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摘 要

无机陶瓷膜由于它的高化学稳定性、耐酸、耐碱、耐氧化、使用寿命长等优点广泛用于工业化生产中。中空纤维是无机陶瓷膜的主要形式之一，除具有无机陶瓷膜的优点外，更有装填密度大、分离效率高的优势。本文研究考察的具有四通道α-Al₂O₃陶瓷中空纤维支撑体以Al₂O₃粉末、聚醚砜（PESf）、1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为原料，经过一定配比制成纺丝液，通过相转化和烧结工艺相结合的方法制备成中空纤维陶瓷膜。四通道中空纤维可以提供更高的机械强度。本文开展了外凝固浴的乙醇含量对中空纤维的微观结构和性能的影响的研究。该研究制备了具有特殊微结构的中空纤维，采用100mm的空气间隙和1500℃烧结5小时的工艺程序，所得到的四通道中空纤维的微观结构、平均孔径、孔隙率、纯水通量等性能均有改善。结果显示对四通道陶瓷中空纤维进行微结构调控，对于提升中空纤维性能具有巨大帮助，且性能明显优于单通道陶瓷中空纤维，四通道中空纤维显现出很大的实际应用潜力。

关键词：陶瓷膜、中空纤维、氧化铝、四通道、相转化

ABSTRACT

Inorganic ceramic membrane due to its high stability of chemical, acid-proof, alkali resistance, oxidation resistance, long life and other advantages are widely used in industrial production..Hollow fiber is one of the main form of inorganic ceramic membrane, besides with the advantages of inorganic ceramic membrane, more has the advantages of large loading density, high separation efficiency. This article research four-channels ceramic hollow fiber membrane of α-Al₂O₃ support for Al₂O₃ powder, polyether sulfone (PESF), 1 - methyl - 2 - pyrrolidone (NMP), polyvinylpyrrolidone (PVP) as raw material, made after a certain proportion of spinning dope, through the phase transformation and the combination of sintering process method into hollow fiber ceramic membrane. Four-channel hollow fiber can provide higher mechanical strength. This paper has carried out outside the ethanol content of coagulation bath on the microstructure and properties of hollow fiber affect study. The study of hollow fiber was prepared with special microstructure, using 100 mm air gap and 5 hours of 1500 ℃ sintering process, the resulting four channels of hollow fiber microstructure and average pore diameter and porosity, such as pure water flux performance are improved. Results show that the four channel ceramic hollow fiber was better than single channel ceramic hollow fiber, it shows great potential for practical application.

Keywords: ceramic membrane, hollow fiber, alumina, four channels, phase transformation

目 录

摘 要 I

ABSTRACT Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 中空纤维多孔陶瓷膜的研究概况 3

1.3 中空纤维陶瓷膜的干-湿纺丝工艺 4

1.3.1 相转化机理 4

1.3.2 干-湿法纺丝工艺 5

1.3.3 中空纤维膜的微观形态结构 6

1.3.4 中空纤维膜结构性能的影响因素 6

1.4 本文研究的主要内容和目的 8

第二章 四通道中空纤维支撑体的制备与表征 10

2.1 引言 10

2.2 实验部分 10

2.2.1 实验所用试剂及主要实验仪器 10

2.2.2 多通道中空纤维支撑体的制备 11

2.3 样品表征 12

2.3.1 定性表征 12

2.3.2 定量表征 13

2.4 结果与讨论 14

2.4.1 四通道中空纤维支撑体的SEM表征结果 14

2.4.2 外凝固浴乙醇含量对多通道中空纤维支撑体性能的影响 15

2.5 本章小结 18

第三章 结论与展望 20

3.1 结论 20

3.2 展望 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 文献综述

1.1 引言

膜分离技术是当前最具应用前景的高新技术之一。膜分离技术，具有操作方便、节能、高分离效率和对环境友好等一系列优越性。在能源紧张，资源短缺，生态环境日益恶化的今天，膜分离技术已被广泛应用于环保、电子、纺织、化工、轻工、石油、医药、生物技术、食品、能源工程等各个领域^[1]。

陶瓷膜是一种新型分离膜，是近年来国际上发展迅速的高新技术之一。作为一类新型的膜分离介质，陶瓷膜具有诸多有机聚合物膜无法比拟的优点。陶瓷膜具有耐化学腐蚀、刚性及机械强度高、孔径分布窄、易于清洗、抗微生物能力强、耐高温、耐有机溶剂、不老化微观结构可控，膜孔径分布窄，分离选择性好，环境友好和使用寿命长等优点，可以满足特别苛刻的使用要求，因此在化工与石油化工、生物、食品、医药等领域分离工艺获得成功应用，受到国内外的广泛关注^[2]。当然，陶瓷膜也有一些缺点，如材质少、不易加工、质脆、高温下密封困难、价格高和不耐高浓度强碱腐蚀等。这也在一定程度上限制了陶瓷膜的推广应用，需在今后的研发工作中逐步克服^[1]。

新型中空纤维陶瓷膜除了具有传统陶瓷膜本身优点以外，与传统多通道管式或平板构型的膜相比，还具有以下突出优点^[3]单位体积膜有效过滤面积大耐压性能好、机械强度高、膜组件小、制造成本低并且有利于膜通量与分离效率的提高，具有装填膜密度高和通量高等特点因此，以中空纤维为支撑体所制备的分子筛膜在渗透通量和装填膜面积方面都表现出显著的优势，工业应用前景十分广阔，制备出适合分子筛膜生长的中空纤维多孔支撑体是首要研究任务。

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