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众所周知,膜分离凭借着其高效性、低能耗、简易性、经济性的优点,为现在食品加工、医疗医药、化工、水治理等行业所青睐。但是,一直以来,膜分离在高温领域的应用受到了很大限制。这主要是由于有机膜热稳定差,很难应用于高温领域,而陶瓷膜本身是脆性的,且其密封需要借助于有机材料,因此要想发展高温应用,就必须借助金属膜。膜的构型有多种,从比表面积、单位填充密度和分离效率方面考虑,中空纤维膜管无疑是最佳选择。无机中空纤维膜管一般是采用相转化-烧结的方法制备的。金属纤维膜管在制备过程中却面临着烧结难度大,挤出成型困难的难题。在这种情形下,我们提出了一种使用陶瓷粉和金属粉的混合粉体为原料制备金属-陶瓷复合中空纤维膜管的方法,目的是希望制备出的金属-陶瓷复合中空纤维膜管能兼有陶瓷易成型、易烧结的优点和金属的韧性、机械加工性和可焊接性的优点。
本文中,我们使用不锈钢、氧化铝混合粉体制备出了复合中空纤维膜管,并与不锈钢中空纤维膜管进行对比。制备出的氧化铝质量分数低于20%的纤维膜管表现出了很好的可焊接性,氧化铝含量30%的样品也有一定的焊接性,但是结合强度比较弱,而氧化铝含量40%的样品是无法焊接的。这是由于氧化铝质量分数换算成体积分数之后分别为18%、33%、46%和57%,因此,含30%氧化铝的样品中金属相是主相,而含40%氧化铝的样品中陶瓷相变为了主相,这也就解释了氧化铝质量分数30%样品焊接能力弱和40%样品不能焊接的原因。
综合考虑了坯体成型、膜管烧结、机械强度、可焊接性、孔隙率的数据,我们认为,氧化铝质量分数10%的复合中空纤维膜管具有更好的综合性能和实际应用价值。为此,我们还研究了烧结温度和烧结时间对氧化铝质量分数10%样品的影响。结果显示,随着烧结温度的提高、烧结时间的延长,样品的机械强度会随之增大,而孔隙率、平均孔径、N2和纯水通量都是减小的。