本發(fā)明涉及玄武巖纖維領域，具體涉及一種微生物載體專用玄武巖纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
：玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無機環(huán)保綠色高性能纖維材料，是未來我國重點發(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，無任何危害，因而是一種名副其實的綠色、環(huán)保材料。玄武巖連續(xù)纖維已在纖維增強復合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業(yè)、高溫過濾織物以及防護領域等多個方面得到了廣泛的應用。玄武巖纖維具有的優(yōu)異耐水性、耐腐蝕性、生物親和性、綠色無污染特點符合水質(zhì)凈化領域?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在水體凈化領域具有廣闊的應用前景；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域已進行了大量的應用實驗，也取得了良好的應用效果，對水體的凈化具有促進作用，但由于玄武巖纖維表面光滑、表面能高，活性位點少，從而造成與微生物的機械聯(lián)鎖和化學鍵合能力差，微生物難以附著，因此，采用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的玄武巖纖維作為微生物水體凈化材料載體具有微生物負載量小、附著力弱、凈化效率低的缺點，不利于玄武巖纖維在水體凈化領域的大規(guī)模應用。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服玄武巖纖維用于負載微生物具有負載量小，附著力弱的缺點，提供一種微生物載體專用玄武巖纖維及其制備方法；本發(fā)明利用采用特制的浸潤劑對生產(chǎn)過程中的玄武巖纖維原絲進行處理，使纖維表面形成大量活性位點和親水基團，從而得到具有大量能與微生物鍵合的活性位點和親水基團的玄武巖纖維，該玄武巖纖維對微生物的附著力更強，負載量更大。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種微生物載體專用玄武巖纖維的制備方法，包括以下步驟：（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液進行拉絲，得到玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲用浸潤劑進行浸潤改性處理；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤改性處理的原絲進行退解、并捻，得到微生物載體專用玄武巖纖維。上述一種微生物載體專用玄武巖纖維的制備方法，步驟4中所述浸潤劑包括以下重量份組分：40-60份的成膜劑、5-15份的偶聯(lián)劑、1-5份潤滑劑、10-20份的改性劑、30-50份的水；其中所述的改性劑包括可溶性磷酸鹽︰硝酸︰有機酸按質(zhì)量比1-3︰1-3︰2-4混合而成的混合溶液；所述改性劑組成能快速對玄武巖纖維表面活化，并接枝多種活性基團，使纖維表面形成大量活性位點和親水基團，從而增加纖維的微生物負載量和對微生物的附著力，使玄武巖纖維更適合作為微生物載體；優(yōu)選的，所述的改性劑包括可溶性磷酸鹽︰硝酸︰有機酸按質(zhì)量比2︰2︰3混合而成的混合溶液；其中所述的可溶性磷酸鹽為磷酸一銨、磷酸二銨、磷酸銨中的一種或多種；其中所述的有機酸為醋酸、酒石酸、草酸、檸檬酸中的一種或多種；其中所述的成膜劑為聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯和聚氨酯中的一種或多種；其中所述的偶聯(lián)劑為硅烷系偶聯(lián)劑；其中所述的潤滑劑為硬脂酸甲酯。一種微生物載體專用玄武巖纖維材料的制備方法，本發(fā)明利用浸潤劑對玄武巖纖維原絲快速進行改性處理，使纖維表面形成大量活性位點和親水基團，從而制備得到具有大量能與微生物鍵合的活性位點和親水基團的玄武巖纖維，該玄武巖纖維對微生物的附著力更強，負載量更大，更適用于微生物的負載；本發(fā)明方法簡單、可靠，適合微生物載體專用玄武巖纖維材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。上述一種微生物載體專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟1中所述的玄武巖礦石粉體粒徑為0.1-2mm，粒徑越小，加熱熔融時速度越快，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。上述一種微生物載體專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟2中所述的熔融溫度為1100-1500℃，溫度過低，熔融速度慢，耗時長，耗能高，溫度過高，對設備要求高，設備成本增加；優(yōu)選的，所述熔融溫度為1250-1350℃。上述一種微生物載體專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟3中所述的拉絲的速度為1500-3000m/min，拉絲速度過快，拉伸張力過大，會造成纖維斷裂；拉絲速度過慢，得到的玄武巖纖維直徑較大，不利于玄武巖纖維的應用。上述一種微生物載體專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟3中所述的玄武巖纖維原絲直徑控制在1-20μmm，原絲直徑過大，冷卻慢，造成纖維內(nèi)外應力分布不僅，纖維缺陷大，不利于實際應用，原絲直徑過小，拉絲工藝操作困難，容易斷裂；優(yōu)選的，所述的玄武巖纖維原絲直徑控制在5-10μm。上述一種微生物載體專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟4中所述的浸潤劑溫度控制在70-90℃，溫度越高，反應速度越快，處理效果越好，但溫度過高，表面處理程度控制困難，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；優(yōu)選的，所述的表面處理溫度控制在75-85℃。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，進一步的，本發(fā)明提供了一種微生物載體專用玄武巖纖維，所述微生物載體專用玄武巖纖維是通過上述制備方法制備得到的；通過上述制備方法制備的得到的微生物載體專用玄武巖纖維，具有微生物負載量大，微生物親和性好，微生物生長繁殖速度快的特點，能提高微生物負載凈化材料對水體的凈化效率，有利于玄武巖纖維在水體凈化領域的大規(guī)模利用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明方法利用浸潤劑對玄武巖纖維原絲進行快速改性處理，使纖維表面形成大量活性位點和親水基團，從而制備得到的玄武巖纖維具有微生物負載量大、微生物親和性好的優(yōu)點。2、本發(fā)明方法簡單、可靠，適合微生物載體專用玄武巖纖維的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。3、本發(fā)明微生物載體專用玄武巖纖維，具有微生物負載量大，微生物親和性好，微生物生長繁殖速度快的特點，能促進玄武巖纖維在水體凈化領域的應用。