[发明专利]一种应用于水质净化的改性玄武岩纤维

说明书

技术领域

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。

发明内容

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。