專利名稱：多通道多孔陶瓷纖維的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種類似于(微)纖維的新型陶瓷膜，可以用于流體的微濾和超濾以及氣體的過濾和分離，還涉及這種膜的生產(chǎn)方法。
具有(微)纖維幾何結構的膜，換句話說，外徑大到3mm而內(nèi)徑在400-2000μm之間的管狀幾何結構的膜是已知的，在市場上可以買到。它們是由有機材料制成的，正因為如此，它們具有這種材料的已知優(yōu)點和缺點。因此，如果這些(微)纖維的機械特征，特別是它們的柔韌性允許將它們安裝在過濾組件中時，盡管如此，它們具有低的耐化學作用和低的耐熱性，它們的應用限制在70℃以下的溫度和4-10的pH之間。
此外，也提出了陶瓷(微)纖維；在所有的情況下，這些無機(微)纖維采用有機纖維的傳統(tǒng)結構。
EP-A-0787524公開了一種多通道，一部分通道是主通道，另一部分是出口導管。這些出口導管與主通道的滲透側連接，因此具有低的反壓。
EP-A-0609275和US-P-5607586公開了一種具有特定幾何結構(特定厚度和半徑)的膜，這些膜包括大孔支承件和過濾層。
WO-A-94/23829公開了一種纖維，其外徑可以達到3mm，壁厚為30-500μm的數(shù)量級，在該文獻中還公開了生產(chǎn)這種膜的擠出方法。
US4446024也公開了一種纖維，其外徑為640-3180μm(0.025-0.125英寸)之間。這些纖維的特征是其壁相對薄。
此外，如果說陶瓷纖維在過濾中是有用的，特別是因為它們的均勻性。因此，這些纖維是由單一多孔介質構成的，既作為支承件(纖維是自支承的)又作為過濾介質，這與傳統(tǒng)的大尺寸系統(tǒng)不同，大尺寸系統(tǒng)包括大孔支承件以及覆蓋在其上的多孔過濾層。
然而，目前的陶瓷纖維的幾何結構使得它們具有低的機械強度。此外，陶瓷纖維模件的制造和使用存在困難，由于不同的原因，如突然沖擊和泵的振動，纖維容易破裂。
所以，需要高強度的可以安裝到模件中的(微)纖維。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種多通道多孔陶瓷纖維。
這種纖維相當于多孔陶瓷棒，其中有幾個通道穿過，所述多孔陶瓷材料棒具有多孔結構(傳統(tǒng)意義上的)和可變的孔隙率，所述通道的軸平行于陶瓷棒的軸。
這種纖維是由單一多孔介質構成的，既作為支承件(纖維是自支承的)又作為過濾介質。這些穿過纖維的通道存在于纖維的每一側；除它們的孔隙外，這些通道不與滲透側相連通。所有這些通道都完成相同的任務(分離、反應等)；都不用于輸送滲透物(或是已跨過另一通道壁的流體的結果)。
按照一個實施方案，通道的層數(shù)(rank)最大為2，即一個中心通道以及環(huán)狀設置在其附近的通道。層數(shù)也可以僅為1，在這種情況下，通道近似于按環(huán)狀設置。
按照一個實施方案，通道分布在正多邊形的頂點，邊數(shù)(order)為3-6個，當邊數(shù)大于3時，可以有一個輔助通道占據(jù)所述多邊形的中心位置，邊數(shù)優(yōu)選為5-6個。
纖維和/或通道可以具有任何合適的形狀，例如，圓形截面；通道的橫截面可以是桔瓣四邊形(orange quarter)，纖維的橫截面也可以是這種形狀，圓形幾何結構也可以用多瓣形(multi-lobe)幾何結構代替。當使用桔瓣四邊形幾何結構(或者說通道不呈圓形)時，這種通道的直徑可以用具有相同橫截面的圓形通道的直徑來定義。當纖維的截面不是圓形時，其直徑也可類似地用具有相同橫截面的圓形纖維的直徑來定義。
纖維和/或通道優(yōu)選具有圓形橫截面。
優(yōu)選地，所有通道是基本相同的；這是在纖維中限定一個通道與另一通道的壓降和通量差的最好方式。