具體實施方式下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實施例1（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為75℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有磷酸一銨︰硝酸︰醋酸按質(zhì)量比2︰2︰3混合而成的改性劑、50重量份的聚乙烯醇、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯(lián)劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到微生物載體專用玄武巖纖維。實施例2（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為1.0mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1350℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2500m/min的速度下進行拉絲，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在溫度為85℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：10重量份含有磷酸二銨︰硝酸︰酒石酸按質(zhì)量比1︰3︰4混合而成的改性劑、60重量份的聚醋酸乙烯酯、40重量份的水、15重量份的硅烷偶聯(lián)劑和1重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到微生物載體專用玄武巖纖維。實施例3（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.1mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1100℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在3000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為1μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為70℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：20重量份含有磷酸銨︰硝酸︰草酸按質(zhì)量比3︰1︰2混合而成的改性劑、、40重量份的聚丙烯酸酯和聚氨酯、50重量份的水、5重量份的硅烷偶聯(lián)劑和5重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到微生物載體專用玄武巖纖維。實施例4（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為2mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1500℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在1500m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為20μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為90℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：10重量份含有磷酸一銨、磷酸二銨︰硝酸︰醋酸、檸檬酸按質(zhì)量比2︰3︰2混合而成的改性劑、40重量份的聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、30重量份的水、5重量份的硅烷偶聯(lián)劑和5重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到微生物載體專用玄武巖纖維。對比例1（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為75℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：50重量份的聚乙烯醇、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯(lián)劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對比例2（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為75℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有磷酸一銨︰硝酸︰醋酸按質(zhì)量比2︰4︰3混合而成的改性劑、50重量份的聚乙烯醇、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯(lián)劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對比例3（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為75℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有磷酸一銨︰硝酸︰醋酸按質(zhì)量比1︰2︰5混合而成的改性劑、50重量份的聚乙烯醇、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯(lián)劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到玄武巖纖維。將上述實施例1-4和對比例1-3中所制備得到的玄武巖纖維進行性能檢測，并分別進行枯草芽孢桿菌的負載實驗，負載時間為12h，對負載的玄武巖纖維上的枯草芽孢桿菌數(shù)量進行檢測，記錄；記錄數(shù)據(jù)如下：編號拉伸強度（MPa）斷裂伸長率（%）負載細菌個數(shù)（×109個/g）實施例134602.756實施例234502.555實施例334602.655實施例434502.754對比例134402.625對比例227801.853對比例333902.427對上述實驗數(shù)據(jù)分析可知，實施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案得到的玄武巖纖維拉申強度和斷裂伸長率好，與微生物親和性好，對細菌的負載量大；而對比例1中使用的浸潤劑為常規(guī)浸潤劑，制備得到的玄武巖纖維表面活性點位少和親水基團少，微生物附著能力差和親和性差，對微生物的負載量顯著降低；對比例2中使用的浸潤劑不是本發(fā)明中所保護的改性劑配比用量，硝酸用量過大，浸潤過程中浸潤劑對玄武巖纖維表面結(jié)構(gòu)造成破壞，導致玄武巖纖維的拉伸強度和斷裂伸長率顯著降低，而玄武巖纖維表面分布的活性位點和接枝的基團數(shù)量達到最大，微生物負載量達到最大，不再增加；對比例3中使用的浸潤劑不是本發(fā)明中所保護的改性劑組分配比用量，磷酸鹽用量過小，浸潤過程中浸潤劑不能對玄武巖纖維表面進行快速活化，即沒有對纖維表面改性，玄武巖纖維微生物負載量沒有增加。當前第1頁1 2 3