本發(fā)明涉及微生物纖維載體材料領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：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，是未來(lái)我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的四大高性能纖維之一，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)紡絲工藝制備而成的。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，而且，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。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(chē)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。玄武巖纖維具有的優(yōu)異耐水性、耐腐蝕性、生物親和性、綠色無(wú)污染特點(diǎn)符合水質(zhì)凈化領(lǐng)域?qū)d體材料性能的要求，因而玄武巖纖維作為微生物載體材料未來(lái)在水體凈化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景；現(xiàn)今，玄武巖纖維作為水質(zhì)凈化的載體材料在治理水體污染領(lǐng)域已進(jìn)行了大量的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，也取得了良好的應(yīng)用效果，對(duì)水體的凈化具有促進(jìn)作用，但由于玄武巖纖維表面光滑、表面能高，活性位點(diǎn)少，從而造成與微生物的機(jī)械聯(lián)鎖和化學(xué)鍵合能力差，微生物難以附著，因此，直接采用玄武巖纖維作為微生物水體凈化材料載體具有微生物負(fù)載量小、附著力弱、凈化效率低的缺點(diǎn)，不利于玄武巖纖維在水體凈化領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服由于玄武巖纖維表面能高、與微生物的化學(xué)鍵合能力差造成的直接采用玄武巖纖維作為微生物水體凈化材料載體具有微生物負(fù)載量小，附著力弱的缺點(diǎn)，提供一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料及其制備方法；本發(fā)明通過(guò)在玄武巖纖維中引入具有多化合價(jià)位、性能活潑、易與微生物鍵合的磷元素來(lái)增加玄武巖纖維表面的活性位點(diǎn)，降低表面能，使微生物更容易負(fù)載在玄武巖纖維上，附著力更強(qiáng)，微生物負(fù)載量更大，進(jìn)而提高以玄武巖纖維為載體的微生物凈化材料的凈化效率，促進(jìn)玄武巖纖維材料在水體凈化中的推廣應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料，包括以下重量份組分：95-99.9重量份的玄武巖、0.1-5.0重量份的磷酸鹽。一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料，通過(guò)在玄武巖纖維中添加磷酸鹽制備得到，利用磷元素具有多化合價(jià)位、性能活潑、能與較多基團(tuán)鍵接的特性，從而當(dāng)磷元素存在于玄武巖纖維表面時(shí)，玄武巖纖維的表面能降低，活性點(diǎn)位增加，且能與多種基團(tuán)進(jìn)行鍵接，因此，微生物在負(fù)載時(shí)能與磷原子鍵接，負(fù)載量增加，附著力增強(qiáng)，有利于玄武巖纖維在微生物水體凈化材料中的廣泛應(yīng)用。上述一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料，其中所述的玄武巖是指能用于制備玄武巖纖維的玄武巖礦石，其主要成分包括二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂等，還含有少量的氧化鉀、氧化鈉。上述一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料，其中所述的磷酸鹽包括磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸鈣、磷酸鐵、磷酸鋁、磷酸鎂中的一種或多種；所述磷酸鹽為復(fù)合玄武巖纖維載體材料提供磷元素，使磷原子能均勻的分散在玄武巖纖維的表面，從而能與微生物鍵接；磷酸鹽用量過(guò)大，會(huì)降低玄武巖的物化性能，不利于玄武巖纖維的應(yīng)用，磷酸鹽用量過(guò)小，玄武巖纖維表面磷原子數(shù)量少，活性點(diǎn)位少，微生物的負(fù)載量??；優(yōu)選的，所述磷酸鹽的用量為0.5-2重量份，通過(guò)優(yōu)選，復(fù)合玄武巖纖維載體材料在物化性能降低量少的情況下，負(fù)載量最大。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料的制備方法，包括以下步驟：（1）將玄武巖礦石與磷酸鹽進(jìn)行粉碎混合處理，得到混合粉體；（2）將步驟1得到混合粉體加熱，熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液進(jìn)行拉絲，得到復(fù)合玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的復(fù)合玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到復(fù)合玄武巖纖維載體材料。一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料的制備方法，通過(guò)將磷酸鹽與玄武巖礦石共混后制備得到復(fù)合玄武巖纖維，使磷原子能均勻的分散在玄武巖纖維的表面，從而使制備得到的復(fù)合玄武巖纖維具有活性點(diǎn)位多，負(fù)載量大，表面能低，附著力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、可靠，適合復(fù)合玄武巖纖維載體材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。上述一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料的制備方法，其中步驟1中所述的混合粉體粒徑為0.1-2mm，粒徑越小，加熱熔融時(shí)速度越快，耗能越低，但粉碎成本增加優(yōu)選的，所述玄武巖礦石粉體粒徑為0.5-1mm。上述一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料的制備方法，其中步驟2中所述的熔融溫度為1100-1500℃，溫度過(guò)低，熔融速度慢，耗時(shí)長(zhǎng)，耗能高，溫度過(guò)高，對(duì)設(shè)備要求高，設(shè)備成本增加；優(yōu)選的，所述熔融溫度為1200-1300℃。上述一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料的制備方法，其中步驟3中所述的拉絲的速度為1000-2000m/min，拉絲速度過(guò)快，拉伸張力過(guò)大，會(huì)造成纖維斷裂；拉絲速度過(guò)慢，得到的玄武巖纖維直徑較大，不利于玄武巖纖維的應(yīng)用。上述一種復(fù)合玄武巖纖維載體材料的制備方法，其中步驟3中所述的復(fù)合玄武巖纖維原絲直徑控制在3-20μm，原絲直徑過(guò)大，冷卻慢，造成纖維內(nèi)外應(yīng)力分布不僅，纖維缺陷大，不利于實(shí)際應(yīng)用，原絲直徑過(guò)小，拉絲工藝操作困難，容易斷裂；優(yōu)選的，所述的復(fù)合玄武巖纖維原絲直徑控制在5-10μm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明復(fù)合玄武巖纖維載體材料表面均勻分布有磷原子，具有活性點(diǎn)位多，微生物負(fù)載量大，表面能低，微生物附著力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。