一种管状多孔金属膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种管状多孔金属膜及其制备方法，以金属网为原料，通过薄板卷板机将金属网卷制成紧实的管状结构，然后采用阴极电沉积金属单质的方式将各网面之间进行锚定，得到管状前驱体膜；将该前驱体膜置于惰性或还原性气氛下进行高温烧结，得到管状多孔金属膜。本制备方法过程简单、易操作、成品率高，本发明专利技术提供的金属膜材料相比于传统粉末烧结的金属膜具有更优的柔韧性和机械强度，同时膜孔结构规则有序，膜孔尺寸分布均一、精细可控。该膜材料可用于废水处理、粉尘过滤、膜催化反应器、催化氧化膜基膜和复合膜支撑体等领域，特别是在极端条件下也展现出良好的应用前景。条件下也展现出良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种管状多孔金属膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于新型膜材料
，具体涉及一种管式多孔金属膜及其制备方法。
技术背景
[0002]随着我国工业化建设和发展水平的不断提升，我国环境的污染问题越来越严峻，水污染、大气污染等事件频发，针对目前存在的环境污染问题，急需创新性的技术有效防治环境污染。膜分离技术是一种以分离膜为核心，利用膜的选择透过性来实现不同组分的分离、纯化和浓缩的一门新兴技术。与传统分离技术相比，膜分离技术凭借其分离效率高、节能环保、占地面积小、易于放大等优点，成为新世纪备受瞩目的分离技术之一，在气体分离，水处理，气体除尘，膜反应器等领域得到广泛的应用。目前常用的膜材料主要包括聚合物膜，陶瓷膜，炭膜，金属膜以及各种复合膜。
[0003]其中多孔金属膜是一种新型的膜材料，兼具膜材料的分离选择性和金属材料的优异导电性、热稳定性、化学稳定性和机械强度，以及特殊的可修饰性，并且能够在某些特定的特殊和极端的条件如高温高压等环境中使用。目前常见报道的多孔金属膜，一般都是以金属粉末为原料，经过加压成型或者相转化成型，然后高温烧结而成的，孔结构是由颗粒堆积而成，孔结构不均匀，孔尺寸均一性较差，孔径分布较宽。与此同时，粉末烧结的通常柔韧性较差。在尺寸较小，厚度较薄的情况下，膜材料的机械强度会受到制约，限制了金属膜的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供柔韧性高，机械强度大，孔结构规则可调的管状多孔金属膜及其制备方法，改善传统多孔金属膜材料柔韧性较差、机械强度不足、孔径分布不均一等缺点。
[0005]本专利技术采取的具体技术方案如下：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种管状多孔金属膜，所述管状多孔金属膜所述管状多孔金属膜以金属网为原料经机械卷制、电沉积锚定和高温烧结等工艺制备而成。
[0007]优选地，所述的多孔金属膜的外径为1～100mm，平均膜孔径为0.1～20.0μm，孔隙率为20％～60％。
[0008]另一方面，本专利技术提供了上述管状多孔金属膜的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)以金属网为原料，通过薄板卷板机将金属网卷制成紧实的管状结构，然后采用阴极电沉积金属单质的方式进行锚定得到管状前驱体膜；
[0010](2)将管状前驱体膜置于惰性或还原性气氛下进行高温烧结，得到管状多孔金属膜。
[0011]优选地，步骤(1)中管状前驱体膜的制备工艺具体包括：
①
将金属网裁剪成一定尺寸的矩形，置于薄板板材卷板机中，设置卷板机参数，卷制成致密的管状结构；
②
将该卷制的管状多层金属网置于对应的电解液中，以管状多层金属网为阴极，铂电极、石墨电极或对
应的金属电极等为阳极，采用电沉积金属单质的方式将金属网的各网面之间进行锚定，得到前驱体膜。
[0012]作为进一步优选，所述金属网为市售的不锈钢网、铁网、铜网、钛网、钨网、钼网、银网中的一种；所述金属网的编织方式为平纹编织、斜纹编织和反差编织中的一种；所述金属网的目数为20目～1000目，其中优选的目数为200目～600目。所述的卷制条件：卷板机工作压力为0.5～20Mpa，卷制速度为0.1～80m/min，其中优选的卷制速度为0.3～2m/min；卷制成型的管状前驱体膜内径为0.5～80mm，壁厚0.1～30mm；所述的电解液为含有金属网对应金属元素的硝酸盐、硫酸盐、草酸盐、碳酸盐、氯化盐、氟化盐中的一种或多种混合的溶液，其优选的浓度为0.2～2M；所述的沉积电压为0.4～20V，沉积时间为1～600min，其中优选的沉积时间为20～120min。
[0013]优选地，步骤(2)中前驱体膜的烧结工艺为：将所得的管状前驱体膜置于特定保护气体的氛围下采用程序升温法进行高温烧结处理，得到管状多孔金属膜。
