[发明专利]配位聚合物增强玄武岩纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于配位聚合物增强玄武岩纤维复合材料用于重金属吸附，及其材料制备方法，该重金属吸附材料由纯天然玄武岩纤维20～80重量份、含巯基的硅烷偶联剂1～20重量份、氨基多羧酸类有机配体10～70重量份、无机钙盐10～70重量份组成，通过化学偶联、高速搅拌、水热法相结合的方式进行材料合成，然后固液分离、纯化洗涤后进行真空干燥，最终得到黄色固体材料；其制法简单，易操作，无需特殊的工艺装备，能耗低，且具有吸附容量高、吸附性能高、抗COD等干扰性能高、耐腐蚀、耐高温、强度高、材料再生性能好等多种优异性能，制备的重金属吸附材料对汞、铅、铬、镉、铜、锌都具有理想的吸附效果，具有经济价值和环保意义，易于产业化。

技术领域

本发明属于复合材料、配位化学及环境污染防治领域，具体涉及一种配位聚合物增强玄武岩纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来江河湖泊重金属含量呈逐年上升趋势，同时累积于蔬菜、肉类、鱼类、海鲜中，富集于动植物体内，已严重威胁着人们的健康，水体重金属污染已成为全球性的环境问题。目前中国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、铬、铜等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。同时煤化工、石油天然气开采、化工催化等多领域行业也涉及严重的重金属污染问题，且该类废水中酸碱浓度高、水质工况恶劣成分复杂。而且废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。吸附法作为一种的、有效而经济的污水净化和分离方法近年来受到人们的广泛关注。吸附法处理重金属废水可以达到高效去除重金属的目的，同时还可以实现资源富集及回收。近年国内外学者围绕配位聚合物用于重金属去除做了大量的研究工作。

配位聚合物也叫金属有机骨架材料(metal-organic frameworks，MOFs)是通过金属离子与有机配体间的自组装配位形成的多孔晶体材料，具有稳定的结构、较大的比表面积、高孔容、可调控的孔隙率、开放的金属位点及化学可修饰等优良性能，在环保吸附及离子交换领域中具有广阔的应用前景。其中氨基多羧酸类有机配体中含有大量氨基和羧基两种官能团，氨基氮原子和羧基氧原子参与和金属离子配位形成稳定的多个环结构复合物，另一方面羧基氧原子能与其他的金属离子连接对于构筑多维结构化合物是非常有用的。虽然氨基多羧酸类有机配体能够通过分子中的氨基和羟基与多种重金属离子形成螯合物且可帮助微粒凝聚，但在pH值较低时胺基在酸性溶液中易质子化与阳离子重金属物相互排斥，所以含有巯基的硅烷偶联剂，通过自身的水解作用，可以与基体表面上的羟基发生缩合反应，从而在材料表面和孔道内壁嫁接上巯基，同时通过-SH和-NH-等配位基团的配位及螯合作用对水中溶解态的重金属离子有更好的去除作用。但目前随着工业化发展、工业企业生产废水中污染成分越来越复杂，许多污水水质伴随着高温、高酸碱的同时，含有多类重金属以及难降解有机物等多组份。所以需要增强配位聚合物的材料自身性能。

玄武岩纤维是一种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、氧化镁、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。其中SiO2有利于拉丝，Al2O3对增强纤维的力学性能有利，FexOy与玄武岩纤维的结晶能力和热稳定性相关。玄武岩纤维是天然玄武岩矿石在1450～1500℃熔窑中熔融拉丝后制成的，天然玄武岩矿石来源非常丰富，性价比高。而且玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有热稳定性、化学稳定性、抗腐蚀性等多种优异性能。此外，玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少，对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。但是玄武岩纤维也存在许多缺点例如表面光滑呈惰性极性大且具有较高的表面能；另外它与其他材料之间的附着力差界面结合强度低；以及其他缺点。这些缺陷影响了玄武岩纤维在环保重金属污水处理领域作为复合吸附材料的进一步发展及大规模产业化应用。

发明内容