本发明属于玄武岩纤维的研发制作
技术领域：
，具体涉及一种应用于水质净化的改性玄武岩纤维。
背景技术：
：玄武岩纤维，是玄武岩石料在1450℃-1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，类似于玻璃纤维，其性能介于高强度s玻璃纤维和无碱e玻璃纤维之间，纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色，有些似金色。玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过漏板快速拉制而成的。玄武岩连续纤维不仅稳定性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。我国已把玄武岩纤维列为我国重点发展的四大纤维(玄武岩纤维、碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维)之一，在我国基本上实现了工业化生产。玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。由于其良好的性能和丰富的来源，目前对于玄武岩的研究较多，但是其在饮用水的净化上的开发应用鲜有报道。技术实现要素：本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种应用于水质净化的改性玄武岩纤维，将其进行改性后，应用在饮用水的净化上，通过物理-化学吸附对水中低浓度的重金属离子、有机物及细菌有很好的去除效果。本发明是通过以下技术方案实现的：一种应用于水质净化的改性玄武岩纤维，在原有的玄武岩石料的基础上，添加质量分数为3-5%的复合材料，该复合材料的制备方法为：（1）利用液相沉积法制备粒径大小为10-15纳米的纳米铝粉，向该纳米铝粉中加入2-3倍体积的去离子水，水浴加热至70-80℃，在此温度下进行水合反应，反应1-2小时后，在超声波清洗器中超声震荡50-60分钟，（2）待溶液变为白色后，加入质量百分比为30-40%的聚乙烯醇溶液和质量百分比为5-8%的四氯化钛，继续超声震荡20-25分钟，将反应得到的白色混合物通过布氏漏斗过滤，得到的过滤物放入烘箱中烘干5-7小时；（3）按照氧化石墨烯：水为1：3-4的比例混合，超声分散30-40分钟，加入质量百分数为10-15%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，在60-70℃下搅拌反应10-12小时，得到改性氧化石墨烯，与步骤（2）所得物按照1：4-5的比例混合均匀；（4）将玄武岩石料在1450-1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，以拉制的玄武岩纤维作为底衬，用压片机将步骤（3）所得的混合料与纤维均匀压制成型，立即在120-150℃的电热鼓风干燥箱中干燥12-14小时，即得所述可用于水质净化的改性玄武岩纤维。作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述的纳米铝粉的制备方法包括以下步骤：（1）将1.0-1.5mol的al(nh4)(co3)2溶解在0.3-0.5l的碳酰胺溶液中，加热至30-40℃，用磁力搅拌器搅拌15-20分钟混合反应得到白色沉淀；该碳酰胺溶液为25℃、常压下碳酰胺的饱和水溶液。（2）将沉淀进行减压过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤6-8次，再将产物置于60-65℃真空干燥箱中干燥4-5小时，将干燥后的粉末放入温度为800-900℃中的马弗炉中煅烧6-8小时，自然冷却后放入冷冻室中干燥3-5小时，即得所述纳米铝粉。作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）中烘箱的设定温度为50-60℃。使用液相沉积法制备的纳米铝粉有较大的比表面积，能与待净化的水中的吸附质充分接触，以玄武岩纤维作为载体，纳米颗粒可以均匀的吸附在纤维上，而且数量较多，结合牢固，这种结构有利于对水中低浓度的重金属离子、有机物及细菌等污染物的吸附，能彻底除去绝大多数的水中有毒有害物。氧化石墨烯具有特殊的二维晶体结构、质量轻且比表面积大，将氧化石墨烯引入到上纳米铝粉中，再涂覆于玄武岩纤维表面，可提高纤维表面吸附性能及增加纤维表面活性官能团含量，改善纤维与离子之间的界面性能，达到进一步提高水质净化率的效果。本发明相比现有技术具有以下优点：为了开发玄武岩纤维在水质净化上的应用，本发明公开了一种应用于水质净化的改性玄武岩纤维，在原有的玄武岩石料的基础上，添加质量分数为3-5%的复合材料，通过压膜成型技术制备该改性玄武岩纤维，解决了现有水质净化处理中存在的效率低、成本高、操作复杂、对于低浓度金属及细菌污染物难以处理的问题，而改性后的玄武岩纤维通过物理-化学吸附对水中低浓度的重金属离子、有机物及细菌有很好的去除效果，处理后的水质符合gb5749-85《生活饮用水标准》，去除率达到99.9%以上，具有良好的应用前景。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。实施例1一种应用于水质净化的改性玄武岩纤维，在原有的玄武岩石料的基础上，添加质量分数为3%的复合材料，该复合材料的制备方法为：（1）利用液相沉积法制备粒径大小为10-15纳米的纳米铝粉，向该纳米铝粉中加入2倍体积的去离子水，水浴加热至70℃，在此温度下进行水合反应，反应1小时后，在超声波清洗器中超声震荡50分钟，（2）待溶液变为白色后，加入质量百分比为30%的聚乙烯醇溶液和质量百分比为5%的四氯化钛，继续超声震荡20分钟，将反应得到的白色混合物通过布氏漏斗过滤，得到的过滤物放入烘箱中烘干5小时；（3）按照氧化石墨烯：水为1：3的比例混合，超声分散30分钟，加入质量百分数为10%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，在60℃下搅拌反应10小时，得到改性氧化石墨烯，与步骤（2）所得物按照1：4的比例混合均匀；（4）将玄武岩石料在1450℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，以拉制的玄武岩纤维作为底衬，用压片机将步骤（3）所得的混合料与纤维均匀压制成型，立即在120℃的电热鼓风干燥箱中干燥12小时，即得所述可用于水质净化的改性玄武岩纤维。