本發(fā)明屬于非織造過濾材料制造的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用作高含污泥處理的羽毛非織造復(fù)合針刺過濾材料及其備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展，我國城市地面水污染普遍嚴(yán)重，并呈進(jìn)一步惡化的趨勢，同時由于我國淡水資源十分有限，生產(chǎn)和生活用水日趨緊張，污水問題亟待解決。在中水處理工藝中，混凝法較生物法具有占地少、無二次污染的優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用。但是過濾所需的流速大，水頭損失大，濾池需經(jīng)常沖洗，所需能耗大，排放廢水量大，限制了中水處理的發(fā)展。因此，尋找低能耗的過濾介質(zhì)將是未來中水處理行業(yè)的必然趨勢。
針刺非織造布是工業(yè)中常見的一種過濾介質(zhì)，不但可以應(yīng)用在空氣過濾領(lǐng)域，還可以應(yīng)用在液體過濾領(lǐng)域，具有優(yōu)異的過濾精度，水頭損失小。這種過濾材料可以做成普通的過濾器，在水流較急同時又有很多顆粒狀污染物的情況下應(yīng)用，同時也可以在深度過濾中做初級過濾用。應(yīng)用在污水過濾、凈化方面，節(jié)省傳統(tǒng)污水治理方法的費(fèi)用，以利于污水資源化。
劉蓮、俞鎮(zhèn)慌等人在其發(fā)表的《羽毛非織造液相過濾材料的工藝技術(shù)及其性能研究》一文中，將羽毛纖維和熱熔纖維混合，采用氣流成網(wǎng)技術(shù)路徑、針刺纏結(jié)和熱粘合復(fù)合加固技術(shù)，制備羽毛非織造材料，該非織造材料對可以吸附Ca2+、Mg2+離子，利用其作過濾凈化材料即可過濾顆粒雜質(zhì)，還可以去除掉廢水中的重金屬離子和染料分子。但是該文章中直接使用沒有經(jīng)過處理的羽毛，其熱穩(wěn)定性差，與混入的低熔點熱熔纖維的軟化點的溫差較小，在熱熔固化處理時羽毛纖維容易發(fā)生分解，使其吸附性能減弱，作為過濾材料其過濾效果不甚理想。
因此，本發(fā)明使用甲基丙烯酸酯接枝改性羽毛纖維，提高非織造材料的其熱穩(wěn)定性、拉伸性能，另外利用紫外光接枝將羥基磷灰石負(fù)載在改性處理后的羽毛纖維上，提高過濾材料對廢水中重金屬離子的吸附，具有良好的過濾性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用作高含污泥處理的羽毛非織造復(fù)合針刺過濾材料及其制備方法，具有良好的物理化學(xué)性能、過濾性能，可以吸附污水中重金屬、染料和有機(jī)溶劑等有害物質(zhì)。
一種用作高含污泥處理的羽毛非織造復(fù)合針刺過濾材料，由以下重量份的原料組成：羽毛纖維50-70份，聚酯纖維20-30份，甲基丙烯酸酯24-35份，過硫酸鉀2-6份，亞硫酸氫鈉3-6份，2%對苯二酚溶液2-7份，去離子水適量，乙醇適量，醋酸緩沖液適量，KH-570 2-4份，羥基磷灰石粉末14-25份，N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺0.5-1份，乳化劑0.5-1份，光引發(fā)劑TPO 0.8-2份，氧化石墨烯2-7份，殼聚糖1-4份，縮水甘油三甲基氯化銨0.5-1份，40%氫氧化鈉溶液適量。
具體步驟如下：
（1）甲基丙烯酸酯接枝羽毛纖維的制備：
將羽毛纖維在去離子水中浸潤3-6小時，轉(zhuǎn)移到四頸燒瓶中，滴加稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至4.5-6.5，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，添加甲基丙烯酸酯、過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉，控制溫度在50-80℃反應(yīng)1-3小時，之后滴加2%對苯二酚溶液終止反應(yīng)，收集接枝后的羽毛纖維，用去離子水水洗2-4次，在95-110℃干燥10-14小時至恒重，即得甲基丙烯酸酯接枝羽毛纖維；