按照一個實施方案，本發(fā)明的纖維具有如下特征(i)通道直徑為150-2000μm，優(yōu)選為300-1000μm，和/或(ii)相當于多孔陶瓷纖維直徑與通道直徑的之比的包封比率(envelope ratio)Re為2.5-15，優(yōu)選4-10，和/或(iii)相當于通道橫截面積總和與多孔陶瓷纖維橫截面積之比的填充比率(fill ratio)Ro為0.03-0.45，優(yōu)選為0.04-0.35，有利的是0.15-0.35，和/或(iv)相當于在纖維徑向上測得的平均壁厚與所通過的通道直徑之比的支承比率(sustain ratio)Rs為0.3-2.5，優(yōu)選為0.5-1.5，其中所述平均壁厚相當于通過所述纖維徑向上最多通道的平均壁厚，和/或(v)相當于通過纖維徑向上最多通道的通道壁厚之間的比率的厚度比率Rp為1/3-3，優(yōu)選為1/2-2，有利的厚度比率為約1，按照另一實施方案，這一比率為2-3。
纖維直徑可以高到例如為25mm，優(yōu)選達15mm；通常這一直徑在2-10mm之間，優(yōu)選為3-7mm。
本發(fā)明的纖維具有比傳統(tǒng)(微)纖維幾何結構更高的抗碾性(crushresistance)。因此，對于相同的過濾表面和/或相同的過濾流量，獲得的斷裂強度如下單通道纖維為0.1-1N，四通道纖維為25-35N，七通道纖維為60-100N。
以下參照附

圖1-9更詳細地解釋幾何結構和參數(shù)，這些附示了特定的實施方案。尺寸之間的比率相當于真實情況；其尺度是這樣選擇的，使得圖7所示的纖維，其直徑為4.5mm。參照圖6和7，平均厚度如圖所示。首先，考慮通過最多通道的纖維半徑；然后，確定長度“a”和“b”，如圖所示，這些長度相應于纖維徑向上的通道壁的厚度，取平均值(a+b)/2，再除半徑所通過的通道直徑。這樣得到了支承比率Rs。厚度比率Rp的值等于a/b，在所有附圖中，比率Rp為1。這一厚度比率表明了通道在徑向上的位置(從纖維中心或較長或較短延伸的距離)。對于附圖所示的每一實施方案，常規(guī)尺寸列于下表(在“通道數(shù)”欄中，n+m中n是周邊通道數(shù)，m是中心通道數(shù)，通道和纖維直徑以及平均厚度都以mm表示，通道和纖維的橫截面積以mm2表示)。
<p>本發(fā)明纖維的平均孔徑通常小于4μm，一般為50nm-2μm，優(yōu)選為0.2-1.2μm。
本發(fā)明纖維的平均孔隙率為10-70％，優(yōu)選為35-60％。
本發(fā)明纖維的長度可達數(shù)米；纖維長度通常為0.5-2m。
本發(fā)明纖維的彎度(camber)或失真(由于燒結引起的變形)通常較小，例如小于0.3％，優(yōu)選小于0.15％，更有利的是小于0.05％。這一值小有利于將纖維安裝到模件中。
優(yōu)選地，陶瓷是金屬氧化物。
本發(fā)明的纖維可以用于各種應用，可以其原始狀態(tài)(″as is″state)使用，也可以改性后使用。
按照一個實施方案，纖維的孔至少一部分由沸石占據(jù)，優(yōu)選由硅質巖型(silicalite type)的沸石占據(jù)。具有沸石的這種纖維特別適合于氣體的分離。沸石可以任何常規(guī)方法就地形成，通過用前體溶液浸漬再燒結。
按照本發(fā)明的另一實施方案，纖維的孔至少一部分由催化劑占據(jù)，催化劑是用常規(guī)方式固定在纖維的孔中。
按照本發(fā)明的另一實施方案，纖維的孔至少一部分被細菌占據(jù)，優(yōu)選是被固定化的。細菌通過常規(guī)方法在固定在纖維的孔中。
具有催化劑或細菌的這種纖維特別適合用于化學或生物反應。例如，在使用細菌的情況下，可以處理包括營養(yǎng)成份的溶液，這些溶液通過纖維，反應產(chǎn)物在滲透側回收。這一實施方案可以與細菌約束(confinement)、生物反應和產(chǎn)品純化結合在一起。
本發(fā)明還提供了一種包括本發(fā)明纖維的過濾和/或反應模件。在這一實施方案中，模件包括一部分用于注入反應氣體的纖維。
按照后一實施方案的纖維組件(有或沒有固定細菌)是有利的，特別是在有氧反應的情況下是這樣的。事實上，在某些情況下，例如，在水處理的情形中，反應是需要氧氣的，液體介質需要持久地充氣。本發(fā)明的纖維可以這樣的方式安裝地模件內(nèi)它們中一些選擇分布用于注入空氣或氧氣，這樣就獲得了基本均勻的充氣介質，特別適合于生物反應，特別是需氧型反應?？梢韵纬蓾{液的步驟；此外，按照本發(fā)明，在反應結束時獲得的產(chǎn)物可以直接使用，例如用于農(nóng)業(yè)上。
