TiO2-纳米凹凸棒石中空纤维微滤膜制备(2)

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1.1 中空纤维膜研究进展

中空纤维膜主要材料就是有机高分子化合物，比如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）等中空纤维膜。朱思君等[1]按一定配比将DMSO、PES、PVP和添加剂加入容器中用干湿法制备了PES中空纤维膜。 King等[2]人以1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂、醇类（包括甲醇、乙醇、正丁醇、正戊醇）作为非溶剂添加剂，水作为内外絮凝剂，选择两种不同类别的聚醚砜（PES）采用干湿法成功制备了PES共混中空纤维膜，考察了不同醇类作为非溶剂添加剂对铸膜液性质。

为了改进中空纤维膜的性能，如亲水性、抗污染能力、传质速率、气体选择性和机械强度等性能，研究者又通过物理共混、溶胶凝胶法等方法把无机材料掺加到有机中空纤维膜当中，常用的无机颗粒有ZrO2、SiO2、TiO2等。梁琦[3]采用想转化法制备和烧结了Al2O3中空纤维膜，以此为载体制备了TS-1复合中空纤维膜，结果表明，该膜的N2通量减小，表面平整无缺陷。Wang等[4,5]人不仅完成了不同非溶剂添加剂对膜结构影响的研究，还进一步考察了非溶剂添加剂LiCl的加入对PVDF膜吸附CO2性能的研究。同帜等[6]选择了溶胶凝胶法制备了Al2O3-TiO2复合膜，结果表明该方法制备的膜孔分布均匀，孔隙率较高。陈方方等[7]用溶胶凝胶法制备了SiO2-TiO2复合膜，提高了膜的抗污染能力和热稳定性。这些都并未改变膜的结构而是增强了膜的抗污染能力，热力学稳定性和机械强度等性能。是中空纤维膜的性质有了较大的改善。论文网

1.2 中空纤维陶瓷膜的制备方法

中空纤维膜的制备方法主要有：有机模板法、静电纺丝法、挤压成型法和相转化法等。其中制备中监控纤维膜的常用技术就是相转化法结合烧结技术。这些制膜方法制得膜的微观结构和缺点如表1-1所示。

表1-1 不同制备方法的膜微观结构和缺点

制备方法膜微观结构缺点

有机模板法对称工艺复杂，膜易开裂和变形，不宜放大

静电纺丝法对称高压操作，对设备要求高，纤维易开裂

挤压成型法对称管壁厚，通量低，程序复杂，周期长，成本高

相转化法不对称、对称 —

下面主要介绍相转化法：

相转化法制备技术简单，耗时短，工艺简单，操作方便。相转化法结合烧结技术是制备无机中空纤维膜的最常用的方法。

相转化法结合烧结技术制备中空纤维陶瓷膜的具体步骤包括：（1）铸膜液的制备，即将溶剂、分散剂、粘结剂、无机颗粒混合均匀。（2）相转化过程，即铸膜液通过特定的纺丝装置，铸膜液与絮凝剂之间完成相转化的过程，并在外絮凝剂中浸泡一定的时间。（3）晾干与烧结过程，将相转化完全的膜从外凝固浴中取出，自然晾干；将晾干的膜在一定的温度下烧结使其具有相应的机械强度。其具体过程如图1-1所示。

相转化结合烧结技术的流程图

图1-1 相转化结合烧结技术的流程图

在铸膜液的配制过程中，铸膜液粘度对膜结构和性能有至关重要的影响，而影响铸膜液粘度的因素主要有：固体颗粒粒径、固体颗粒含量的高低、分散剂的种类和比例、聚合物的比例等。研究表明固体颗粒的粒径及形貌影响颗粒的堆积情况，粒径均一、形貌规整的颗粒形成的孔径分布均匀。Liang[8]等人以PVDF中空纤维微滤膜为模板剂制备TiO2中空纤维，研究发现，调节烧结温度会改变TiO2的相态。文献综述