[0014]作为进一步优选，所述保护气体为氮气、氩气、氦气、氢气、一氧化碳中一种或多种的混合气；所述温度程序：升温速率为0.01～50℃/min，烧结终温为800～1800℃，恒温时间0.1～8.0h，程序结束后自然降温至室温，得到管状多孔金属膜。本专利技术制备的金属膜的膜孔结构有序，孔径分布均一，且通过调节原料金属网目数、层数、电沉积工艺和烧结工艺，可实现膜孔结构的精细调控；特别的，通过采用不同目数金属网进行拼接为原料，可制备得到不对称结构的多孔金属膜。
[0015]本专利技术上述的多孔金属膜可用于废水处理、粉尘过滤、膜催化反应器、催化氧化膜基膜和复合膜支撑体。
[0016]本专利技术提供了一种管式多孔金属膜的制备方法。该金属膜材料的原料为二维的金属网材料，在空间上，XY轴形成的平面由金属丝交织构成，本身就具有较高的机械强度。此外，在层与层之间，通过电沉积金属单质，锚定了金属网层之间的连接，并且经过高温烧结处理，进一步增强了各金属网面之间的结合力。本制备方法过程简单、易操作、成品率高，本专利技术提供的金属膜材料相比于传统粉末烧结的金属膜材料(由宏观上为零维的金属粉末经烧结相互粘连而成)该金属膜材料具有更优的柔韧性和机械强度。此外，该金属膜材料的孔结构规则有序，膜孔尺寸分布均一，且通过调节金属网目数、金属网层数、电沉积工艺和烧结工艺，可实现膜孔结构的精准调控。这些优点使得该管式多孔金属膜材料在所述的多孔金属膜在废水处理、粉尘过滤、膜催化反应器、催化氧化膜基膜和复合膜支撑体等领域应用，特别是极端环境如高温、高压等条件下的应用都展现出良好的前景。
[0017]有益效果
[0018](1)本专利技术提供的金属膜相比于传统粉末烧结的金属膜具有更优的柔韧性和机械强度，同时膜孔结构规则有序，膜孔尺寸分布均一、精细可控，具有更广阔的应用前景。
[0019](2)本专利技术提供的金属膜制备过程简单，无复杂设备要求，大大降低了生产成本，便于工业化生产。
具体实施方式
[0020]下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0021]实施例1
[0022]将200目平纹编织不锈钢网裁剪成长
×
宽为10
×
10cm的矩形，设置卷板机液压系统工作压力为0.5MPa，卷板速度0.3m/min；将不锈钢网放入卷板机卷制成管径为5mm，壁厚0.5mm的紧实管状结构。
[0023]以卷制好的管状多层不锈钢网为阴极，石墨为阳极在0.5M的氯化亚铁溶液中电沉积60min，设置电压为5V，得到管状前驱体膜；将得到的前驱体膜在管式炉中进行高温烧结，烧结气氛为氩气，以5℃/min升至1200℃恒温5h，自然冷却到室温得到管状多孔不锈钢膜。
[0024]本实施例成功制备出的管状多孔不锈钢膜，其膜孔平均当量直径为3.2μm，孔隙率为56.8％，该金属膜可用于高温烟道气除尘。
[0025]实施例2
[0026]将350目斜纹编织镍网裁剪成长
×
宽为50
×
10cm的矩形，设置卷板机液压系统工作压力为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管状多孔金属膜，其特征在于：所述管状多孔金属膜以金属网为原料经机械卷制、电沉积锚定和高温烧结工艺制备而成，具体步骤如下：(1)以金属网为原料，通过薄板卷板机将金属网卷制成管状结构，然后采用阴极电沉积金属单质的方式进行锚定得到管状前驱体膜；(2)将管状前驱体膜置于惰性或还原性气氛下进行高温烧结，得到管状多孔金属膜。2.根据权利要求1所述的管状多孔金属膜，其特征在于：所述金属网为不锈钢网、铁网、铜网、钛网、钨网、钼网、银网中的一种；所述金属网的编织方式为平纹编织、斜纹编织和反差编织中的一种；所述金属网的目数为20目～1000目。3.根据权利要求1所述的管状多孔金属膜，其特征在于：所述管状前驱体膜的制备工艺包括：(1)将金属网裁剪成矩形，置于薄板板材卷板机中，设置卷板机参数，卷制成致密的管状结构；(2)将该卷制的管状多层金属网置于电解液中，以管状多层金属网为阴极，采用电沉积金属单质的方式将金属网的各网面之间进行锚定，得到管状前驱体膜；所述的卷制条件：卷板机工作压力为0～20Mpa，卷制速度为0.1～80m/min；卷制成型的管状前驱体膜内径为0.5～80mm，壁厚0.1～30mm；所述的电解液为含有金属网对应金属元素的硝酸盐、硫酸盐、草酸盐、碳酸盐、氯化盐、氟化盐中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘宗林，徐瑞松，张丽君，徐静，范新飞，宋成文，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：