柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法，具体为：步骤1，将一种铝盐和至少一种非吕金属盐与溶剂按照一定比例混合，边搅拌边加入一定量的催化剂，搅拌10-60min后加入磷酸酯类封端剂，再持续搅拌10-300min，混合均匀，制成前驱体溶液；步骤2，将步骤1制备的前驱体溶液进行静电纺丝，制得前驱体网状脉结构纳米纤维；步骤3，将步骤2制备的前驱体网状脉结构纳米纤维在空气氛围下煅烧，制得柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜。本发明专利技术的柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法，能实现对高温环境中粒径0.02-10μm颗粒物的高效过滤，过滤效率达到99.99％以上、阻力压降小于100Pa。阻力压降小于100Pa。阻力压降小于100Pa。

Preparation of flexible reticulated ceramic nanofiber ultrafiltration membrane

【技术实现步骤摘要】
柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法


[0001]本专利技术属于新材料制备方法
，涉及一种柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的发展和人们生活水平的提高，现代工业活动得到急剧发展，导致了尤为突出的环境污染问题。工业活动过程因伴随着大量高温烟尘的排放，造成空气中的可吸入颗粒物含量显著增加，对自然环境与人体健康构成严重的威胁。目前普遍使用的高温过滤材料包括有机惰性材料、无机树脂和玻璃纤维等，但因其无法承受超过500℃的高温，难以实现对超高温烟尘的有效过滤，因此开发一种超高温烟尘过滤材料成为治理空气污染的研究重点。
[0003]中国专利《一种纳米蛛网/纳米纤维复合型防护材料的制备方法》(公告号：CN101564914B，公告日：20110622)，该材料能有效过滤甲型H1N1流感、禽流感等病毒，但其纤维组分为有机，严重限制了其在高温过滤领域中的应用。
[0004]中国专利《一种纳米纤维素/二氧化硅多孔网络结构纤维膜的制备方法》(公开号：CN102787444A，公开日：20121121)，该纤维膜的网络结构是由表面活性剂改性后的纤维素纳米晶体和二氧化硅纳米纤维复合而成，该方法制备出的过滤膜虽实现了机械性能的显著提升，但其制备过程中需要加入大量聚合物，制备工艺十分繁琐，同时引入的纤维素纳米晶无法应用于超高温环境。
[0005]中国专利《一种柔性无机纤维材料及其制备方法》(公告号：CN104178822B，公告日：20160824)，可通过不同纺丝工艺制备多种无机纤维材料，且制得的无机纤维材料具有良好的柔性；中国专利《一种柔韧高强氧化锆纳米纤维膜的制备方法》(公告号：CN103451851B，公告日：20160511)，获得的氧化锆纳米纤维膜具有良好的柔韧性，同时还具有优异的耐高温性能，但均无法实现对高温颗粒物的高效过滤。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法，能实现对高温环境中粒径0.02-10μm颗粒物的高效过滤，过滤效率达到99.99％以上、阻力压降小于100Pa。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法，具体按照如下步骤实施：
[0008]步骤1，将一种铝盐和至少一种非吕金属盐与溶剂按照一定比例混合，边搅拌边加入一定量的催化剂，搅拌10-60min后加入磷酸酯类封端剂，再持续搅拌10-300min，混合均匀，制成前驱体溶液，其中前驱体溶液的动力粘度为0.05-5Pa
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s，铝盐与非铝金属盐的摩尔比为1:0.01-0.1，铝盐与溶剂的比例为10g:50-200mL，铝盐与催化剂的摩尔比为1:0.2-2，铝盐与磷酸酯类封端剂的摩尔比为1:0.1-3，铝盐与硼源的摩尔比为1:0.01-0.2；