在某些情況下，本發(fā)明的模件可以稱為膜式生物反應器(membranebio-reactor，MBR)。這種模件可以幾種方式操作。例如，反應介質包括細菌介質；在這里，纖維通過提取進行操作(純化后的介質通過纖維內(nèi)腔提取)。這種模件可以與固定細菌一起操作，所需要的介質可以常規(guī)方式在滲透側獲得。
本發(fā)明的纖維還可以用來形成分散體，如氣/液、液/液(乳化液)等。
本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)這種纖維的方法。其特征在于該方法包括如下順序的三個個主要步驟(i)制備含有無機部分或填料、粘合劑和溶劑的無機糊狀物，選擇性地含有抗絮凝劑和/或擠出劑(ii)將糊狀物擠出成形；(iii)通過燒結使成形物固結(consolidating)。
所述糊狀物的無機部分包括無機化合物的顆粒，在燒結后可以形成多孔基質(在其體積內(nèi)是均勻的)。該無機—優(yōu)選金屬—化合物可是非氧化物，也可以是金屬氧化物。當使用非氧化物衍生物時，可以選擇硅和鋁的衍生物，優(yōu)選碳化硅、氮化硅或氮化鋁。當使用的金屬化合物是氧化物時，可以選擇鋁、硅或IVA族(鈦族)金屬或VA族(釩族)的氧化物，優(yōu)選氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦。這些氧化物可以單獨或以混合物的形式使用。金屬化合物的平均粒徑(由sedigraph測定)例如為0.15-2μm，優(yōu)選為0.15-0.6μm。糊狀物可以含有50-90重量％的顆粒，優(yōu)選65-85％。
有機粘合劑可以賦予糊狀物擠出時所需的流變學性質，以及擠出后產(chǎn)品具有良好粘結性所需的機械性質。所述有機粘合劑優(yōu)選，但不限于水溶性聚合物。例如，聚合物具有2重量％的溶液，在20℃測定的粘度為4-10Pa/S。這一聚合物可以選自纖維素和其衍生物(HEC、CMC、HPC、HPMC等)，也可以使用聚丙烯酸、聚乙二醇、聚乙烯醇等。作為粘合劑，還可使用常規(guī)用作壓縮(compression)(或擠壓(pressing))粘合劑的粘合劑，與擠出粘合劑不同，術語“壓縮(或擠壓)粘合劑”和“擠出粘合劑”具有本領域技術人員已知的常規(guī)意義。優(yōu)選的粘合劑是晶體，特別是微晶纖維素，它們可以是粘合劑的全部或一部分。例如，糊狀物可以含有2-10重量％的有機粘合劑，優(yōu)選為3-8重量％。
溶劑的作用是分散無機部分和粘合劑。當使用水溶性聚合物時，可以選擇水作為溶劑；當聚合物不溶于水時，可以選擇醇，如乙醇作為溶劑。溶劑的濃度可以是例如8-40重量％，優(yōu)選10-27-重量％。
能溶于溶劑的抗絮凝劑可以改進金屬化合物顆粒的分散。通常選擇聚丙烯酸、含磷有機酸(phospho-organic acid)或烷基磺酸?？剐跄齽┑暮繛?.5-1重量％的數(shù)量級。
在某些情況下，添加輔助擠出的試劑，如聚乙二醇，擠出試劑的含量為為0.5-1重量％。
本發(fā)明還涉及一種纖維的前體糊狀物，所述糊狀物包括分散在溶劑中的無機填料(filler)和粘合劑，該粘合劑包括壓縮粘合劑。這種糊狀物在上面已描述過了。
成形通常是通過擠出進行的。通過螺旋或柱塞，糊狀物被強制通過一個復雜的模頭以接受后者的幾何形狀。在模頭的出口處收集膜的預制胚，在自由空氣中干燥，以除去水和溶劑，然后在1,300-1,700℃的溫度下燒結，例如，2小時。當糊狀物是以金屬氧化物為基礎的時，燒結在正常或中性氣氛(如氬氣)中進行，當金屬化合物是非氧化物時，在中性氣氛(如氬氣或氦氣)中進行。
擠出設備是常用設備，特別地，具有一個安裝在其中心的模頭，一個支承形成通道的栓的帽(crown)。在擠出設備出口處得到的纖維預制胚可以在旋轉爐膛內(nèi)干燥和/或燒結，例如使用Ceraver的法國專利2,229,313中公開的技術。
