，珠粒纤维层厚度1μm，纳米珠粒层纳米珠粒直径50nm，纳米珠粒层厚度5μm。

（4）高温煅烧，将制备的覆膜氧化锆支撑体g置于气氛炉中进行程序升温烧结，程序升温烧结为先以50℃/min的升温速度由室温升温至400℃，保温720min，再以10℃/min的升温速度升至1300℃，保温60min，然后以20℃/min的降温速度降至室温，所使用的烧结气氛为空气。

实施例3

一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺，包括以下步骤：

（1）静电纺丝前驱体制备，将硫酸锆水溶液和聚环氧乙烷加入异丙醇中，充分搅拌，制备成均匀稳定分散的静电纺丝前驱体溶液d。

（2）多孔支撑体处理，将片式二氧化硅多孔支撑体置于硫酸锆水溶液e中浸泡，得到可导电的多孔支撑体f，所使用的片式二氧化硅多孔支撑体孔隙率为40%，孔径为5μm。

（3）静电纺丝，将制得的静电纺丝前驱体溶液d注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，以可导电的片式二氧化硅支撑体f作为静电纺丝接收器，喷丝头电压为10kv，喷丝头与接收器的距离为20cm，纺丝过程中逐渐增大喷丝头电压至40kv，同时逐渐缩小喷丝头与接收器之间的距离为5cm，随后减小喷丝头电压至20kv，增大喷丝头与接收器之间的距离为10cm，使喷丝头喷出物由纳米纤维过渡为纳米珠粒、珠粒纤维，纳米纤维、纳米珠粒、珠粒纤维在二氧化硅多孔支撑体表面交替沉积，得到覆膜的二氧化硅支撑体g，可导电支撑体接地并施加负1kv电压。得到纳米纤维层纤维直径200nm，厚度为2μm，纳米珠粒层纳米珠粒直径300nm，纳米珠粒层厚度2μm，珠粒纤维层珠粒直径500nm，纤维直径400nm，珠粒纤维层厚度4μm。

（4）高温煅烧，将制备的覆膜二氧化硅支撑体g置于气氛炉中进行程序升温烧结，程序升温烧结为先以20℃/min的升温速度由室温升温至500℃，保温300min，再以30℃/min的升温速度升至1000℃，保温200min，然后以15℃/min的降温速度降至室温，所使用的烧结气氛为空气。

实施例4

一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺，包括以下步骤：

（1）静电纺丝前驱体制备，将醋酸锌水溶液和聚丙烯腈加入丙酮中，充分搅拌，制备成均匀稳定分散的静电纺丝前驱体溶液d。

（2）多孔支撑体处理，将片式氧化铝多孔支撑体置于醋酸锌水溶液e中浸泡，得到可导电的多孔支撑体f，所使用的片式氧化铝多孔支撑体孔隙率为30%，孔径为20μm。

（3）静电纺丝，将制得的静电纺丝前驱体溶液d注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，以可导电的片式二氧化硅支撑体f作为静电纺丝接收器，喷丝头电压为15kv，喷丝头与接收器的距离为25cm，纺丝过程中逐渐增大喷丝头电压至30kv，同时逐渐缩小喷丝头与接收器之间的距离为10cm，使喷丝头喷出物由纳米纤维过渡为珠粒纤维、纳米珠粒，纳米纤维、珠粒纤维、纳米珠粒在氧化铝多孔支撑体表面交替沉积，得到覆膜的氧化铝支撑体g，可导电支撑体接地并施加负5kv电压。得到纳米纤维层纤维直径800nm，厚度为2μm，珠粒纤维层珠粒直径600nm，纤维直径500nm，珠粒纤维层厚度2μm，纳米珠粒层纳米珠粒直径1000nm，纳米珠粒层厚度3μm。

（4）高温煅烧，将制备的覆膜氧化锆支撑体g置于气氛炉中进行程序升温烧结，程序升温烧结为先以15℃/min的升温速度由室温升温至600℃，保温100min，再以20℃/min的升温速度升至1200℃，保温60min，然后以10℃/min的降温速度降至室温，所使用的烧结气氛为空气。