[0009]步骤2，将步骤1制备的前驱体溶液进行静电纺丝，制得前驱体网状脉结构纳米纤维；
[0010]步骤3，将步骤2制备的前驱体网状脉结构纳米纤维在空气氛围下煅烧，制得柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜。
[0011]优选地，步骤1具体为：
[0012]步骤1.1，将金属盐与溶剂按照一定比例混合，边搅拌边加入一定量的催化剂，搅拌10-60min，使非铝金属盐、铝盐与溶剂间发生水解反应或醇解反应，形成金属氢氧化物纳米胶粒；
[0013]步骤1.2，边搅拌边给步骤1.1制备的金属氢氧化物纳米胶粒中加入磷酸酯类封端剂，持续搅拌10-300min，使得磷酸酯类封端剂上的酯基发生水解反应转变成羟基，制得羟基磷酸酯类化合物，羟基磷酸酯类化合物与氢氧化物纳米胶粒进一步发生脱水反应，多个羟基磷酸酯类化合物利用桥氧键将氢氧化物纳米胶粒包围使得纳米胶粒处于游离状态，磷酸酯类配体对纳米胶粒发挥封端作用，抑制氢氧化物纳米胶粒之间的团聚，制得直径为1-50nm的游离态纳米胶粒，即就是前驱体溶液。
[0014]优选地，铝盐选用三乙醇铝、异丙醇铝、乙酰丙酮铝、九水合硝酸铝、六水合氯化铝、三氯化铝中的一种；
[0015]非铝金属盐包含金属醇盐、金属乙酰丙酮盐、金属有机酸盐、硝酸盐、氯化物中的一种或多种组合；
[0016]其中，金属醇盐为甲醇钙、乙氧基锗、乙醇钨、乙醇锶、钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸正丙酯、钛酸四异丙酯、异丙醇镓、异丙醇钛、甲醇钛、乙醇锆、乙醇钽、乙氧醇铌、正丙醇锆或锆酸四丁酯中的一种；
[0017]金属乙酰丙酮盐为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮锰、乙酰丙酮铁或乙酰丙酮锆中的一种；
[0018]金属有机酸盐为草酸钴、乙酸钙、草酸铌、柠檬酸铁胺、乙酸钼或乙酸锆；
[0019]硝酸盐为硝酸铍、硝酸镁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸锰、六水合硝酸钴、五水合硝酸铋、硝酸铜或硝酸镓中的一种；
[0020]氯化物为氯化镍、氯化锰、氯化镁、三丁基氯化锡、四氯化锡、四氯化钛、六水合氯化钴、五氯化钼、氯化铟或氯化铋中的一种。
[0021]优选地，催化剂为酸催化剂或碱催化剂；
[0022]其中，酸催化剂为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、三氯乙酸、亚硫酸氢钠、甲酸、冰醋酸、柠檬酸或氢氟酸中的一种或多种的组合；
[0023]碱催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氢氧化钙、氢氧化钡、碳酸氢钠或氨水中的一种或多种的组合。
[0024]优选地，若金属盐需在pH为1-7条件下进行水解或醇解，则催化剂选用酸催化剂中的一种或多种组合；
[0025]若金属盐需在pH为7-13条件下进行水解或醇解，则催化剂选用碱催化剂中的一种或多种组合。
[0026]优选地，溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、异丙醇中的一种或多种的组合。
[0027]优选地，磷酸酯类封端剂为磷酸甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯、甲基磷酸甲酯、甲基磷酸二乙酯、甲基磷酸二正丁酯、甲基磷酸二甲酯、乙烯基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸二异辛酯、磷酸二乙基己基酯、磷酸三(2-正丁氧乙基)酯、三乙基二磷酸酯、磷酸三辛酯、二(2-乙基己基)磷酸酯、三异丙基磷酸酯、亚磷酸二乙酯、乙酰亚磷酸二乙酯、三异丙基亚磷酸酯、亚磷酸二丁酯、亚磷酸二甲酯、甲基亚磷酸二乙酯、亚磷酸三甲酯或亚磷酸三乙酯中的一种或多种组合。
