刘金云, 张玉亭, 洪周, 刘华, 王圣贤, 顾学红

共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜

刘金云, 张玉亭, 洪周, 刘华, 王圣贤, 顾学红

(南京工业大学 化工学院, 材料化学工程国家重点实验室, 南京 210009)

中空纤维陶瓷膜具有装填密度高, 传质阻力低, 使用寿命长等优点, 被广泛用于膜分离领域。高度非对称结构的中空纤维膜有利于同时实现高通量与高截留率, 本研究采用共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜, 内外层纺丝液分别掺杂平均粒径为1 μm和300 nm的-Al2O3粉体。系统考察了内层纺丝液TiO2掺杂量、外层纺丝液Al2O3/聚醚砜(PESf)质量比和煅烧温度对膜的结构与性能的影响。结果表明, 在内层纺丝液TiO2掺杂量为2wt%, 外层纺丝液Al2O3/PESf质量比为5.60, 烧结温度为1350 ℃的最优条件下, 中空纤维膜断裂负荷为24 N、平均孔径为0.15 μm、去油率为97.5%。

双层中空纤维; 共挤出法; TiO2; Al2O3/PESf

中空纤维膜在腐蚀性流体过滤、高温高压膜反应器、固体燃料电池等领域受到广泛关注[1-4], 主要采用相转化法制备, 由于非对称结构和多孔结构使其具有低传输阻力和高通量的特点。另外它还具有装填密度高、化学稳定性好以及耐溶剂性等突出优势[5-7]。

普通单层中空纤维膜往往难以兼具高通量和高截留率, 需要二次涂覆改善膜的分离性能。双层膜可以简化二次涂覆过程, 节省膜制备时间, 因而受到研究者的关注。Henne等[8]发明了共挤出法并制备了双层中空纤维复合膜用于临床血液透析。许多研究者围绕双层聚合物中空纤维膜在膜制备方法、膜形貌的控制以及双层之间黏附和分层的机理等方面开展了大量研究[9-12], 并将膜成功用于气体分离、渗透汽化、膜蒸馏等领域[13-15]。……