作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述的纳米铝粉的制备方法包括以下步骤：（1）将1.0mol的al(nh4)(co3)2溶解在0.3l的碳酰胺溶液中，加热至30℃，用磁力搅拌器搅拌15分钟混合反应得到白色沉淀；（2）将沉淀进行减压过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤6次，再将产物置于60℃真空干燥箱中干燥4小时，将干燥后的粉末放入温度为800-900℃中的马弗炉中煅烧6小时，自然冷却后放入冷冻室中干燥3小时，即得所述纳米铝粉。作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）中烘箱的设定温度为50℃。实施例2一种应用于水质净化的改性玄武岩纤维，在原有的玄武岩石料的基础上，添加质量分数为4%的复合材料，该复合材料的制备方法为：（1）利用液相沉积法制备粒径大小为10-15纳米的纳米铝粉，向该纳米铝粉中加入2.5倍体积的去离子水，水浴加热至75℃，在此温度下进行水合反应，反应1.5小时后，在超声波清洗器中超声震荡55分钟，（2）待溶液变为白色后，加入质量百分比为35%的聚乙烯醇溶液和质量百分比为6%的四氯化钛，继续超声震荡22分钟，将反应得到的白色混合物通过布氏漏斗过滤，得到的过滤物放入烘箱中烘干6小时；（3）按照氧化石墨烯：水为1：3.5的比例混合，超声分散35分钟，加入质量百分数为12%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，在65℃下搅拌反应11小时，得到改性氧化石墨烯，与步骤（2）所得物按照1：4.5的比例混合均匀；（4）将玄武岩石料在1480℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，以拉制的玄武岩纤维作为底衬，用压片机将步骤（3）所得的混合料与纤维均匀压制成型，立即在135℃的电热鼓风干燥箱中干燥13小时，即得所述可用于水质净化的改性玄武岩纤维。作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述的纳米铝粉的制备方法包括以下步骤：（1）将1.2mol的al(nh4)(co3)2溶解在0.4l的碳酰胺溶液中，加热至35℃，用磁力搅拌器搅拌16分钟混合反应得到白色沉淀；（2）将沉淀进行减压过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤7次，再将产物置于63℃真空干燥箱中干燥4.5小时，将干燥后的粉末放入温度为850℃中的马弗炉中煅烧7小时，自然冷却后放入冷冻室中干燥4小时，即得所述纳米铝粉。作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）中烘箱的设定温度为55℃。实施例3一种应用于水质净化的改性玄武岩纤维，在原有的玄武岩石料的基础上，添加质量分数为5%的复合材料，该复合材料的制备方法为：（1）利用液相沉积法制备粒径大小为10-15纳米的纳米铝粉，向该纳米铝粉中加入3倍体积的去离子水，水浴加热至80℃，在此温度下进行水合反应，反应2小时后，在超声波清洗器中超声震荡60分钟，（2）待溶液变为白色后，加入质量百分比为40%的聚乙烯醇溶液和质量百分比为8%的四氯化钛，继续超声震荡25分钟，将反应得到的白色混合物通过布氏漏斗过滤，得到的过滤物放入烘箱中烘干7小时；（3）按照氧化石墨烯：水为1：4的比例混合，超声分散40分钟，加入质量百分数为15%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，在70℃下搅拌反应12小时，得到改性氧化石墨烯，与步骤（2）所得物按照1：5的比例混合均匀；（4）将玄武岩石料在1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，以拉制的玄武岩纤维作为底衬，用压片机将步骤（3）所得的混合料与纤维均匀压制成型，立即在150℃的电热鼓风干燥箱中干燥14小时，即得所述可用于水质净化的改性玄武岩纤维。作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述的纳米铝粉的制备方法包括以下步骤：（1）将1.5mol的al(nh4)(co3)2溶解在0.5l的碳酰胺溶液中，加热至40℃，用磁力搅拌器搅拌20分钟混合反应得到白色沉淀；（2）将沉淀进行减压过滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤8次，再将产物置于65℃真空干燥箱中干燥5小时，将干燥后的粉末放入温度为800-900℃中的马弗炉中煅烧8小时，自然冷却后放入冷冻室中干燥5小时，即得所述纳米铝粉。作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）中烘箱的设定温度为60℃。对比例1与实施例1的区别仅在于，不使用玄武岩纤维作为底衬，直接将制备的复合材料作为净化水质的材料，进行加工制作成滤网。对比例2与实施例2的区别仅在于，将加工制作的玄武岩纤维换成等量的玻璃纤维作为底衬，其余保持不变。对比例3与实施例3的区别仅在于，将加工制作的玄武岩纤维换成等量的活性炭纤维作为底衬，其余保持不变。对比例4与实施例4的区别仅在于，将加工制作的玄武岩纤维换成等量的聚乙烯纤维作为底衬，其余保持不变。对比试验分别使用实施例1-3和对比例1-3的方法加工制作净水材料，使用该净水材料对于同一污染水质进行净化，各组制样后分别对于水中各成分含量进行测定，净化处理后，对各组净化处理后重金属离子、有机物及细菌的含量进行测定，计算去除率，将净化效果进行统计，结果记录如下表所示：项目铬去除率（%）铅去除率（%）有机污染物去除率（%）细菌病毒去除率（%）实施例199.9999.9899.9799.99实施例210099.9999.98100实施例399.9999.9999.97100对比例195.2194.5893.2994.78对比例293.3292.4394.1892.86对比例395.4294.8995.7394.75对比例491.2790.2491.7592.01通过比较发现：明显的，本发明在制备改性玄武岩纤维时，综合了玄武岩纤维和复合材料的特性，二者有机结合，缺一不可，所达到的效果是其它材料不可替代的。当前第1页12