背景技術(shù)
中空纖維膜是有自支撐作用的非對稱膜，具有高的裝填密度和良好的滲透性能，且制備工藝簡單，可顯著降低膜裝備體積和生產(chǎn)成本。無機(jī)陶瓷中空纖維膜因其耐高溫、高壓以及較強(qiáng)的耐腐蝕性能等特點(diǎn)受到人們廣泛關(guān)注。然而，該類膜材料也存在著強(qiáng)度低、韌性差、易斷裂等問題，制約了中空纖維膜的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)程。
多孔金屬膜相較于開發(fā)較早的有機(jī)膜以及傳統(tǒng)的無機(jī)陶瓷膜，由于具備機(jī)械強(qiáng)度、韌性好，能承受高壓，易于焊接和密封，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而有明顯優(yōu)勢。片式和管式是多孔金屬膜最普遍的形態(tài)，其中管式膜有較好的商業(yè)化應(yīng)用，但是管式膜仍然存在著一定缺陷，如裝填密度不高，分離效率較低，導(dǎo)致分離設(shè)備的投資成本的大大增加；另外，膜壁較厚，膜通量較低。因此，多孔金屬中空纖維膜的制備和研究使其不僅有中空纖維膜的優(yōu)勢同時也能有效解決陶瓷材料的脆性問題。
不銹鋼膜是技術(shù)較為成熟的多孔金屬膜材料，GKN,Mott,Pall等公司均是比較有名的不銹鋼管式膜供應(yīng)商。但是關(guān)于不銹鋼中空纖維膜的研究很少，申請?zhí)枮?00910184917.0的中國專利公開了一種金屬陶瓷復(fù)合纖維膜管的制備方法，提出以相轉(zhuǎn)化法制備不銹鋼氧化鋁復(fù)合纖維膜并在還原性氣氛或真空條件下燒結(jié)，以解決陶瓷纖維膜密封困難的問題。該法采用的粉體是金屬粉體與陶瓷粉體的混合來獲得陶瓷和金屬的特性，但是粉體燒結(jié)的適宜條件取決于粉體的特性，不同類型的粉體，顆粒熔融的溫度點(diǎn)不同，因此在選擇燒結(jié)條件時難免顧此失彼。
鈦鋁合金膜也是一種極具有潛力的金屬膜。鈦鋁多孔材料兼具鈦鋁與泡沫材料的性能，使得鈦鋁合金多孔材料在極為苛刻的條件下仍能使用。目前對于該材料研究僅限于片式膜和管式膜，申請?zhí)枮?00410003039.5的中國專利公開了一種粉末反應(yīng)合成制備鈦鋁金屬間化合物過濾的方法，是以模壓成型和冷等靜壓成型的方法將粉體制成片狀和管坯狀，通過低溫預(yù)反應(yīng)和高溫短時反應(yīng)燒結(jié)制得鈦鋁合金膜，該方法制備工藝復(fù)雜，操作條件難以控制且得到是裝填密度較小的管狀膜。因此轉(zhuǎn)變制備工藝，優(yōu)化操作條件制備出性能更好的鈦鋁合金中空纖維膜是極具應(yīng)用前景的。
具有內(nèi)容
提供一種多孔金屬中空纖維膜，本發(fā)明的另一目的是提供上述多孔金屬中空纖維膜的制備方法，旨在克服陶瓷中空纖維膜的脆性，提高多孔中空纖維膜在苛刻體系中運(yùn)行的穩(wěn)定性。
采用的技術(shù)方案如下:一種多孔金屬中空纖維膜，其特征在于:外徑為2±0.5mm，壁厚0.2～0.6mm，孔隙率為15%～45%;材質(zhì)為多孔不銹鋼中空纖維膜或多孔鈦鋁合金中空纖維膜。
提供了上述的多孔金屬中空纖維膜的方法，其具體步驟如下:
(1)干/濕法紡絲工藝:將1-甲基-2-吡咯烷酮(12wt%～25wt%)、聚醚砜聚合物(3wt%～10wt%)、聚乙烯卩比咯燒酮(O～3wt%)、水(O～2wt%)均勻混合組成聚合物溶液,力口入金屬粉體出0被％～85wt%)，攪拌混合均勻制成紡絲液；真空脫泡后，由氣壓推動經(jīng)計量泵和紡絲頭擠出成形，經(jīng)過一段空氣間距進(jìn)入外凝固浴中；膜絲在內(nèi)/外凝固浴作用下進(jìn)行溶劑與非溶劑的交換，凝固成型，浸泡后自然風(fēng)干；
(2)燒結(jié)工藝:風(fēng)干后的金屬生坯在高溫氣氛管式爐中進(jìn)行焙燒，制備得到多孔金屬中空纖維膜。
優(yōu)選所述的金屬粉體為不銹鋼粉或鈦鋁合金粉；粉體粒徑為6～35μm。
優(yōu)選以0.05～0.25MPa空氣或氮?dú)庾鳛轵?qū)動氣壓；計量泵轉(zhuǎn)速為5～25r/min；紡絲液擠出料流量為2～8ml/min。
優(yōu)選內(nèi)凝固浴為去離子水；外凝固浴為自來水；內(nèi)凝固浴的溫度均為15～25V；內(nèi)凝固浴的流量為10～30ml/min。
優(yōu)選紡絲空氣間距為O～15cm。優(yōu)選紡絲頭的內(nèi)徑為0.5～2.5mm,夕卜徑為1.8～3.0min
優(yōu)選高溫氣氛管式爐的氣氛為高純的惰性氣體或還原性氣體。更優(yōu)選高溫氣氛管式爐的氣氛為氮?dú)狻⒑狻輾狻⒍趸蓟驓錃狻?
優(yōu)選焙燒過程為:以0.5～3°C/min的升溫速率加熱到400～600°C，保溫60～120min，再以0.5～3°C/min的升溫速率加熱到1050～1300°C，保溫60～120min，然后自
然冷卻。
有益效果:
原理在于使用相轉(zhuǎn)化法一步成型制備出金屬中空纖維生坯，高溫?zé)Y(jié)制得多孔金屬中空纖維膜。相較于現(xiàn)今金屬管式膜的制備，其工藝簡單、方便操作，制備的中空纖維膜性能更好。燒結(jié)過程主要是為除去有機(jī)相中殘留的溶劑，使有機(jī)聚合物受熱分解，金屬粒子燒結(jié)成型。而金屬粒子在空氣中燒結(jié)易于氧化，使得膜強(qiáng)度下降，故燒結(jié)過程應(yīng)在保護(hù)氣氛下進(jìn)行。
本發(fā)明制備出的金屬中空纖維膜不僅具有中空纖維膜裝填密度大、分離效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時機(jī)械性能較高，能有效解決陶瓷材料的脆性問題。
附圖說明
圖1、圖2為實施例1所得多孔不銹鋼中空纖維膜照片；
圖3為實施例1所得多孔不銹鋼中空纖維膜的載荷-位移曲線圖；
圖4為實施例2所得多孔不銹鋼中空纖維膜斷面SEM圖:(a)為斷面整體，(b)為膜壁；
圖5為實施例2所得多孔不銹鋼中空纖維膜表面SEM圖。