專利名稱：無(wú)機(jī)氧化物中空纖維及其合成方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)氧化物中空纖維及其合成方法和用途，無(wú)機(jī)氧化物中空纖維為一種新型材料。
背景技術(shù)：
中空纖維是新近發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于超濾、微濾、分離、滲析等領(lǐng)域，是目前研究的熱點(diǎn)之一。目前這方面的研究較多的集中在聚合物中空纖維，如聚砜、聚烯烴、聚纖維素酯、聚乙烯醇等。其他材料的中空纖維尚比較少見(jiàn)。
而無(wú)機(jī)氧化物中空纖維的合成尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。
現(xiàn)在一種新的合成技術(shù)——模板合成技術(shù)引起了研究者的廣泛關(guān)注。許多研究小組采用模板技術(shù)合成了各種結(jié)構(gòu)新穎的材料，包括微孔材料、有序介孔材料、大孔材料等等，實(shí)現(xiàn)了材料的孔徑、孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控。除此而外，研究者通過(guò)模板技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了材料的形貌調(diào)控，如納米管、棒、球、整體柱材料等等。
此種新的模板合成法為無(wú)機(jī)氧化物中空纖維這類材料的合成提供了契機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
為推動(dòng)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展，本發(fā)明提供了無(wú)機(jī)氧化物中空纖維材料及其合成方法和用途。這種無(wú)機(jī)氧化物中空纖維具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、高的吸附能力，表面易于改性，易于獲得多樣化的表面性能，在催化、吸附等方面顯示出良好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是該無(wú)機(jī)氧化物中空纖維至少由外層無(wú)機(jī)氧化物殼和空心核組成；外層無(wú)機(jī)氧化物殼為多孔結(jié)構(gòu)，且孔與無(wú)機(jī)氧化物中空纖維的空心核互相連通。且無(wú)機(jī)氧化物中空纖維外觀呈管狀，外徑為250μm-750μm，內(nèi)徑為150μm-650μm，無(wú)機(jī)氧化物殼厚度為50μm-100μm。其中無(wú)機(jī)氧化物殼為二氧化硅、二氧化鋯、二氧化鈦或鋯—硅、鋯—鈦雜化氧化物；空心核為聚合物中空纖維材料的空心核或炭中空纖維材料的空心核。
本發(fā)明還提供了上述無(wú)機(jī)氧化物中空纖維的合成方法以聚合物中空纖維或炭中空纖維為模板，在聚合物中空纖維或炭中空纖維上吸附無(wú)機(jī)氧化物前驅(qū)體，反應(yīng)后，在673K～1173K高溫灼燒，從而得到無(wú)機(jī)氧化物中空纖維。所用無(wú)機(jī)氧化物前驅(qū)體為二氧化硅、二氧化鋯、二氧化鈦或鋯—硅、鋯—鈦雜化氧化物。
上述無(wú)機(jī)氧化物前驅(qū)體吸附在聚合物中空纖維表面的方法可以噴涂吸附或浸潤(rùn)吸附，吸附次數(shù)可以是1-5次。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)氧化物中空纖維可作為吸附材料、保溫絕熱材料、微反應(yīng)器等。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)氧化物中空纖維作為一種新型材料，它同時(shí)集中了中空纖維的優(yōu)勢(shì)與無(wú)機(jī)氧化物材料的特性，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、高的吸附能力，表面易于改性，易于獲得多樣化的表面性能，與傳統(tǒng)的聚合物中空纖維材料相比較，具有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
由于其具有多孔結(jié)構(gòu)，比表面較大，有較強(qiáng)吸附能力，因此可作為吸附材料，用于廢水、污染物等的處理；而其多孔結(jié)構(gòu)、耐高溫特性，也使其能用作保溫絕熱材料；又因無(wú)機(jī)氧化物中空纖維具有空心核結(jié)構(gòu)，所以還可作為微反應(yīng)器載體。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的無(wú)機(jī)氧化物中空纖維至少由外層無(wú)機(jī)氧化物殼和空心核組成；外層無(wú)機(jī)氧化物殼為多孔結(jié)構(gòu)，且孔與無(wú)機(jī)氧化物中空纖維的空心核互相連通。且無(wú)機(jī)氧化物中空纖維外觀呈管狀，外徑為250μm-750μm，內(nèi)徑為150μm-650μm，無(wú)機(jī)氧化物殼厚度為50μm-100μm。其中無(wú)機(jī)氧化物殼為二氧化硅、氧化鋯、二氧化鈦或鋯—硅、鋯—鈦雜化氧化物；空心核為聚合物中空纖維材料的空心核或炭中空纖維材料的空心核。
下面為無(wú)機(jī)氧化物中空纖維合成的實(shí)施例。
