CN115414798B - 一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法及其应用，本发明的有益效果在于：1、在微米级纤维状晶粒组成的β相氮化硅基陶瓷膜的基础上，通过气相传输和催化反应在陶瓷晶粒表面生长纳米氮化硅纤维，形成微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜，制备的氮化硅基陶瓷分离膜是由微米级纤维状晶粒和纳米级纤维状晶粒共同组成的微纳复合三维纤维结构，孔径降低到纳米级，表面更加粗糙，提高其在膜分离过程中的分离效率。2、该微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜具有超高弯曲强度、可控的孔径分布和表面粗糙度，作为分离膜和支撑体在废水处理、油水分离等分离领域具有较高的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷分离膜制备技术领域，具体涉及一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法及其应用。
背景技术
膜分离是一项简单高效的分离技术，在驱动力的作用下对目标物料就行分离、提纯、浓缩，广泛应用于食品加工、化工生产、环境保护等行业。膜分离技术的关键是膜材料和膜结构的选择，根据不同的待分离物料条件，选择合适的膜材料和膜结构，是提高膜分离效率的关键。现有的分离膜其孔结构相对较大，弯曲强度低，只能截留微米级颗粒物，难以分离更小的颗粒物，同时分离效率低，适用的行业范围小。
发明内容：
本发明的目的就是为了解决现有问题，而提供一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法及其应用。
本发明的技术解决措施如下：
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，对多孔β相氮化硅基陶瓷膜进行超声清洗和干燥；
步骤二，将β相氮化硅基陶瓷膜浸渍催化剂溶液，然后低温煅烧，在陶瓷晶粒表面形成金属氧化物催化剂；
步骤三，将附着催化剂的β相氮化硅基陶瓷膜和硅粉置于高温炉中，陶瓷膜悬于硅粉的上方；
步骤四，高温炉中通入含氮气体，该含氮气体通量为0.01～3m3/h，按照0.5～5℃/min的升温速率加热，将炉温加热到1000～1500℃，硅粉挥发，气相传输到β相氮化硅基晶粒表面，在其自身金属氧化物催化作用下，与含氮气体发生反应，在晶粒表面生长纳米级氮化硅纤维，保温0.1～4h后，自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
作为优选，步骤一中β相氮化硅基陶瓷膜的制备材质为氮化硅、氧氮化硅、β-Sialon陶瓷膜中的任一一种。
作为优选，步骤二中所述的催化剂为含有钴或者铁的无机盐，包括硝酸钴、硝酸铁、碳酸钴、碳酸铁、氢氧化钴、氢氧化铁中的一种或几种，溶剂为水，催化剂溶液的浓度为0.01％到饱和浓度。
作为优选，步骤二中所述的低温煅烧为空气条件下300-800℃，保温0.2-4h。
作为优选，所述步骤四中通入高温炉的含氮气体可以为氨气或复合气体，所述复合气体为氮气和氢气的复合气体，其中氢气含量为5％。
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜作为膜分离组件在废水处理、油水分离处理中的应用，以及作为催化剂载体应用于催化领域。
本发明的有益效果在于：
1、在微米级纤维状晶粒组成的β相氮化硅基陶瓷膜的基础上，通过气相传输和催化反应在陶瓷晶粒表面生长纳米氮化硅纤维，形成微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜，制备的氮化硅基陶瓷分离膜是由微米级纤维状晶粒和纳米级纤维状晶粒共同组成的微纳复合三维纤维结构，孔径降低到纳米级，表面更加粗糙，提高其在膜分离过程中的分离效率。
2、该微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜具有超高弯曲强度、可控的孔径分布和表面粗糙度，作为分离膜和支撑体在废水处理、油水分离等分离领域具有较高的应用前景。
附图说明：
图1为本发明实施例1中β相氮化硅陶瓷膜和微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜SEM形貌；
图2为本发明实施例1中β相氮化硅陶瓷膜和微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜XRD图；
图3为本发明实施例2中微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜SEM形貌；
图4为本发明实施例3中微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜SEM形貌；
图5为本发明实施例4中微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜SEM形貌；
图6为本发明实施例5中微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜SEM形貌；
图7为本发明实施例6中微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜SEM形貌；
图8为本发明实施例7中微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜SEM形貌。
图9为本发明实施例8中微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜SEM形貌。
图10为本发明实施例9中微纳复合纤维结构氮化硅陶瓷分离膜SEM形貌。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：首先对直径20mm厚度0.8mm的多孔β相氮化硅陶瓷膜在水中进行超声清洗后干燥，然后配置10％的硝酸钴水溶液，将清洗好的陶瓷膜浸渍到溶液中，超声处理让溶液充分进入膜孔道内，将浸渍后的陶瓷膜烘干，并且在400℃煅烧1h；
在高温炉中放置5g硅粉，并将陶瓷膜悬挂在硅粉上方1cm处，在炉中通入氮气，通量为0.05m3/h，以3℃/min的升温速率将炉温加热到1250℃，保温2h后自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
