多孔鎳中空纖維膜的制備方法及該方法制備的多孔鎳中空纖維膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種中空纖維膜及其制備工藝，尤其是多孔金屬材質(zhì)的中空纖維膜及 其制備工藝。 技術(shù)背景
[0002] 多孔金屬膜最早出現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì)40年代，后因制備工藝原因止步不前。多孔金 屬膜是依靠粉末顆粒之間的空隙對物質(zhì)進(jìn)行分離的材料，常見的孔徑范圍在〇. I y m-io ii m 之間。多孔金屬膜有平板膜和管式膜兩種，與平板膜相比管式膜在水處理等工業(yè)應(yīng)用方面 具有無可比擬的優(yōu)勢。此外，管式的多孔金屬膜同樣具有強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、導(dǎo)電能力 強(qiáng)等金屬特性。然而無機(jī)膜并沒有制備管式膜的成熟理論，現(xiàn)有技術(shù)中都是壓制成型或借 鑒有機(jī)中空纖維的干-濕紡絲工藝來制備金屬中空初生纖維，然后再經(jīng)燒結(jié)得到管式多孔 金屬膜。參考文南犬 1--Nickel aluminate spinel reinforced ceramic hollow fibre membrane (銀錯(cuò)尖晶石強(qiáng)化陶瓷中空纖維膜Yi-Lan Elaine Fung, Huanting Wang, Journal of Membrane Science 450(2014)418-424)中公開了一種制備陶瓷中空纖維的制備方法， 就是借用了有機(jī)中空纖維的制備工藝。然而對于金屬多孔膜來說，由于不同的金屬特性不 同，其工藝參數(shù)尤其是燒結(jié)工藝參數(shù)也有很大差別。類似的燒結(jié)工藝在應(yīng)用于不同種類的 多孔金屬中空纖維膜的制備時(shí)的效果可能有很大的區(qū)別。多孔鎳中空纖維膜作為多孔金屬 膜的一種，除了可以用于過濾和制備儲(chǔ)能電極外，由于金屬鎳的催化作用，還具有實(shí)現(xiàn)催化 化學(xué)反應(yīng)與過濾同步完成的潛力，因此提供一種孔隙率高、孔徑小、孔隙均勻、韌性好且各 性能參數(shù)可控的多孔鎳中空纖維膜成為現(xiàn)有技術(shù)中亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對不同金屬基中空纖維膜前驅(qū)體的成型黏度和后續(xù)的燒結(jié)工藝的不同，本發(fā)明 提供了一種多孔鎳中空纖維的制備工藝，包括各鑄膜液材料的最優(yōu)配比以及對應(yīng)的前驅(qū)體 燒結(jié)的控溫程序。該制備工藝操作簡單易重復(fù)，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0004] 本發(fā)明提供了一種多孔鎳中空纖維膜的制備方法，其特征是所述方法包括以下步 驟：
[0005] 1)配置鑄膜液
[0006] 所述鑄膜液的配方為，直徑0. 5-50 ym的鎳粉35-55%，粘結(jié)劑5-10%，增稠劑 0-1 %，以及余量的溶劑，所述百分比均為重量百分比，上述組分混合均勻得到鑄膜液，所述 粘結(jié)劑選自聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜中的一種或幾種。
[0007] 2)制備多孔鎳中空纖維膜前驅(qū)體：
[0008] 將上述步驟1)中得到的鑄膜液采用干濕法（NIPS)紡絲得到多孔鎳中空纖維膜前 驅(qū)體；所述干濕法紡絲的凝固浴浴液成分為水，將得到的初生纖維在水中浸泡至溶劑完全 析出后干燥得到多孔鎳中空纖維膜前驅(qū)體。
[0009] 3)燒結(jié)
