本发明涉及一种亲油疏水天然矿石纤维的制备方法及其应用，属于油水分离技术领域。
背景技术：
近年来，随着人类活动的日益频繁，由于海上油田泄漏、油船漏油、输油管路破裂等一系列事故及含油废水的排放造成了河流、海洋的严重污染，带来了不可估量的生态灾难和经济损失。目前，利用疏水亲油材料制备的过滤网膜和吸油材料已经成功实现油水混合物的高效分离。cn105854622a公开了一种将疏水纳米sio2和脂肪族聚氨酯通过喷涂在不锈钢网上得到一种疏水性油水分离网膜的制备方法，但不锈钢网较为笨重，而且价格昂贵。cn104771936a公开了一种将聚氨酯海绵骨架表面用疏水剂改性，再在一定温度下活化处理得到吸油海绵，这种吸油材料虽然吸油量高，但制备过程过程长，工艺较为复杂；同时聚氨酯海绵在废弃后降解性差，容易对环境造成二次污染。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种亲油疏水天然矿石纤维的制备方法及其应用。本发明亲油疏水天然矿石纤维的成本低，制备方法简单，具有环境友好性。
本发明亲油疏水天然矿石纤维的制备方法，是以天然矿石为主料，并辅以辅料，依次经熔浆、成纤、铺棉、压棉、固化、修整各单元过程获得亲油疏水天然矿石纤维；在成纤过程中喷洒疏水亲油物质对纤维表面进行改性，使矿石纤维具有油水分离能力。
所述天然矿石包括玄武岩、泥灰岩、花岗岩、珍珠岩中的一种或几种。
所述辅料为石灰石，矿渣，焦炭，萤石，硅藻土。
主料及辅料按质量份数构成如下：
天然矿石65-80份，石灰石4-8份，矿渣6-12份，焦炭15-30份，萤石1-5份，硅藻土0.5-2份。
所述疏水亲油物质为硬脂酸盐、聚丙烯酸酯、酚醛树脂、疏水性的无机纳米粒子、含氟聚合物、硅烷化合物中的一种或几种的混合物。
疏水亲油物质之间可以混合使用，混合使用时比例任意。具体地说可以将硬脂酸盐和聚丙烯酸酯混合，或将含氟化合物、疏水性的无机纳米粒子和硅烷化合物混合，或将硬脂酸盐和硅烷化合物混合等。
其中，所述硬脂酸盐选自硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁。在成纤过程中喷洒硬脂酸盐溶液时，硬脂酸盐溶液的浓度为0.009kg/l～0.057kg/l，获得的天然矿石纤维的水接触角为105°～145°，对油水混合物的过滤分离效率为94％～99％，吸油倍率为10～90倍体积。
所述聚丙烯酸酯选自聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯或聚丙烯酸十八酯。在成纤过程中喷洒聚丙烯酸酯溶液时，聚丙烯酸酯溶液的浓度为0.005kg/l～0.032kg/l，获得的天然矿石纤维的水接触角为108°～136°，对油水混合物的过滤分离效率为90％～99％，吸油倍率为10～90倍体积。
所述酚醛树脂选自苯酚甲醛树脂、间二苯酚-苯酚-甲醛树脂或对叔丁基苯酚甲醛树脂。在成纤过程中喷洒酚醛树脂溶液时，酚醛树脂溶液的浓度为0.003kg/l～0.034kg/l，获得的天然矿石纤维的水接触角为110°～147°，对油水混合物的过滤分离效率为95％～99％，吸油倍率为10～90倍体积。
所述疏水性的无机纳米粒子选自纳米sio2颗粒、纳米tio2颗粒或纳米fe3o4颗粒。在成纤过程中喷洒无机纳米粒子分散液时，无机纳米粒子分散液的浓度为0.007kg/l～0.046kg/l，粒径为10nm～200nm，获得的天然矿石纤维的水接触角为103°～157°，对油水混合物的过滤分离效率为96％～99％，吸油倍率为10～90倍体积。
所述含氟聚合物选自氟碳表面活性剂、含氟聚氨酯或含氟丙烯酸酯聚合物。在成纤过程中喷洒含氟聚合物溶液时，含氟聚合物溶液的浓度为0.003kg/l～0.045kg/l，获得的天然矿石纤维测得的接触角为125°～162°，对油水混合物的过滤分离效率为95％～99％，吸油倍率为10～90倍体积。
所述硅烷化合物选自氨丙基三乙氧基硅烷、环氧丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙二胺丙基三乙氧基硅烷。在成纤过程中喷洒硅烷化合物溶液时，硅烷化合物溶液的浓度为0.006kg/l～0.043kg/l，获得的天然矿石纤维测得的接触角为120°～154°，对油水混合物的过滤分离效率为92％～99％，吸油倍率为10～90倍体积。
在成纤过程中喷洒疏水亲油物质对纤维表面进行改性时，疏水亲油物质的喷洒量以一吨的成品纤维计，喷洒10-15l的疏水亲油物质溶液。
本发明在天然矿石纤维的表面引入疏水基团或无机纳米粒子，可显著提高天然矿石纤维材料的亲油疏水性质，当作为过滤材料时可使油顺利通过天然矿石纤维而对水具有很好的排斥性；另外，由于天然矿石纤维材料内部具有丰富的孔隙，使得天然矿石纤维在吸油后可有效的将油封锁在内部，因此也可成为良好的吸油材料。