實(shí)施例1將5mL正硅酸乙酯、7mL鹽酸(pH＝2.0)、1g聚丙烯酸(Mw＝90000)充分混合均勻，取聚丙烯中空纖維放入上述混合液，浸泡2h后取出，放入烘箱中于343K反應(yīng)5h。爾后將材料取出并置于坩堝中，于馬弗爐中873K灼燒2h，自然冷卻后，即得無(wú)機(jī)氧化物中空纖維材料，該無(wú)機(jī)氧化物中空纖維壁厚約50μm，其空心核內(nèi)徑約為500μm。
實(shí)施例2首先將1g氧氯化鋯、12.5mL無(wú)水乙醇、7.5mL水混合，在343K保溫2小時(shí)，得到鋯溶膠。將中空炭纖維浸潤(rùn)在此鋯溶膠中，待充分潤(rùn)濕后取出，2K/min程序升溫至373K。此浸潤(rùn)、干燥過(guò)程重復(fù)2遍，而后置于馬弗爐1173K灼燒2h，得到二氧化鋯中空纖維。該中空纖維壁厚約為100μm，其內(nèi)徑約為250μm。
實(shí)施例3首先將1mL鈦酸丁酯、2.5mL無(wú)水乙醇、0.1mL鹽酸(pH 2.0)混合，在343K保溫2小時(shí)，得到鋯溶膠。將中空炭纖維浸潤(rùn)在此鋯溶膠中，待充分潤(rùn)濕后取出，2K/min程序升溫至373K。此浸潤(rùn)、干燥過(guò)程重復(fù)4遍，而后置于馬弗爐1173K灼燒2h，得到二氧化鈦中空纖維。該中空纖維壁厚約為120μm，其內(nèi)徑約為250μm。
以下為無(wú)機(jī)氧化物中空纖維的用途的實(shí)施例。
實(shí)施例4無(wú)機(jī)氧化物中空纖維用于環(huán)境污染物的吸附多環(huán)芳烴是一類較常見(jiàn)的環(huán)境污染物。取一含多環(huán)芳烴的水樣，在254nm測(cè)其紫外吸收，由于多環(huán)芳烴的存在，水樣有明顯的紫外吸收。將按實(shí)施例1合成的無(wú)機(jī)氧化物中空纖維材料經(jīng)表面改性鍵合C18后，填裝在一濾柱中，讓水樣通過(guò)此濾柱，再對(duì)水樣進(jìn)行紫外吸收檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)經(jīng)表面鍵合中空纖維處理后的水樣無(wú)明顯紫外吸收，表明該中空纖維對(duì)多環(huán)芳烴有較強(qiáng)的吸附能力，適宜用于環(huán)境污染物的去除。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)機(jī)氧化物中空纖維，其特征在于它至少由外層無(wú)機(jī)氧化物殼和空心核組成；外層無(wú)機(jī)氧化物殼為多孔結(jié)構(gòu)，且孔與空心核互相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無(wú)機(jī)氧化物中空纖維，其特征在于無(wú)機(jī)氧化物中空纖維外觀呈管狀，外徑為250μm-750μm，內(nèi)徑為150μm-650μm，無(wú)機(jī)氧化物殼厚度為50μm-100μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述無(wú)機(jī)氧化物中空纖維，其特征在于無(wú)機(jī)氧化物殼為二氧化硅、二氧化鋯、二氧化鈦或鋯-硅、鋯-鈦雜化氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述無(wú)機(jī)氧化物中空纖維，其特征在于空心核為聚合物中空纖維材料的空心核或炭中空纖維材料的空心核。
5.權(quán)利要求1所述無(wú)機(jī)氧化物中空纖維的合成方法，其特征在于以聚合物中空纖維或炭中空纖維為模板，在聚合物中空纖維或炭中空纖維上吸附無(wú)機(jī)氧化物前驅(qū)體，反應(yīng)后，在673K～1173K高溫灼燒，從而得到無(wú)機(jī)氧化物中空纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述無(wú)機(jī)氧化物中空纖維的合成方法，其特征在于所用無(wú)機(jī)氧化物前驅(qū)體為二氧化硅、二氧化鋯、二氧化鈦或鋯-硅、鋯-鈦雜化氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述無(wú)機(jī)氧化物中空纖維的合成方法，其特征在于吸附無(wú)機(jī)氧化物前驅(qū)體的方式為噴涂吸附或浸潤(rùn)吸附，吸附次數(shù)是1-5次。
8.權(quán)利要求1所述的無(wú)機(jī)氧化物中空纖維作為吸附材料、保溫絕熱材料、微反應(yīng)器的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無(wú)機(jī)氧化物中空纖維及其制備方法和用途，該無(wú)機(jī)氧化物中空纖維外觀呈管式結(jié)構(gòu)，至少由外層無(wú)機(jī)氧化物殼和空心核組成；外層無(wú)機(jī)氧化物殼為多孔結(jié)構(gòu)，且孔與空心核互相連通。該無(wú)機(jī)氧化物中空纖維制備方法以聚合物中空纖維或炭中空纖維為模板，在聚合物中空纖維或炭中空纖維上吸附無(wú)機(jī)氧化物前驅(qū)體，反應(yīng)后，在673K～1173K高溫灼燒而得。這種無(wú)機(jī)氧化物中空纖維由于具有多孔結(jié)構(gòu)，比表面較大，表面易于改性，獲得多樣化的表面性能，可作吸附材料，用于廢水、污染物等的處理；由于其多孔結(jié)構(gòu)、耐高溫特性，可用作保溫絕熱材料；另外其多孔結(jié)構(gòu)有利于用作微反應(yīng)器。
文檔編號(hào)B01D71/00GK1895758SQ20061001946
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者施治國(guó), 馮鈺锜 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)