如图1所示为β相氮化硅陶瓷膜和微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜扫描电镜图，由图1(左)可知，β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒为微米级纤维状组成的空间网状结构。经过催化生长过程，在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面生长了纳米级陶瓷纤维，在微米级空间网状结构的基础上，又形成了纳米级纤维网状结构(图1右)。
如图2所示为β相氮化硅陶瓷膜和微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的XRD图，由图2可知，β相氮化硅陶瓷膜是纯β相氮化硅，微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜是在β氮化硅相的基础上生长了α相氮化硅纳米纤维。
实施例2
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：首先对直径20mm厚度0.8mm的多孔β相氮化硅陶瓷膜在水中进行超声清洗后干燥；然后配置10％的硝酸钴水溶液，将清洗好的陶瓷膜浸渍到溶液中，超声处理让溶液充分进入膜孔道内，将浸渍后的陶瓷膜烘干，并且在400℃煅烧1h；
在高温炉中放置5g硅粉，并将陶瓷膜悬挂在硅粉上方1cm处，在炉中通入氮气，通量为0.05m3/h，以3℃/min的升温速率将炉温加热到1100℃，保温2h后自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
如图3所示为微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的扫描电镜图，由图3可知，经过催化生长过程，在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面生长了颗粒状氮化硅晶粒，α相氮化硅纳米纤维未完全生长。
实施例3
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：首先对直径20mm厚度0.8mm的多孔β相氮化硅陶瓷膜在水中进行超声清洗后干燥；然后配置10％的硝酸钴水溶液，将清洗好的陶瓷膜浸渍到溶液中，超声处理让溶液充分进入膜孔道内，将浸渍后的陶瓷膜烘干，并且在400℃煅烧1h；
在高温炉中放置5g硅粉，并将陶瓷膜悬挂在硅粉上方1cm处，在炉中通入氮气，通量为0.05m3/h，以3℃/min的升温速率将炉温加热到1400℃，保温2h后自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
如图4所示为微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的扫描电镜图，由图4可知，经过催化生长过程，在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面生长了α相氮化硅纳米纤维，纤维的直径较粗。
由实施例1，2，3可以发现，在1100-1400℃范围内，都能实现在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面生长α相氮化硅，随着温度的增加α相氮化硅由颗粒状转变为纤维状，且温度增加，纤维变粗。
实施例4
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：首先对直径20mm厚度0.8mm的多孔β相氮化硅陶瓷膜在水中进行超声清洗后干燥；然后配置1％的硝酸钴水溶液，将清洗好的陶瓷膜浸渍到溶液中，超声处理让溶液充分进入膜孔道内，将浸渍后的陶瓷膜烘干，并且在400℃煅烧1h；
在高温炉中放置5g硅粉，并将陶瓷膜悬挂在硅粉上方1cm处，在炉中通入氮气，通量为0.05m3/h，以3℃/min的升温速率将炉温加热到1250℃，保温2h后自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
如图5所示为微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的扫描电镜图，由图5可知，经过催化生长过程，在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面生长了α相氮化硅纳米纤维，由于催化剂浓度较低，所以纤维的数量较少。
实施例5
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：首先对直径20mm厚度0.8mm的多孔β相氮化硅陶瓷膜在水中进行超声清洗后干燥；然后配置20％的硝酸钴水溶液，将清洗好的陶瓷膜浸渍到溶液中，超声处理让溶液充分进入膜孔道内，将浸渍后的陶瓷膜烘干，并且在400℃煅烧1h；
在高温炉中放置5g硅粉，并将陶瓷膜悬挂在硅粉上方1cm处，在炉中通入氮气，通量为0.05m3/h，以3℃/min的升温速率将炉温加热到1250℃，保温2h后自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
如图6所示为微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的扫描电镜图，由图6可知，经过催化生长过程，在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面生长了α相氮化硅纳米纤维，由于催化剂浓度较高，所以纤维的数量较多。
由实施例1，5，6可知，不同催化剂浓度条件下都能实现在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面生长α相氮化硅，随着催化剂浓度的增加，α相氮化硅纤维的生长密度增加。
实施例6
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：首先对直径20mm厚度0.8mm的多孔β相氮化硅陶瓷膜在水中进行超声清洗后干燥；然后配置10％的硝酸铁水溶液，将清洗好的陶瓷膜浸渍到溶液中，超声处理让溶液充分进入膜孔道内，将浸渍后的陶瓷膜烘干，并且在400℃煅烧1h；
