本發(fā)明屬于玄武巖纖維的研發(fā)制作
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種應(yīng)用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維。
背景技術(shù)：
：玄武巖纖維，是玄武巖石料在1450℃-1500℃熔融后，通過(guò)鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維，類似于玻璃纖維，其性能介于高強(qiáng)度s玻璃纖維和無(wú)堿e玻璃纖維之間，純天然玄武巖纖維的顏色一般為褐色，有些似金色。玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無(wú)機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過(guò)漏板快速拉制而成的。玄武巖連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能。此外，玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對(duì)環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無(wú)任何危害，因而是一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料。我國(guó)已把玄武巖纖維列為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的四大纖維(玄武巖纖維、碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維)之一，在我國(guó)基本上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。玄武巖連續(xù)纖維已在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業(yè)、高溫過(guò)濾織物以及防護(hù)領(lǐng)域等多個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于其良好的性能和豐富的來(lái)源，目前對(duì)于玄武巖的研究較多，但是其在飲用水的凈化上的開(kāi)發(fā)應(yīng)用鮮有報(bào)道。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題，提供了一種應(yīng)用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維，將其進(jìn)行改性后，應(yīng)用在飲用水的凈化上，通過(guò)物理-化學(xué)吸附對(duì)水中低濃度的重金屬離子、有機(jī)物及細(xì)菌有很好的去除效果。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種應(yīng)用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維，在原有的玄武巖石料的基礎(chǔ)上，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-5%的復(fù)合材料，該復(fù)合材料的制備方法為：（1）利用液相沉積法制備粒徑大小為10-15納米的納米鋁粉，向該納米鋁粉中加入2-3倍體積的去離子水，水浴加熱至70-80℃，在此溫度下進(jìn)行水合反應(yīng)，反應(yīng)1-2小時(shí)后，在超聲波清洗器中超聲震蕩50-60分鐘，（2）待溶液變?yōu)榘咨螅尤胭|(zhì)量百分比為30-40%的聚乙烯醇溶液和質(zhì)量百分比為5-8%的四氯化鈦，繼續(xù)超聲震蕩20-25分鐘，將反應(yīng)得到的白色混合物通過(guò)布氏漏斗過(guò)濾，得到的過(guò)濾物放入烘箱中烘干5-7小時(shí)；（3）按照氧化石墨烯：水為1：3-4的比例混合，超聲分散30-40分鐘，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10-15%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑，在60-70℃下攪拌反應(yīng)10-12小時(shí)，得到改性氧化石墨烯，與步驟（2）所得物按照1：4-5的比例混合均勻；（4）將玄武巖石料在1450-1500℃熔融后，通過(guò)鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維，以拉制的玄武巖纖維作為底襯，用壓片機(jī)將步驟（3）所得的混合料與纖維均勻壓制成型，立即在120-150℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥12-14小時(shí)，即得所述可用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟（1）中所述的納米鋁粉的制備方法包括以下步驟：（1）將1.0-1.5mol的al(nh4)(co3)2溶解在0.3-0.5l的碳酰胺溶液中，加熱至30-40℃，用磁力攪拌器攪拌15-20分鐘混合反應(yīng)得到白色沉淀；該碳酰胺溶液為25℃、常壓下碳酰胺的飽和水溶液。（2）將沉淀進(jìn)行減壓過(guò)濾，分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌6-8次，再將產(chǎn)物置于60-65℃真空干燥箱中干燥4-5小時(shí)，將干燥后的粉末放入溫度為800-900℃中的馬弗爐中煅燒6-8小時(shí)，自然冷卻后放入冷凍室中干燥3-5小時(shí)，即得所述納米鋁粉。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟（2）中烘箱的設(shè)定溫度為50-60℃。