实施例5

一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺，包括以下步骤：

（1）静电纺丝前驱体制备，将聚碳硅烷和聚乙烯吡咯烷酮加入四氢呋喃中，加入硝酸溶液充分搅拌，制备成均匀稳定分散的静电纺丝前驱体溶液d。

（2）多孔支撑体处理，将管式碳化硅多孔支撑体置于氯化钠溶液e中浸泡，得到可导电的多孔支撑体f，所使用的管式碳化硅多孔支撑体孔隙率为70%，孔径为50μm。

（3）静电纺丝，将制得的静电纺丝前驱体溶液d注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，以可导电的管式碳化硅多孔支撑f作为静电纺丝接收器，喷丝头电压为10kv，喷丝头与接收器的距离为12cm，纺丝过程中逐渐增大喷丝头电压至20kv，同时逐渐缩小喷丝头与接收器之间的距离为5cm，使喷丝头喷出物由纳米纤维过渡为珠粒纤维、纳米珠粒，纳米纤维、珠粒纤维、纳米珠粒在碳化硅多孔支撑体表面交替沉积，得到覆膜的碳化硅支撑体g，可导电支撑体接地并施加负8kv电压。得到纳米纤维层纤维直径1000nm，厚度为2μm，珠粒纤维层珠粒直径1500nm，纤维直径800nm，珠粒纤维层厚度1μm，纳米珠粒层纳米珠粒直径1000nm，纳米珠粒层厚度2μm。

（4）高温煅烧，将制备的覆膜碳化硅支撑体g置于气氛炉中进行程序升温烧结，在氮气气氛下程序升温烧结为先以15℃/min的升温速度由室温升温至700℃，保温100min，再以20℃/min的升温速度升至1200℃，保温60min，然后以10℃/min的降温速度降至500℃后改用空气气氛，保温60min，最后以10℃/min的降温速度降至室温。

实施例6

一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺，包括以下步骤：

（1）静电纺丝前驱体制备，将正硅酸乙酯和聚乙烯吡咯烷酮加入乙醇中，加入盐酸充分搅拌，制备成均匀稳定分散的静电纺丝前驱体溶液d。

（2）多孔支撑体处理，将片式氧化铝多孔支撑体置于氯化铝溶液e中浸泡，得到可导电的多孔支撑体f，所使用的片式氧化铝多孔支撑体孔隙率为20%，孔径为10μm。

（3）静电纺丝，将制得的静电纺丝前驱体溶液d注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，以可导电的片式氧化铝多孔支撑体f作为静电纺丝接收器，喷丝头电压为5kv，喷丝头与接收器的距离为10cm，纺丝过程中逐渐增大喷丝头电压至25kv，同时逐渐缩小喷丝头与接收器之间的距离为3cm，使喷丝头喷出物由纳米纤维过渡为珠粒纤维、纳米珠粒，纳米纤维、珠粒纤维、纳米珠粒在碳化硅多孔支撑体表面交替沉积，得到覆膜的氧化铝支撑体g，可导电支撑体接地并施加负1kv电压。得到纳米纤维层纤维直径800nm，厚度为1μm，珠粒纤维层珠粒直径2000nm，纤维直径100nm，珠粒纤维层厚度1μm，纳米珠粒层纳米珠粒直径800nm，纳米珠粒层厚度3μm。

（4）高温煅烧，将制备的覆膜氧化铝支撑体g置于气氛炉中进行程序升温烧结，在空气气氛下程序升温烧结为先以20℃/min的升温速度由室温升温至600℃，保温120min，再以20℃/min的升温速度升至1200℃，保温60min，然后以10℃/min的降温速度降至室温。

实施例7

一种静电纺丝法制备陶瓷分离膜的工艺，包括以下步骤：

（1）静电纺丝前驱体制备，将氯化铝水溶液、四丁氧基钛水溶液和聚乙烯吡咯烷酮混合加入乙醇中，充分搅拌，制备成均匀稳定分散的静电纺丝前驱体溶液d。

（2）多孔支撑体处理，将片式氧化铝多孔支撑体置于氯化铝溶液e中浸泡，得到可导电的多孔支撑体f，所使用的片式氧化铝多孔支撑体孔隙率为25%，孔径为8μm。

（3）静电纺丝，将制得的静电纺丝前驱体溶液d注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，以可导电的片式氧化铝多孔支撑体f作为静电纺丝接收器，喷丝头电压为5kv，喷丝头与接收器的距离为10cm，纺丝过程中逐渐增大喷丝头电压至25kv，同时逐渐缩小喷丝头与接收器之间的距离为3cm，使喷丝头喷出物由纳米纤维过渡为珠粒纤维、纳米珠粒，纳米纤维、珠粒纤维、纳米珠粒在碳化硅多孔支撑体表面交替沉积，得到覆膜的氧化铝支撑体g，可导电支撑体接地并施加负1kv电压。得到纳米纤维层纤维直径500nm，厚度为2μm，珠粒纤维层珠粒直径1000nm，纤维直径800nm，珠粒纤维层厚度1μm，纳米珠粒层纳米珠粒直径500nm，纳米珠粒层厚度2μm。