下面的實施例說明了本發(fā)明，但并不限于些。(在這些實施例中，厚度比率Rp等于1)。實施例1通過混合平均粒度為0.6μm的氧化鋁、作為有機粘合劑的微晶纖維素和作為溶劑相的水制備陶瓷糊狀物。糊狀物的濃度(重量百分比)如下氧化鋁 77微晶纖維素 5水 18通過柱塞擠壓擠出糊狀物。在50℃下旋轉干燥后，在1,450℃和大氣中燒結2小時，獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為0.3μm，孔隙率為23％。纖維和通道具有圓形橫截面。通道布置在邊數(shù)為6的多邊形的頂點，在纖維的中心有一通道。通道直徑為500μm，纖維直徑為4.5mm。則包封比率為9。沿通過纖維兩個通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為0.75mm。支承比率為1.5。纖維的橫截面積為15.90mm2。通道總橫截面積為1.37mm2，填充比率為0.086。
在1米的長度上測定纖維的彎度。其值為0.5mm。通過四點彎曲(four-point bending)測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。該纖維獲得的值為100N。
用氧化硅和四丙基銨的氫氧化物水溶液浸漬纖維的孔隙，溶液的pH值為12。浸漬過的纖維放置到反應釜中，溫度升高到200℃，時間超過72小時。在合成后，獲得了硅質巖型沸石，沸石在多孔纖維的孔隙內(nèi)結晶。這種結構具有氣體分離性質。因此，當在環(huán)境溫度下的向纖維供應摩爾組成為1∶1的氫氣和甲烷混合物時，獲得了富含甲烷的滲透物，其摩爾組成為7摩爾氫氣和93摩爾甲烷，選擇性相當于13。實施例2
通過混合平均粒度為0.15μm的氧化鋯、作為有機粘合劑的羥丙基纖維素和作為溶劑相的水制備陶瓷糊狀物。糊狀物的濃度(重量百分比)如下氧化鋯 50羥丙基纖維素 10水 40通過柱塞擠壓擠出糊狀物。在30℃下干燥后，在1,500℃和大氣中燒結2小時，獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為0.1μm，孔隙率為18％。纖維和通道具有圓形橫截面。通道布置在邊數(shù)為4的多邊形的頂點，在纖維的中心有一通道。通道直徑為400μm，纖維直徑為2.16mm。則包封比率為5.4。沿通過纖維兩個通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為0.24mm。支承比率為0.6。纖維的橫截面積為3.66mm2。通道總橫截面積為0.67mm2，填充比率為0.171。
在1米的長度上測定纖維的彎度。其值為0.8mm。通過四點彎曲測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。該纖維所獲得的值為60N。實施例3通過混合粒度為2μm的氧化鈦粉末、作為有機粘合劑的微晶纖維素和作為溶劑相的水制備陶瓷糊狀物。向這一混合物中加入含磷有機酸如WITCO PS 65作為抗絮凝劑，糊狀物的濃度(重量百分比)如下氧化鈦 70微晶纖維素 3水 26.5WITCO PS 65 0.5通過螺旋擠出機擠出糊狀物。在環(huán)境大氣中干燥后，在1,300℃和氬氣氛中燒結3小時，獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為1.3μm，孔隙率為30％。纖維和通道具有圓形橫截面。通道布置在邊數(shù)為5的多邊形的頂點，在纖維的中心有一通道。通道直徑為300μm，纖維直徑為2.1mm。則包封比率為7。沿通過纖維兩個通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為0.3mm。支承比率為1.0。纖維的橫截面積為3.46mm2，通道總橫截面積為0.42mm2。則填充比率為0.122。
在2米的長度上測定纖維的彎度。其值為0.6mm。通過四點彎曲測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。對該纖維所獲得的值為83N。