（2）羥基磷灰石接枝羽毛纖維的制備：
①、改性羥基磷灰石的制備：
以9/1的體積比配置乙醇/水混合溶液，滴加醋酸緩沖液調(diào)節(jié)pH至3.5-4.5，加入KH-570，室溫水解20-50分鐘，加入羥基磷灰石粉末，超聲分散后置于水浴中，在60-75℃攪拌反應(yīng)50-70分鐘，升溫至75-85℃將溶劑蒸干后，依次使用乙醇和水多次抽洗，干燥、冷卻后，即得KH-570改性羥基磷灰石；
②、將改性羥基磷灰石加入到去離子水、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、乳化劑的混合液中，采用超聲波分散10-30分鐘，加入光引發(fā)劑TPO，然后將步驟（1）得到的甲基丙烯酸酯接枝羽毛纖維浸軋混合液中，取出后快速放入UV輻射裝置中進(jìn)行紫外光接枝，輻照后洗滌烘干，即得羥基磷灰石接枝羽毛纖維；
（3）制氈：
①、將聚酯纖維、羽毛纖維混合開松處理后，將梳理機(jī)和鋪網(wǎng)機(jī)接地放電，在溫度為15-30℃，濕度為60-90％條件下，將混合纖維喂入梳理機(jī)中，然后鋪網(wǎng)機(jī)鋪網(wǎng)，形成混合纖網(wǎng)，，并控制纖網(wǎng)的克重在200-500g/m2；
②、將上述混合纖網(wǎng)引入針刺機(jī)進(jìn)行預(yù)針刺，針刺密度為200-500針/cm2；形成具有一定強(qiáng)力和密度的素氈，然后進(jìn)行主針刺，針刺深度控制在6-12mm，針刺密度控制在500-1000針/cm2；
（4）對上述針刺處理后的纖網(wǎng)進(jìn)行熱定型加固處理，制得復(fù)合針刺氈，待用；
（5）氧化石墨烯/殼聚糖插層復(fù)合材料的制備：
①、向反應(yīng)器內(nèi)依次加入40%氫氧化鈉溶液、縮水甘油三甲基氯化銨，加熱至50-65℃反應(yīng)3-5小時，得到改性殼聚糖，用醋酸緩沖液調(diào)節(jié)pH到6.5-8.0，并控制殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%；
②、將氧化石墨烯分散液與殼聚糖溶液混合，用功率為600W的超聲波處理2-3小時，得到氧化石墨烯/殼聚糖插層復(fù)合材料，控制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.8%；
（6）將步驟（5）得到的氧化石墨烯/殼聚糖插層復(fù)合材料均勻涂布在步驟（3）制備的復(fù)合針刺氈表面上，經(jīng)過120-150℃預(yù)烘3-6分鐘，170-220℃烘焙5-10分鐘，制得所需針刺過濾材料。
其中，所述的熱定型加固處理的溫度在150-190℃，熱定型的時間5-15分鐘。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
（1）本發(fā)明使用甲基丙烯酸酯接枝改性后的羽毛纖維熱分解溫度高達(dá)300℃以上，具有更高的熱穩(wěn)定性，與聚酯纖維混合，在加工非織造布時，纖網(wǎng)通過熱定型加固處理時聚酯纖維在纖維交叉點上形成熔融粘合，冷卻后，羽毛纖維仍保持原有的吸附性能，纏繞、穿插在聚酯纖維中，制造的非織造復(fù)合針刺過濾材料具有良好的拉伸強(qiáng)力、撕裂強(qiáng)力，具有良好的過濾材性能。
（2）羥基磷灰石具有超大的比表面積及其特殊的晶體結(jié)構(gòu)，使其對大多數(shù)重金屬離子和有機(jī)污染物都具有良好的吸附固定作用，本發(fā)明以羽毛纖維上接枝的甲基丙烯酸酯作為單體，促進(jìn)羽毛纖維大分子自由基與改性羥基磷灰石中雙鍵的反應(yīng)，將改性羥基磷灰石通過紫外光接枝負(fù)載在接枝改性的羽毛纖維上，與羽毛纖維復(fù)配作為重金屬離子吸附劑，可以吸附污水中重金屬、染料和有機(jī)溶劑等有害物質(zhì)，且羥基磷灰石具有良好的生物相容性，使用時不會帶來二次污染。
（3）本發(fā)明制備了季銨化殼聚糖與氧化石墨烯形成插層聚合物，利用氧化石墨烯超大比表面以及納米粒子片層強(qiáng)烈的吸附作用，使得污泥中各種固體物質(zhì)形成緊密的結(jié)合，減少了對水的作用，使其容易游離分離出來從而降低污泥含水量。