2、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、可靠，適合復(fù)合玄武巖纖維載體材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1（1）將98.0重量份的玄武巖礦石和2.0重量份的磷酸鈣進(jìn)行粉碎混合處理，得到粒徑為0.5mm的混合粉體；（2）將步驟1得到混合粉體加熱，在1200℃的溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在1500m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為10μm的復(fù)合玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的復(fù)合玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到復(fù)合玄武巖纖維載體材料。實(shí)施例2（1）將99.5重量份的玄武巖礦石和0.5重量份的磷酸鋁進(jìn)行粉碎混合處理，得到粒徑為1.0mm的混合粉體；（2）將步驟1得到混合粉體加熱，在1200℃的溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為5μm的復(fù)合玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的復(fù)合玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到復(fù)合玄武巖纖維載體材料。實(shí)施例3（1）將95.0重量份的玄武巖礦石和5.0重量份的磷酸鈉進(jìn)行粉碎混合處理，得到粒徑為0.1mm的混合粉體；（2）將步驟1得到混合粉體加熱，在1100℃的溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為5μm的復(fù)合玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的復(fù)合玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到復(fù)合玄武巖纖維載體材料。實(shí)施例4（1）將99.9重量份的玄武巖礦石和0.1重量份的磷酸鉀進(jìn)行粉碎混合處理，得到粒徑為2mm的混合粉體；（2）將步驟1得到混合粉體加熱，在1500℃的溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在1000m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為20μm的復(fù)合玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的復(fù)合玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到復(fù)合玄武巖纖維載體材料。對(duì)比例1（1）將玄武巖礦石進(jìn)行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1200℃的溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在1500m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為10μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維材料。對(duì)比例2（1）將94.0重量份的玄武巖礦石和6.0重量份的磷酸鈣進(jìn)行粉碎混合處理，得到粒徑為0.5mm的混合粉體；（2）將步驟1得到混合粉體加熱，在1200℃的溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在1500m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為10μm的復(fù)合玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的復(fù)合玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到復(fù)合玄武巖纖維載體材料。對(duì)比例3（1）將99.95重量份的玄武巖礦石和0.05重量份的磷酸鈣進(jìn)行粉碎混合處理，得到粒徑為0.5mm的混合粉體；（2）將步驟1得到混合粉體加熱，在1200℃的溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在1500m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為10μm的復(fù)合玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的復(fù)合玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到復(fù)合玄武巖纖維載體材料。將上述實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中所制備得到的玄武巖纖維材料分別進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率檢測(cè)，記錄檢測(cè)結(jié)果；將得到的玄武巖纖維進(jìn)行枯草芽孢桿菌的負(fù)載實(shí)驗(yàn)，負(fù)載時(shí)間為12h，對(duì)負(fù)載的玄武巖纖維上的枯草芽孢桿菌數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，記錄；記錄數(shù)據(jù)如下：編號(hào)拉伸強(qiáng)度（MPa）斷裂伸長(zhǎng)率（%）負(fù)載細(xì)菌個(gè)數(shù)（×109個(gè)/g）實(shí)施例136502.653實(shí)施例236902.851實(shí)施例336602.555實(shí)施例437502.750對(duì)比例138102.928對(duì)比例232802.157對(duì)比例337902.929對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，實(shí)施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案，得到的復(fù)合玄武巖纖維拉申強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率好，對(duì)細(xì)菌的負(fù)載量大；而對(duì)比例1中，沒(méi)有添加磷酸鈣，玄武巖纖維表面活性點(diǎn)位少，表面能大，微生物附著能力差，對(duì)微生物的負(fù)載量顯著降低；對(duì)比例2中沒(méi)有采用本發(fā)明中所保護(hù)的磷酸鹽用量，磷酸鈣用量過(guò)大，破壞了玄武巖纖維中原有各物質(zhì)之間的平衡關(guān)系，導(dǎo)致玄武巖纖維的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率顯著降低，而玄武巖纖維表面能鍵接的磷原子數(shù)量達(dá)到最大，微生物負(fù)載量達(dá)到最大，不再增加；對(duì)比例3中沒(méi)有采用本發(fā)明中所保護(hù)的磷酸鹽用量，磷酸鈣用量過(guò)小，磷原子都分散在了玄武巖纖維內(nèi)部，在玄武巖纖維表面的沒(méi)有分布或極少，從而活性點(diǎn)位沒(méi)有顯著增加，微生物的負(fù)載量也沒(méi)有顯著增加。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3