一種玄武巖纖維復合材料及其制備方法及用圖
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及玄武巖纖維復合材料領域，具體涉及一種玄武巖纖維復合材料及其制備方法及用途。
【背景技術】
[0002]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，玄武巖纖維的生產工藝產生的廢棄物少，對環(huán)境污染小，產品廢棄后可直接轉入生態(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。
[0003]玄武巖纖維作為水質凈化的載體材料在治理水體污染領域進行了大量應用實驗，主要是用于生物凈化材料的載體材料，玄武巖纖維具有的優(yōu)異耐水性、耐腐蝕性、生物親和性、綠色無污染的特點符合水質凈化領域對材料性能的要求，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，但玄武巖纖維具有比表面積小，表面光滑的特點，不利于微生物的負載，因而微生物負載量小。
[0004]多孔材料具有比表面積大的優(yōu)點，是載體材料的首選，多孔礦物材料可用于負載微生物，用于水體的凈化，負載量大，生物相容性好，但多孔礦物材料多為粉體材料，密度大，加入水體中會直接沉淀堆積在一起，嚴重影響微生物的生長，其負載的微生物利用率僅為50%，凈化效果并不理想。
[0005]中國專利公開號CN102887585A公開了一種水質凈化用玄武巖纖維載體表面改性的方法，該方法通過酸刻蝕使玄武巖纖維表面變得粗糙，有利于微生物在其表面附著和固定，但由于酸刻蝕的表面粗糙度不宜過大，否則會嚴重影響玄武巖纖維的力學性能，因而該方法得到的玄武巖纖維微生物負載量較小，為載體質量的8-12%，凈化效率提升空間有限。
[0006]中國專利公開號CN104176822A公開了一種水處理用玄武巖纖維載體，該方法在柱體內設置磁鐵，增加玄武巖纖維載體與微生物膜的結合致密性、微生物活性和氧的利用率，但該方法直接在表面光滑的玄武巖纖維上負載微生物，微生物負載量為載體質量的4-6%，存在微生物負載量小的缺點。
[0007]中國專利公開號CN104176822A公開了一種水體凈化用生物載體，該生物載體直接表面光滑的玄武巖纖維上負載微生物，微生物負載量為載體質量的4-6%，同樣存在微生物負載量小的缺點。
[0008]由上述可知，現(xiàn)今在水體凈化材料領域中，存在玄武巖纖維直接作為微生物載體材料用于水體凈化存在負載量小和多孔材料直接作為微生物載體材料用于水體凈化存在凈化效率低的缺陷。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)為了解決玄武巖纖維直接作為微生物載體材料用于水體凈化存在負載量小和多孔材料直接作為微生物載體材料用于水體凈化存在凈化效率低的缺陷，提出了一種玄武巖纖維復合材料及其制備方法及用途。
[0010]本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，提出了一種玄武巖纖維復合材料，該復合材料由玄武巖纖維芯材和表面包覆的多孔材料層組成，該玄武巖纖維復合材料將多孔材料包覆在玄武巖纖維表面，不僅利用多孔材料比表面積大、負載量大的優(yōu)點解決了玄武巖纖維負載量小的缺陷，而且將多孔材料分散固定在玄武巖纖維表面，微生物不易脫落，增加了多孔材料中負載微生物與水體的接觸面，減小了微生物之間的競爭壓力，氧氣和有機物的利用率提高，有利于微生物的繁殖和生長，微生物對水體中有機物的分解速率加快，提高了多孔材料中負載微生物對水體的凈化效率，解決了多孔材料直接作為微生物載體材料用于水體凈化存在凈化效率低的缺陷，因而，該復合材料具有微生物負載量是玄武巖纖維的2-5倍，微生物利用率大于90%，凈化效率比多孔材料負載微生物的凈化效率提高30-50%的優(yōu)點。
[0011]上述一種玄武巖纖維復合材料，其中所述的玄武巖纖維芯材是直徑為5_50μπι的玄武巖纖維;其中所述的多孔材料層厚度為2-10μπι。
[0012]上述一種玄武巖纖維復合材料，其中所述的多孔材料層為多孔氧化鋁與多孔陶瓷、硅藻土、沸石、活性炭中的一種或多種組成的混合物。
[0013]上述一種玄武巖纖維復合材料，是由以下重量份原材料制備而成的:玄武巖纖維40-80份，氫氧化招溶I父10-50份，多孔陶瓷0-20份，娃操土 0_20份，沸石0_20份，活性炭0_20份，醋酸溶液適量;其中所述的多孔陶瓷、硅藻土、沸石、活性炭粒徑< Iym;所述的醋酸溶液物質的量濃度為0.5-lmol/L。