使用液相沉積法制備的納米鋁粉有較大的比表面積，能與待凈化的水中的吸附質(zhì)充分接觸，以玄武巖纖維作為載體，納米顆?？梢跃鶆虻奈皆诶w維上，而且數(shù)量較多，結(jié)合牢固，這種結(jié)構(gòu)有利于對(duì)水中低濃度的重金屬離子、有機(jī)物及細(xì)菌等污染物的吸附，能徹底除去絕大多數(shù)的水中有毒有害物。氧化石墨烯具有特殊的二維晶體結(jié)構(gòu)、質(zhì)量輕且比表面積大，將氧化石墨烯引入到上納米鋁粉中，再涂覆于玄武巖纖維表面，可提高纖維表面吸附性能及增加纖維表面活性官能團(tuán)含量，改善纖維與離子之間的界面性能，達(dá)到進(jìn)一步提高水質(zhì)凈化率的效果。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：為了開(kāi)發(fā)玄武巖纖維在水質(zhì)凈化上的應(yīng)用，本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維，在原有的玄武巖石料的基礎(chǔ)上，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-5%的復(fù)合材料，通過(guò)壓膜成型技術(shù)制備該改性玄武巖纖維，解決了現(xiàn)有水質(zhì)凈化處理中存在的效率低、成本高、操作復(fù)雜、對(duì)于低濃度金屬及細(xì)菌污染物難以處理的問(wèn)題，而改性后的玄武巖纖維通過(guò)物理-化學(xué)吸附對(duì)水中低濃度的重金屬離子、有機(jī)物及細(xì)菌有很好的去除效果，處理后的水質(zhì)符合gb5749-85《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》，去除率達(dá)到99.9%以上，具有良好的應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1一種應(yīng)用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維，在原有的玄武巖石料的基礎(chǔ)上，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的復(fù)合材料，該復(fù)合材料的制備方法為：（1）利用液相沉積法制備粒徑大小為10-15納米的納米鋁粉，向該納米鋁粉中加入2倍體積的去離子水，水浴加熱至70℃，在此溫度下進(jìn)行水合反應(yīng)，反應(yīng)1小時(shí)后，在超聲波清洗器中超聲震蕩50分鐘，（2）待溶液變?yōu)榘咨?，加入質(zhì)量百分比為30%的聚乙烯醇溶液和質(zhì)量百分比為5%的四氯化鈦，繼續(xù)超聲震蕩20分鐘，將反應(yīng)得到的白色混合物通過(guò)布氏漏斗過(guò)濾，得到的過(guò)濾物放入烘箱中烘干5小時(shí)；（3）按照氧化石墨烯：水為1：3的比例混合，超聲分散30分鐘，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑，在60℃下攪拌反應(yīng)10小時(shí)，得到改性氧化石墨烯，與步驟（2）所得物按照1：4的比例混合均勻；（4）將玄武巖石料在1450℃熔融后，通過(guò)鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維，以拉制的玄武巖纖維作為底襯，用壓片機(jī)將步驟（3）所得的混合料與纖維均勻壓制成型，立即在120℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥12小時(shí)，即得所述可用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟（1）中所述的納米鋁粉的制備方法包括以下步驟：（1）將1.0mol的al(nh4)(co3)2溶解在0.3l的碳酰胺溶液中，加熱至30℃，用磁力攪拌器攪拌15分鐘混合反應(yīng)得到白色沉淀；（2）將沉淀進(jìn)行減壓過(guò)濾，分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌6次，再將產(chǎn)物置于60℃真空干燥箱中干燥4小時(shí)，將干燥后的粉末放入溫度為800-900℃中的馬弗爐中煅燒6小時(shí)，自然冷卻后放入冷凍室中干燥3小時(shí)，即得所述納米鋁粉。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟（2）中烘箱的設(shè)定溫度為50℃。實(shí)施例2一種應(yīng)用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維，在原有的玄武巖石料的基礎(chǔ)上，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的復(fù)合材料，該復(fù)合材料的制備方法為：（1）利用液相沉積法制備粒徑大小為10-15納米的納米鋁粉，向該納米鋁粉中加入2.5倍體積的去離子水，水浴加熱至75℃，在此溫度下進(jìn)行水合反應(yīng)，反應(yīng)1.5小時(shí)后，在超聲波清洗器中超聲震蕩55分鐘，（2）待溶液變?yōu)榘咨螅尤胭|(zhì)量百分比為35%的聚乙烯醇溶液和質(zhì)量百分比為6%的四氯化鈦，繼續(xù)超聲震蕩22分鐘，將反應(yīng)得到的白色混合物通過(guò)布氏漏斗過(guò)濾，得到的過(guò)濾物放入烘箱中烘干6小時(shí)；（3）按照氧化石墨烯：水為1：3.5的比例混合，超聲分散35分鐘，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為12%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑，在65℃下攪拌反應(yīng)11小時(shí)，得到改性氧化石墨烯，與步驟（2）所得物按照1：4.5的比例混合均勻；（4）將玄武巖石料在1480℃熔融后，通過(guò)鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維，