將細菌固定在纖維的孔隙中。從內(nèi)通道向細菌供應要轉變的營養(yǎng)液。在滲透側回收反應產(chǎn)物。實施例4通過混合平均粒度為0.4μm的氧化硅、作為有機粘合劑的聚乙烯醇和作為溶劑相的水制備陶瓷糊狀物。糊狀物中還包括作為增塑劑的PEG 4,000。糊狀物的濃度(重量百分比)如下氧化硅 65聚乙烯醇9水 25PEG 4,000 1通過柱塞擠壓擠出糊狀物。在30℃下在恒定轉速的爐膛內(nèi)干燥后，在1,430℃和大氣中燒結5小時，獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為0.3μm，孔隙率為20％。纖維和通道具有圓形橫截面。通道布置在邊數(shù)為5的多邊形的頂點，在纖維的中心沒有通道。通道直徑為700μm，纖維直徑為2.8mm。則包封比率為4。沿通過纖維通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為0.35mm。支承比率為0.5。纖維的橫截面積為6.16mm2，通道總橫截面積為1.92mm2。則填充比率為0.313。
在1米的長度上測定纖維的彎度。其值為0.2mm。通過四點彎曲測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。該纖維所獲得的值為65N。實施例5通過混合平均粒度為1.7μm的氧化釩、作為有機粘合劑的聚丙烯酸和作為溶劑相的水制備陶瓷糊狀物。糊狀物的濃度(重量百分比)如下氧化釩 83聚丙烯酸 5水 12通過柱塞擠壓擠出糊狀物。在50℃下干燥后，在1,600℃和大氣中燒結2小時，獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為1.1μm，孔隙率為26％。纖維和通道具有圓形橫截面。通道布置在邊數(shù)為6的多邊形的頂點，在纖維的中心沒有通道。通道直徑為300μm，纖維直徑為1.8mm。則包封比率為6。沿通過纖維通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為0.3mm。支承比率為1。纖維的橫截面積為2.54mm2，通道總橫截面積為0.42mm2。則填充比率為0.167。
在1米的長度上測定纖維的彎度。其值為0.9mm。通過四點彎曲測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。該纖維所獲得的值為72N。實施例6通過混合平均粒度為1μm的碳化硅粉末、作為有機粘合劑的乙基纖維素和作為溶劑相的乙醇制備陶瓷糊狀物。糊狀物的濃度(重量百分比)如下碳化硅 90乙基纖維素 2乙醇 8通過螺旋擠出機擠出糊狀物。在50℃下干燥后，在1,700℃和氬氣氛中燒結3小時，獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為0.7μm，孔隙率為25％。纖維和通道具有圓形橫截面。通道布置在邊數(shù)為4的多邊形的頂點，在纖維的中心沒有通道。通道直徑為800μm，纖維直徑為4.16mm。則包封比率為5.2。沿通過纖維通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為0.64mm。支承比率為0.8。纖維的橫截面積為13.59mm2，通道總橫截面積為2.01mm2。則填充比率為0.148。
在1米的長度上測定纖維的彎度。其值為0.4mm。通過四點彎曲測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。該纖維所獲得的值為35N。