在高温炉中放置5g硅粉，并将陶瓷膜悬挂在硅粉上方1cm处，在炉中通入氮气，通量为0.05m3/h，以3℃/min的升温速率将炉温加热到1250℃，保温2h后自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
如图7所示为微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的扫描电镜图，由图7可知，在硝酸铁作为催化剂溶剂条件下，氧化铁也能催化α相氮化硅纳米纤维在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面的生长，形成由微米级纤维状晶粒和纳米级纤维状晶粒共同组成的微纳复合三维纤维结构。
实施例7
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：首先对直径20mm厚度0.8mm的多孔β相氮化硅陶瓷膜在水中进行超声清洗后干燥；然后配置10％的硝酸钴水溶液，将清洗好的陶瓷膜浸渍到溶液中，超声处理让溶液充分进入膜孔道内，将浸渍后的陶瓷膜烘干，并且在400℃煅烧1h；
在高温炉中放置5g硅粉，并将陶瓷膜悬挂在硅粉上方1cm处，在炉中通入氮气，通量为0.05m3/h，以3℃/min的升温速率将炉温加热到1250℃，保温1h后自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
如图8所示为微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的扫描电镜图，由图8可知，在保温时间为1h时，经过催化反应，在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面的生长了α相氮化硅纳米纤维，形成由微米级纤维状晶粒和纳米级纤维状晶粒共同组成的微纳复合三维纤维结构，其结构中α相氮化硅纳米纤维较短。
实施例8
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：首先对直径20mm厚度0.8mm的多孔β相氮化硅陶瓷膜在水中进行超声清洗后干燥；然后配置10％的硝酸钴水溶液，将清洗好的陶瓷膜浸渍到溶液中，超声处理让溶液充分进入膜孔道内，将浸渍后的陶瓷膜烘干，并且在400℃煅烧1h；
在高温炉中放置5g硅粉，并将陶瓷膜悬挂在硅粉上方1cm处，在炉中通入氮气，通量为0.05m3/h，以3℃/min的升温速率将炉温加热到1250℃，保温4h后自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
如图9所示为微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的扫描电镜图，由图9可知，在保温时间为4h时，经过催化反应，在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面的生长了α相氮化硅纳米纤维，由于保温时间较长，α相氮化硅纳米纤维完全覆盖了陶瓷膜表面。
由实施例1，7，8可知，不同的保温条件下都能实现在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面生长α相氮化硅，随着保温时间的增加，α相氮化硅纤维的长度增加。
实施例9
一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，包括以下步骤：首先对直径20mm厚度0.8mm的多孔β相氮化硅陶瓷膜在水中进行超声清洗后干燥；然后配置10％的硝酸钴水溶液，将清洗好的陶瓷膜浸渍到溶液中，超声处理让溶液充分进入膜孔道内，将浸渍后的陶瓷膜烘干，并且在400℃煅烧1h；
在高温炉中放置5g硅粉，并将陶瓷膜悬挂在硅粉上方1cm处，在炉中通入氮气，通量为0.05m3/h，以3℃/min的升温速率将炉温加热到1250℃，保温2h后自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
如图10所示为微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的扫描电镜图，由图10可知，在氨气高温下，也能催化α相氮化硅纳米纤维在β相氮化硅陶瓷膜的陶瓷晶粒表面的生长，形成由微米级纤维状晶粒和纳米级纤维状晶粒共同组成的微纳复合三维纤维结构。
以上所述只是用于理解本发明的方法和核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利的保护范围。
Claims (2)
1.一种微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，对多孔β相氮化硅基陶瓷膜进行超声清洗和干燥，步骤一中β相氮化硅基陶瓷膜的制备材质为氮化硅、氧氮化硅、β-Sialon陶瓷膜中的任意一种；
步骤二，将β相氮化硅基陶瓷膜浸渍催化剂溶液，然后低温煅烧，所述的低温煅烧为空气条件下300-800℃，保温0.2-4h，在陶瓷晶粒表面形成金属氧化物催化剂，步骤二中所述的催化剂为含有钴或者铁的无机盐，包括硝酸钴、硝酸铁、碳酸钴、碳酸铁、氢氧化钴、氢氧化铁中的一种或几种，溶剂为水，催化剂溶液的浓度为0.01％到饱和浓度；
步骤三，将附着催化剂的β相氮化硅基陶瓷膜和硅粉置于高温炉中，陶瓷膜悬于硅粉的上方；
步骤四，通入高温炉的含氮气体可以为氨气或复合气体，所述复合气体为氮气和氢气的复合气体，其中氢气含量为5％，该含氮气体通量为0.01～3m3/h，按照0.5～5℃/min的升温速率加热，将炉温加热到1000～1500℃，硅粉挥发，气相传输到β相氮化硅基晶粒表面，在其自身金属氧化物催化作用下，与含氮气体发生反应，在晶粒表面生长纳米级氮化硅纤维，保温0.1～4h后，自然降温，制得微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜。
2.一种根据权利要求1任一项所述制备方法制备的微纳复合纤维结构氮化硅基陶瓷分离膜作为膜分离组件在废水处理、油水分离处理中的应用，以及作为催化剂载体应用于催化领域。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5004709A (en) * | 1989-03-16 | 1991-04-02 | Allied-Signal Inc. | High surface area silicon nitride and use thereof |