具體實施方式
一種用作高含污泥處理的羽毛非織造復(fù)合針刺過濾材料，由以下重量份的原料組成：羽毛纖維66，聚酯纖維25，甲基丙烯酸酯27，過硫酸鉀3，亞硫酸氫鈉4，2%對苯二酚溶液5，去離子水適量，乙醇適量，醋酸緩沖液適量，KH-570 3，羥基磷灰石粉末20，N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺1，乳化劑0.8，光引發(fā)劑TPO 1.8，氧化石墨烯6，殼聚糖3，縮水甘油三甲基氯化銨0.7，40%氫氧化鈉溶液適量。
具體步驟如下：
（1）甲基丙烯酸酯接枝羽毛纖維的制備：
將羽毛纖維在去離子水中浸潤5小時，轉(zhuǎn)移到四頸燒瓶中，滴加醋酸緩沖液調(diào)節(jié)pH至5，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，添加甲基丙烯酸酯、過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉，控制溫度在70℃反應(yīng)2小時，之后滴加2%對苯二酚溶液終止反應(yīng)，收集接枝后的羽毛纖維，用去離子水水洗3次，在97℃干燥12小時至恒重，即得甲基丙烯酸酯接枝羽毛纖維；
（2）羥基磷灰石接枝羽毛纖維的制備：
①、改性羥基磷灰石的制備：
以9/1的體積比配置乙醇/水混合溶液，滴加醋酸緩沖液調(diào)節(jié)pH至4，加入KH-570，室溫水解30分鐘，加入羥基磷灰石粉末，超聲分散后置于水浴中，在70℃攪拌反應(yīng)60分鐘，升溫至85℃將溶劑蒸干后，依次使用乙醇和水多次抽洗，干燥、冷卻后，即得KH-570改性羥基磷灰石；
②、將改性羥基磷灰石加入到去離子水、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、乳化劑的混合液中，采用超聲波分散20分鐘，加入光引發(fā)劑TPO，然后將步驟（1）得到的甲基丙烯酸酯接枝羽毛纖維浸軋混合液中，取出后快速放入UV輻射裝置中進(jìn)行紫外光接枝，輻照后洗滌烘干，即得羥基磷灰石接枝羽毛纖維；
（3）制氈：
①、將聚酯纖維、羽毛纖維混合開松處理后，將梳理機(jī)和鋪網(wǎng)機(jī)接地放電，在溫度為25℃，濕度為75%條件下，將混合纖維喂入梳理機(jī)中，然后鋪網(wǎng)機(jī)鋪網(wǎng)，形成混合纖網(wǎng)，，并控制纖網(wǎng)的克重在300g/m2；
②、將上述混合纖網(wǎng)引入針刺機(jī)進(jìn)行預(yù)針刺，針刺密度為300針/cm2；形成具有一定強(qiáng)力和密度的素氈，然后進(jìn)行主針刺，針刺深度控制在10mm，針刺密度控制在800針/cm2；
（4）對上述針刺處理后的纖網(wǎng)進(jìn)行熱定型加固處理，制得復(fù)合針刺氈，待用；
（5）氧化石墨烯/殼聚糖插層復(fù)合材料的制備：
①、向反應(yīng)器內(nèi)依次加入40%氫氧化鈉溶液、縮水甘油三甲基氯化銨，加熱至60℃反應(yīng)4小時，得到改性殼聚糖，用醋酸緩沖液調(diào)節(jié)pH到7.0，并控制殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%；
②、將氧化石墨烯分散液與殼聚糖溶液混合，用功率為600W的超聲波處理3小時，得到氧化石墨烯/殼聚糖插層復(fù)合材料，控制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.8%；
（6）將步驟（5）得到的氧化石墨烯/殼聚糖插層復(fù)合材料均勻涂布在步驟（3）制備的復(fù)合針刺氈表面上，經(jīng)過130℃預(yù)烘5分鐘，190℃烘焙8分鐘，制得所需針刺過濾材料。
其中，所述的熱定型加固處理的溫度在170℃，熱定型的時間10分鐘。
性能測試結(jié)果：
拉伸強(qiáng)力：94.53cN；斷裂強(qiáng)力：9.5N。
孔隙率：97.18%；平均孔徑：44.31um；透氣量：395.13L/m2·s。