[0010] 將步驟2)中得到的多孔鎳中空纖維膜前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，進(jìn)行燒結(jié)時(shí)升溫速度在 1-8°C /min，燒結(jié)最高溫度為900~IKKTC，當(dāng)燒結(jié)溫度T彡T1cC時(shí)的燒結(jié)氣氛為氬氣和/ 或氫氣，當(dāng)燒結(jié)溫度T > T1時(shí)燒結(jié)氣氛為氫氣或氫氣與氬氣組成的混合氣，所述混合氣中， 氫氣的體積百分比大于20%，300°C彡T 1S 500°C，達(dá)到燒結(jié)最高溫度后，保溫0_150min后 自然冷卻得到多孔鎳中空纖維膜。
[0011] 所述多孔鎳中空纖維膜的制備方法，其特征在于將步驟3)得到多孔鎳中空纖維 膜清洗至無碳?xì)埩簟?br>[0012] 所述的多孔鎳中空纖維膜制備方法，其特征在所述粘結(jié)劑優(yōu)選為聚丙烯腈（PAN)。
[0013] 所述的多孔鎳中空纖維膜制備方法，其特征在于所述鎳粉的粒徑范圍優(yōu)選 0. 5-10 u m〇
[0014] 所述的多孔鎳中空纖維膜制備方法，其特征在于所述鎳粉的最大粒徑與最小粒徑 的差值與鎳粉中位徑D50的比值小于50 %，優(yōu)選小于20 %。
[0015] 所述的多孔鎳中空纖維膜制備方法，其特征在于所述的溶劑為能溶解粘結(jié)劑且能 溶于水的有機(jī)溶劑，選自N-甲基吡咯烷酮（NMP)，N，N-二甲基甲酰胺（DMF)、碳酸乙烯酯 (EC)、二甲基乙酰胺（DMAc)中的一種或幾種，優(yōu)選N-甲基吡咯烷酮。
[0016]所述的增稠劑選自聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素中的 一種或幾種，優(yōu)選聚乙烯吡咯烷酮。
[0017] 所述多孔鎳中空纖維膜制備方法，其特征是所述多孔鎳中空纖維膜前驅(qū)體壁厚為 0.I-Imm 0
[0018] 所述的多孔鎳中空纖維膜制備方法，其特征是所述步驟1)中將鑄膜液配方中組 分混合均勻得到鑄膜液的具體方法為：將配方中所有組分混合后加熱至40-80°C并攪拌至 混合均勻。
[0019] 本發(fā)明還提供如前述任一方法制備的多孔鎳中空纖維膜。所述多孔鎳中空纖維膜 的孔徑范圍在0. 5-10 ym。
[0020] 有益效果本發(fā)明提供了一種制備多孔鎳中空纖維的具體方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具 有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] (1)多孔鎳中空纖維質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，韌性好。
[0022] (2)多孔鎳中空纖維孔徑在0. 5-10 ym，控制燒結(jié)溫度等參數(shù)可實(shí)現(xiàn)孔徑調(diào)控，產(chǎn) 品質(zhì)量高且穩(wěn)定，能夠用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0023] (3)本發(fā)明的整個(gè)過程都在穩(wěn)定的條件下制備，藥品安全可靠無污染，方法簡單， 成本較低，可達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)需求，所得的多孔鎳中空纖維膜強(qiáng)度大韌性好，具有多孔金屬 的所有優(yōu)點(diǎn)，可用于制備儲(chǔ)能器件，如電極、集流體等；也適用于生物醫(yī)藥、納濾、催化等方 面，尤其是具備了將過濾催化同步實(shí)現(xiàn)的性能。
【附圖說明】
[0024] 圖1為實(shí)施例1得到的多孔鎳中空纖維膜截面圖；
[0025] 圖2為實(shí)施例1得到的多孔鎳中空纖維膜孔隙圖
[0026] 圖3為實(shí)施例1得到的多孔鎳中空纖維膜孔隙的孔徑分布圖
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制 本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0028]
[0029] -種多孔鎳中空纖維膜的制備方法，其特征是所述方法包括以下步驟：
[0030] 1)配