| CN104891456A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-09-09 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种一维α-Si3N4纳米材料及其制备方法 |
| CN105801122A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-27 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | 一种梯度孔结构碳化硅基多孔陶瓷的制备方法 |
| CN110483061A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-11-22 | 广东工业大学 | 一种高孔隙率和高强度的氮化硅陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN112759418A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-07 | 武汉科技大学 | 氮化硅晶须增强的刚玉多孔陶瓷过滤器及其制备方法 |
| CN112898038A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-04 | 河海大学 | 一种氮化硅基纤维独石陶瓷透波材料制备方法 |
| CN114028948A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-02-11 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种高稳定疏水陶瓷膜、制备方法及其应用 |
| CN114773082A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-22 | 西北工业大学 | 一种对称连续梯度结构氮化硅陶瓷天线罩及制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885199A (en) * | 1986-08-06 | 1989-12-05 | Norton Company | Fiber-reinforced silicon nitride composite ceramics |
| JP5549314B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2014-07-16 | 宇部興産株式会社 | 無機繊維質セラミックス多孔体及びその複合体、並びにそれらの製造方法 |
| CN106278368A (zh) * | 2016-08-15 | 2017-01-04 | 北京大学深圳研究生院 | 一种复合分子筛膜及其制备方法和应用 |
| CN106669440B (zh) * | 2017-01-03 | 2019-10-11 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种陶瓷膜的修饰改性方法及改性陶瓷膜 |
| CN108176249B (zh) * | 2017-12-28 | 2021-03-30 | 南京工业大学 | 一种碳化硅纳米纤维膜的制备方法 |
| CN110357051B (zh) * | 2019-07-09 | 2023-03-14 | 南昌大学 | 一种单晶α相氮化硅纳米晶须的制备方法 |
-
2022
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5004709A (en) * | 1989-03-16 | 1991-04-02 | Allied-Signal Inc. | High surface area silicon nitride and use thereof |
| CN104891456A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-09-09 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种一维α-Si3N4纳米材料及其制备方法 |
| CN105801122A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-27 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | 一种梯度孔结构碳化硅基多孔陶瓷的制备方法 |
| CN110483061A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-11-22 | 广东工业大学 | 一种高孔隙率和高强度的氮化硅陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN112759418A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-07 | 武汉科技大学 | 氮化硅晶须增强的刚玉多孔陶瓷过滤器及其制备方法 |
| CN112898038A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-04 | 河海大学 | 一种氮化硅基纤维独石陶瓷透波材料制备方法 |
| CN114028948A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-02-11 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种高稳定疏水陶瓷膜、制备方法及其应用 |
| CN114773082A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-22 | 西北工业大学 | 一种对称连续梯度结构氮化硅陶瓷天线罩及制备方法 |
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