以拉制的玄武巖纖維作為底襯，用壓片機(jī)將步驟（3）所得的混合料與纖維均勻壓制成型，立即在135℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥13小時(shí)，即得所述可用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟（1）中所述的納米鋁粉的制備方法包括以下步驟：（1）將1.2mol的al(nh4)(co3)2溶解在0.4l的碳酰胺溶液中，加熱至35℃，用磁力攪拌器攪拌16分鐘混合反應(yīng)得到白色沉淀；（2）將沉淀進(jìn)行減壓過(guò)濾，分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌7次，再將產(chǎn)物置于63℃真空干燥箱中干燥4.5小時(shí)，將干燥后的粉末放入溫度為850℃中的馬弗爐中煅燒7小時(shí)，自然冷卻后放入冷凍室中干燥4小時(shí)，即得所述納米鋁粉。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟（2）中烘箱的設(shè)定溫度為55℃。實(shí)施例3一種應(yīng)用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維，在原有的玄武巖石料的基礎(chǔ)上，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的復(fù)合材料，該復(fù)合材料的制備方法為：（1）利用液相沉積法制備粒徑大小為10-15納米的納米鋁粉，向該納米鋁粉中加入3倍體積的去離子水，水浴加熱至80℃，在此溫度下進(jìn)行水合反應(yīng)，反應(yīng)2小時(shí)后，在超聲波清洗器中超聲震蕩60分鐘，（2）待溶液變?yōu)榘咨螅尤胭|(zhì)量百分比為40%的聚乙烯醇溶液和質(zhì)量百分比為8%的四氯化鈦，繼續(xù)超聲震蕩25分鐘，將反應(yīng)得到的白色混合物通過(guò)布氏漏斗過(guò)濾，得到的過(guò)濾物放入烘箱中烘干7小時(shí)；（3）按照氧化石墨烯：水為1：4的比例混合，超聲分散40分鐘，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑，在70℃下攪拌反應(yīng)12小時(shí)，得到改性氧化石墨烯，與步驟（2）所得物按照1：5的比例混合均勻；（4）將玄武巖石料在1500℃熔融后，通過(guò)鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維，以拉制的玄武巖纖維作為底襯，用壓片機(jī)將步驟（3）所得的混合料與纖維均勻壓制成型，立即在150℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥14小時(shí)，即得所述可用于水質(zhì)凈化的改性玄武巖纖維。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟（1）中所述的納米鋁粉的制備方法包括以下步驟：（1）將1.5mol的al(nh4)(co3)2溶解在0.5l的碳酰胺溶液中，加熱至40℃，用磁力攪拌器攪拌20分鐘混合反應(yīng)得到白色沉淀；（2）將沉淀進(jìn)行減壓過(guò)濾，分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌8次，再將產(chǎn)物置于65℃真空干燥箱中干燥5小時(shí)，將干燥后的粉末放入溫度為800-900℃中的馬弗爐中煅燒8小時(shí)，自然冷卻后放入冷凍室中干燥5小時(shí)，即得所述納米鋁粉。作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟（2）中烘箱的設(shè)定溫度為60℃。對(duì)比例1與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于，不使用玄武巖纖維作為底襯，直接將制備的復(fù)合材料作為凈化水質(zhì)的材料，進(jìn)行加工制作成濾網(wǎng)。對(duì)比例2與實(shí)施例2的區(qū)別僅在于，將加工制作的玄武巖纖維換成等量的玻璃纖維作為底襯，其余保持不變。對(duì)比例3與實(shí)施例3的區(qū)別僅在于，將加工制作的玄武巖纖維換成等量的活性炭纖維作為底襯，其余保持不變。對(duì)比例4與實(shí)施例4的區(qū)別僅在于，將加工制作的玄武巖纖維換成等量的聚乙烯纖維作為底襯，其余保持不變。對(duì)比試驗(yàn)分別使用實(shí)施例1-3和對(duì)比例1-3的方法加工制作凈水材料，使用該凈水材料對(duì)于同一污染水質(zhì)進(jìn)行凈化，各組制樣后分別對(duì)于水中各成分含量進(jìn)行測(cè)定，凈化處理后，對(duì)各組凈化處理后重金屬離子、有機(jī)物及細(xì)菌的含量進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算去除率，將凈化效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果記錄如下表所示：項(xiàng)目鉻去除率（%）鉛去除率（%）有機(jī)污染物去除率（%）細(xì)菌病毒去除率（%）實(shí)施例199.9999.9899.9799.99實(shí)施例210099.9999.98100實(shí)施例399.9999.9999.97100對(duì)比例195.2194.5893.2994.78對(duì)比例293.3292.4394.1892.86對(duì)比例395.4294.8995.7394.75對(duì)比例491.2790.2491.7592.01通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)：明顯的，本發(fā)明在制備改性玄武巖纖維時(shí)，綜合了玄武巖纖維和復(fù)合材料的特性，二者有機(jī)結(jié)合，缺一不可，所達(dá)到的效果是其它材料不可替代的。當(dāng)前第1頁(yè)12