用這種纖維構成膜式生物反應器。這是通過提供一個橫截面為矩形的筒(cartridge)實現(xiàn)的，因而獲得了五排200根纖維，將纖維端部在環(huán)氧樹脂中固定。這一筒的一端完全密封。另一端用裝置固定，使之可以首先是回收在通道中產(chǎn)生的液體，其次是向通道中注入空氣?；厥找后w的纖維與注入氣體的纖維的比例為20∶1。該筒放置在含有要純化的流出物和細菌的容器中，容器連續(xù)進料?；厥找后w的纖維連續(xù)提取流體，其速度等于缸的進料速度。氣體注入纖維在容器中產(chǎn)生了一團空氣泡，使之可以首先是清洗回收液體的纖維，其次是給細菌叢提供最優(yōu)的條件。實施例7通過混合平均粒度為0.6μm的氮化鋁粉末、作為有機粘合劑的乙基纖維素和作為溶劑相的乙醇制備陶瓷糊狀物。糊狀物的濃度(重量百分比)如下氮化鋁 85乙基纖維素 5乙醇 10通過柱塞擠壓擠出糊狀物。在50℃下干燥后，在1,300℃和大氣中燒結2小時，獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為0.5μm，孔隙率為22％。纖維和通道具有圓形橫截面。通道布置在邊數(shù)為4的多邊形的頂點，在纖維的中心有一通道。通道直徑為700μm，纖維直徑為3.5mm。則包封比率為5。沿通過纖維通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為0.35mm。支承比率為0.5。纖維的橫截面積為9.62mm2，通道總橫截面積為1.92mm2。則填充比率為0.2。
在1米的長度上測定纖維的彎度。其值為0.2mm。通過四點彎曲測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。對該纖維獲得的值為57.5N。實施例8通過混合平均粒度為0.8μm的氮化硅粉末、作為有機粘合劑的羧甲基纖維素和作為溶劑相的水制備陶瓷糊狀物。糊狀物的濃度(重量百分比)如下氮化硅 65羧甲基纖維素 6水 32通過柱塞擠壓擠出糊狀物。在30℃下干燥后，在1,500℃和大氣中燒結4小時，獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為0.4μm，孔隙率為20％。纖維和通道具有圓形橫截面。通道布置在邊數(shù)為3的多邊形的頂點，在纖維的中心沒有通道。通道直徑為1000μm，纖維直徑為8mm。則包封比率為8。沿通過纖維通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為1.5mm。支承比率為1.5。纖維的橫截面積為50.27mm2，通道總橫截面積為2.36mm2。則填充比率為0.047。
在1米的長度上測定纖維的彎度。其值為1mm。通過四點彎曲測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。對該纖維所獲得的值為25N。實施例9
使用與實施例1描述的相同糊狀物。在相同的條件下進行干燥和燒結。獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為0.3μm，孔隙率為23％。纖維具有多瓣形橫截面，通道具有圓形橫截面。通道布置在邊數(shù)為5的多邊形的頂點，在纖維的中心有一通道。通道直徑為700μm，纖維直徑為3.2mm。則包封比率為4.6。沿通過纖維通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為0.35mm。支承比率為0.5。纖維的橫截面積為7.82mm2，通道總橫截面積為2.31mm2。則填充比率為0.295。
在1米的長度上測定纖維的彎度。其值為0.3mm。通過四點彎曲測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。對該纖維所獲得的值為95N。實施例10使用與實施例3描述的相同糊狀物。在相同的條件下進行干燥和燒結。獲得了在其體積內(nèi)結構均勻的多孔纖維，其孔徑為1.3μm，孔隙率為30％。纖維具有圓形橫截面，通道具有桔瓣四邊形的橫截面。通道布置在邊數(shù)為6的多邊形的頂點，在纖維的中心沒有通道。通道直徑為800μm，纖維直徑為3.6mm。則包封比率為4.5。沿通過纖維通道中心的徑向測定通道間的平均壁厚。平均壁厚為0.4mm。支承比率為0.5。纖維的橫截面積為9.62mm2，通道總橫截面積為3.46mm2。則填充比率為0.36。
在1米的長度上測定纖維的彎度。其值為0.3mm。通過四點彎曲測定其機械強度，每兩個支承點之間的距離為50mm。對該纖維所獲得的值為73N。