[0028]优选地，步骤2中静电纺丝的具体过程为：
[0029]将步骤1制备的驱体溶液被输送到喷丝口处，在高压电场的作用下，固化形成网状脉结构陶瓷纳米纤维，即前驱体网状脉结构纳米纤维。
[0030]优选地，静电纺丝工艺参数为：纺丝温度为18-35℃、相对湿度10-40％、灌注速度为0.2-18mL/h、纺丝距离为5-40cm、纺丝电压为35-100kV。
[0031]优选地，步骤3中的煅烧工艺为：煅烧温度从室温逐步升至450-1000℃，升温速率为3-10℃/min，并于最高温度下保持40-250min。
[0032]本专利技术的有益效果是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：步骤1，将一种铝盐和至少一种非吕金属盐与溶剂按照一定比例混合，边搅拌边加入一定量的催化剂，搅拌10-60min后加入磷酸酯类封端剂，再持续搅拌10-300min，混合均匀，制成前驱体溶液，其中前驱体溶液的动力粘度为0.05-5Pa
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s，铝盐与非铝金属盐的摩尔比为1:0.01-0.1，铝盐与溶剂的比例为10g:50-200mL，铝盐与催化剂的摩尔比为1:0.2-2，铝盐与磷酸酯类封端剂的摩尔比为1:0.1-3，铝盐与硼源的摩尔比为1:0.01-0.2；步骤2，将步骤1制备的前驱体溶液进行静电纺丝，制得前驱体网状脉结构纳米纤维；步骤3，将步骤2制备的前驱体网状脉结构纳米纤维在空气氛围下煅烧，制得柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜。2.根据权利要求1所述的柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：步骤1.1，将金属盐与溶剂按照一定比例混合，边搅拌边加入一定量的催化剂，搅拌10-60min，使非铝金属盐、铝盐与溶剂间发生水解反应或醇解反应，形成金属氢氧化物纳米胶粒；步骤1.2，边搅拌边给步骤1.1制备的金属氢氧化物纳米胶粒中加入磷酸酯类封端剂，持续搅拌10-300min，使得磷酸酯类封端剂上的酯基发生水解反应转变成羟基，制得羟基磷酸酯类化合物，羟基磷酸酯类化合物与氢氧化物纳米胶粒进一步发生脱水反应，多个羟基磷酸酯类化合物利用桥氧键将氢氧化物纳米胶粒包围使得纳米胶粒处于游离状态，磷酸酯类配体对纳米胶粒发挥封端作用，抑制氢氧化物纳米胶粒之间的团聚，制得直径为1-50nm的游离态纳米胶粒，即就是前驱体溶液。3.根据权利要求1或2所述的柔性网状脉结构陶瓷纳米纤维超高温过滤膜的制备方法，其特征在于，所述铝盐选用三乙醇铝、异丙醇铝、乙酰丙酮铝、九水合硝酸铝、六水合氯化铝、三氯化铝中的一种；所述非铝金属盐包含金属醇盐、金属乙酰丙酮盐、金属有机酸盐、硝酸盐、氯化物中的一种或多种组合；其中，金属醇盐为甲醇钙、乙氧基锗、乙醇钨、乙醇锶、钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸正丙酯、钛酸四异丙酯、异丙醇镓、异丙醇钛、甲醇钛、乙醇锆、乙醇钽、乙氧醇铌、正丙醇锆或锆酸四丁酯中的一种；金属乙酰丙酮盐为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮锰、乙酰丙酮铁或乙酰丙酮锆中的一种；金属有机酸盐为草酸钴、乙酸钙、草酸铌、柠檬酸铁胺、乙酸钼或乙酸锆；硝酸盐为硝酸铍、硝酸镁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸锰、六水合硝酸钴、五水合硝酸铋、硝...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛雪，张庆，吴月霞，阳智，洪洁，江志威，韩伟东，张坤，刘呈坤，孙润军，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：