[0014]上述一種玄武巖纖維復合材料的原材料中，氫氧化鋁溶膠不僅在煅燒時能形成多孔的活性氧化鋁，用于負載微生物，而且還具有粘結劑的功能，起到對多孔陶瓷、硅藻土、沸石、活性炭的粘結固定作用，過多的多孔陶瓷、硅藻土、沸石、活性炭顆粒會影響粘結的牢固性，容易脫落，影響玄武巖纖維復合材料的結構和性能；多種多孔材料的選擇，能適用于不同種類微生物的負載，有利于微生物的生長和提高對水體的凈化效率。
[0015]進一步的，本發(fā)明提出一種玄武巖纖維復合材料的制備方法，該方法是通過刻蝕、涂覆、燒結工藝得到一種玄武巖纖維復合材料，該制備方法具有生產成本低，生產工藝簡單，原材料易得，適合大規(guī)模工業(yè)化生產的優(yōu)點。
[0016]本發(fā)明一種玄武巖纖維復合材料的制備方法，其具體制備步驟如下:
1)將40-80重量份的玄武巖纖維浸入醋酸溶液中，在50-80°C的溫度下進行處理30-50min，取出后用清水進行沖洗，除去表面可能附著的醋酸溶液，然后晾干；
2)將0-20份重量份的多孔陶瓷，0-20份重量份的娃操土，0-20份重量份的沸石，0_20份重量份的活性炭加入到10-50重量份的氫氧化鋁溶膠中，并用行星式球磨機進行研磨混合10-20min得涂覆液；
3)在步驟I)得到玄武巖纖維上用步驟2)得到的涂覆液進行均勻涂覆，晾干后，反復涂覆1-4次，涂覆厚度為2-1 Ομπι;
4)將步驟3)得到的涂覆好的玄武巖纖維在500-800°C的溫度、氮氣氣氛中進行煅燒3-5h，取出得到一種玄武巖纖維復合材料。
[0017]上述一種玄武巖纖維復合材料的制備方法中，步驟I)通過醋酸溶液的刻蝕，使玄武巖纖維的表面粗糙，有利于溶膠材料的涂覆和附著。
[0018]上述一種玄武巖纖維復合材料的制備方法中，步驟4)中通過高溫煅燒，先使氫氧化鋁溶膠脫水形成氫氧化鋁凝膠，再使氫氧化鋁分解形成多孔的氧化鋁，并將其中混合的多孔材料固定、包裹附著在玄武巖纖維表面形成多孔材料層。
[0019]上述一種玄武巖纖維復合材料的制備方法中，步驟4)中在氮氣氣氛中煅燒能防止活性炭在高溫下氧化。
[0020]本發(fā)明一種玄武巖纖維復合材料的制備方法，將玄武巖纖維通過刻蝕、涂覆、燒結工藝得到一種玄武巖纖維復合材料。本發(fā)明方法先采用了酸刻蝕對玄武巖纖維進行處理，將光滑的表面處理成為粗糙的界面，使涂覆材料更容易涂覆在玄武巖纖維表面，不易脫落；再通過氫氧化鋁溶膠的粘結附著性，將多孔材料涂覆在玄武巖纖維表面;最后經過高溫煅燒，使氫氧化鋁分解形成多孔的氧化鋁涂層，不僅將多孔材料固定在玄武巖纖維表面，而且本身還具有多孔性，具有微生物負載功能，從而極大的增加了微生物的負載量，解決玄武巖纖維微生物負載量小的缺陷；同時，多孔材料分散固體在玄武巖纖維表面，微生物不易脫落，增加了多孔材料中負載微生物與水體的接觸面，減小了微生物之間的競爭壓力，氧氣和有機物的利用率提高，有利于微生物的繁殖和生長，微生物對水體中有機物的分解速率加快，提高了多孔材料中負載微生物對水體的凈化效率，解決了多孔材料直接作為微生物載體材料用于水體凈化存在凈化效率低的缺陷。本發(fā)明方法具有生產成本低，生產工藝簡單，原材料易得，適合大規(guī)模工業(yè)化生產的優(yōu)點；本發(fā)明制備得到的玄武巖纖維復合材料具有比表面積大、耐水性好、耐腐蝕性強、綠色無污染等特點。
[0021]本發(fā)明一種玄武巖纖維復合材料的用途，本發(fā)明玄武巖纖維復合材料具有的比表面積大、耐腐蝕、耐水、綠色無污染的特點，可作為載體材料，不僅能負載微生物用于水體凈化，而且同樣可負載各種催化劑，應用于空氣凈化、汽車尾氣凈化等相關領域，具有廣闊的市場應用前景。
[0022]本發(fā)明一種玄武巖纖維復合材料及其制備方法，其顯著的特點和有益效果在于:
1、本發(fā)明玄武巖纖維復合材料是在玄武巖纖維的表面涂覆包裹多孔材料，增大了比表面面積，微生物負載量是玄武巖纖維的微生物負載量的2-5倍。
[0023]2、本發(fā)明玄武巖纖維復合材料是將多孔材料分散在玄武巖纖維表面，微生物利用率大于90%，凈化效率比多孔材料負載微生物的凈化效率提高30-50%。
[0024]3、本發(fā)明通過酸刻蝕，使玄武巖纖維表面粗糙，使涂覆材料更容易涂覆在玄武巖纖維表面，不易脫落。
[0025]4、本發(fā)明生產成本低，生產工藝簡單，原材料易得，適合大規(guī)模工業(yè)化生產。
[0026]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
【具體實施方式】
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