本发明天然矿石纤维的直径为1～10μm。
本发明天然矿石纤维的网孔大小、孔隙率、密度和强度等可以根据不同的需求进行调节。
本发明亲油疏水天然矿石纤维可作为油水混合物的过滤分离材料以使油和水分离。
所述油水混合物包括矿物油、机油、食用油、原油等与水的混合物。
本发明天然矿石纤维对矿物油、机油、食用油、原油等与水的混合物的过滤分离效率均在90％以上，同时对油吸收倍率均达10～90倍。可以通过简单挤压方式将油水分离材料中的油排空，该油水分离材料可以重复利用。
本发明天然矿石纤维材料可自然风化，也可以重新熔融成纤，具有环境友好性。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明制备天然矿石纤维材料所需的原料来源广泛，价格低廉，制备过程简单，生产周期短，而且这种天然矿石纤维材料可自然风化，不会对环境造成二次污染。
2、本发明制备的天然矿石纤维的油的接触角最低低于2°，水接触角最高超过160°，具有很高的过滤效果和吸油倍率，而且可以重复多次使用。
3、本发明制备的天然矿石纤维可广泛用于工业含油废水处理、餐厨废油回收和海面上原油清理等领域。
附图说明
图1是实施例2中制备的天然矿石纤维材料对水(左)和油(右)的接触角的直观示意光学照片。天然矿石纤维材料的水接触角为141°，油接触角为5°。该材料具有疏水亲油特性。
具体实施方式
实施例1：
本实施例中亲油疏水天然矿石纤维的制备方法如下：
按重量份计将玄武岩75份、石灰石6份、矿渣10份、焦炭25份、萤石3份、硅藻土1份混合并粉碎后加入冲天炉，炉温1470～1570℃，冲入液氧，熔融，岩浆通过四辊离心机成纤，成纤过程中喷洒浓度为0.021kg/l的聚丙烯酸十八酯溶液对纤维表面改性；随后经过集棉，摆锤铺棉后，进入压棉机，压棉时作用力为2kn，压缩程度200％，固化并修整后制得三维结构天然矿石纤维材料。
本实施例中得到的天然矿石纤维的强度为0.58mpa，密度0.23g/cm3，网孔大小42μm，对水的接触角为137°，天然矿石纤维的对机油水混合物的过滤分离效率为91％，对机油的吸收倍率为自身体积的32倍。
实施例2：
本实施例的制备过程参见实施例1。不同的是成纤过程中喷洒0.015kg/l的硬脂酸钠溶液和0.021kg/l聚丙烯酸酯溶液，两者体积比为1:2，压棉时外力大小为3kn，压缩程度300％，其他制备条件不变。
本实施例中得到的天然矿石纤维的强度为0.65mpa，密度0.31g/cm3，网孔大小36μm，对水的接触角为141°，天然矿石纤维的过滤效果为95％，对机油的吸收倍率为自身体积的28倍。
实施例3：
本实施例的制备过程参见实施例1。不同的是成纤过程中喷洒0.028kg/l的疏水纳米sio2溶液、0.032kg/l含氟聚氨酯溶液和0.032k/l的丙基三乙氧基硅烷溶液，三者体积比为1:2:1，压棉时外力大小为5kn，压缩程度500％，其他制备条件不变。
本实施例中得到的天然矿石纤维的强度为0.78mpa，密度0.42g/cm3，网孔大小42μm，对水的接触角为162°，天然矿石纤维的过滤效果为98％，对机油的吸收倍率为自身体积的24倍。
实施例4：
本实施例的制备过程参见实施例1。不同的是成纤过程中喷洒浓度为0.015kg/l的硬脂酸钠溶液、0.021kg/l的聚丙烯酸正丁酯溶液、0.031kg/l的酚醛树脂溶液、0.028kg/l的疏水纳米sio2水分散液、0.032kg/l含氟聚氨酯溶液，四者之间的体积比为1:2:1:1，压棉时外力大小为7kn，压缩程度700％，其他制备条件不变。
本实施例中得到的天然矿石纤维的强度为0.72mpa，密度0.48g/cm3，网孔大小30μm，对水的接触角为160°，天然矿石纤维的过滤效果为99％，对机油的吸油倍率为自身体积的25倍。
实施例5：
本实施例的制备过程参见实施例1。不同的是成纤过程中喷洒浓度为0.023kg/l的纳米sio2溶液和浓度为0.034kg/l的含氟丙烯酸酯溶液，二者体积比1:1，其他制备条件不变。
本实施例中得到的天然矿石纤维对水的接触角为161°，对油水混合物的过滤分离效率为99％，对机油的吸油倍率为自身体积的42倍。
实施例6：
本实施例的制备过程参见实施例1。不同的是成纤过程中喷洒浓度为0.012kg/l的硬脂酸钠溶液、浓度为0.022kg/l的聚丙烯酸十八脂溶液和浓度为0.012kg/l的苯酚甲醛树脂溶液，三者体积比1：1：1，其他制备条件不变。
本实施例中得到的天然矿石纤维对水的接触角为158°，对油水混合物的过滤分离效率为97％，对机油的吸油倍率为自身体积的36倍。