本發(fā)明并不限于上面描述的實施方案，本領域的技術人員可以對其作出各種變動。
權利要求
1.一種多通道多孔陶瓷纖維。
2.如權利要求1的纖維，其中，通道分布在正多邊形的頂點，邊數(shù)為3-6，當邊數(shù)大于3時，可以有一個輔助通道占據(jù)所述多邊形的中心。
3.如權利要求2的纖維，其邊數(shù)為5或6。
4.如權利要求1-3中任何一項的纖維，其中，通道直徑為150-2000μm 。
5.如權利要求4的纖維，其中，通道直徑為300-1,000μm。
6.如權利要求1-5中任何一項的纖維，其中，相當于多孔陶瓷纖維直徑與通道直徑之比的包封比率Re為2.5-15。
7.如權利要求6的纖維，其中，包封比率Re為4-10。
8.如權利要求1-7中任何一項的纖維，其中，相當于通道橫截面積總和與多孔陶瓷纖維橫截面積之比的填充比率Ro為0.03-0.45。
9.如權利要求8的纖維，其中，填充比率Ro為0.04-0.35。
10.如權利要求8或9的纖維，其中，填充比率Ro為0.15-0.35。
11.如權利要求1-10中任何一項的纖維，其中，相當于在纖維徑向上測得的平均壁厚與所通過的通道直徑之比的支承比率Rs為0.3-2.5，其中所述平均壁厚相當于通過所述纖維徑向上最多通道的平均壁厚。
12.如權利要求11的纖維，其中支承比率Rs為0.5-1.5。
13.如權利要求1-10中任何一項的纖維，其中，相當于通過纖維徑向上最多通道的通道壁厚之間的比率的厚度比率Rp為1/3-3。
14.如權利要求13的纖維，其中，厚度比率Rp為1/2-2。
15.如權利要求13或14的纖維，其中，厚度比率Rp為約1。
16.如權利要求1-15中任何一項的纖維，其直徑為2-10mm。
17.如權利要求16的纖維，其直徑為3-7mm。
18.如權利要求1-17中任何一項的纖維，其平均孔徑為50nm-2μm 。
19.如權利要求18的纖維，其平均孔徑為0.2-1.2μm。
20.如權利要求1-19中任何一項的纖維，其平均孔隙率為10-70％。
21.如權利要求20的纖維，其平均孔隙率為35-60％。
22.如權利要求1-21中任何一項的纖維，其失真小于0.3％。
23.如權利要求22的纖維，其失真小于0.15％。
24.如權利要求22或23的纖維，其失真小于0.05％。
25.如權利要求1-24中任何一項的纖維，所述纖維和/或所述通道具有圓形橫截面。
26.如權利要求1-25中任何一項的纖維，其中所有通道是基本相同的。
27.如權利要求1-26中任何一項的纖維，所述陶瓷是金屬氧化物。
28.如權利要求1-27中任何一項的纖維，其中，孔至少部分被沸石占據(jù)。
29.如權利要求28的纖維，其中所述沸石是硅質巖型的。
30.如權利要求1-27中任何一項的纖維，其中，孔至少部分被催化劑占據(jù)。
31.如權利要求1-27中任何一項的纖維，其中，孔至少部分被細菌占據(jù)。
32.如權利要求31的纖維，其中所述的細菌是被固定化的。
33.一種包括如權利要求1-32中任何一項的纖維的過濾和/或反應模件。
34.如權利要求33的過濾和/或反應模件，其中所述纖維的一部分用于注入反應氣體。
35.制備如權利要求1-27中任何一項的纖維的方法，包括以下三個主要步驟(i)制備含有無機部分或填料、粘合劑和溶劑的無機糊狀物，任選含有抗絮凝劑和/或擠出劑；(ii)將糊狀物擠出成形；(iii)通過燒結使成型物固結。
36.如權利要求1-27中任何一項的纖維的前體糊狀物，所述糊狀物包括分散在溶劑中的無機填料和粘合劑，所述粘合劑包括壓縮粘合劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了多通道多孔陶瓷纖維,優(yōu)選具有特定幾何結構,還提供了包括這種纖維的過濾和/或反應模件,以及這種纖維的前體糊狀物,該前提糊狀物包括壓縮粘合劑作為擠出粘合劑。
文檔編號D01F9/08GK1229772SQ99103090
公開日1999年9月29日 申請日期1999年3月22日 優(yōu)先權日1998年3月20日
發(fā)明者雷蒙·索里亞, 讓－克洛德·福隆, 讓－米歇爾·凱雷 申請人:陶瓷技術公司