CN106219768A

CN106219768A - 一种复合玄武岩纤维净化材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106219768A
Application number: CN201610823251.9A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Sichuan Li Long Yun Intellectual Property Operation Co Ltd
Current assignee: Sichuan Li Long Yun Intellectual Property Operation Co Ltd
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2016-12-14

Abstract

本发明公开了一种复合玄武岩纤维净化材料及其制备方法，本发明净化材料包括复合玄武岩纤维载体和负载在载体上的水体净化微生物，所述复合玄武岩纤维包括95.0‑99.9份的玄武岩和0.1‑5.0份的磷酸盐；本发明利用通过复合改性处理的具有表面活性位点多，表面能低，与微生物的键合能力更强的复合玄武岩纤维为载体，再通过在复合玄武岩纤维上负载微生物从而得到水体净化材料，该净化材料微生物负载量大，对水体的净化效率高，促进了玄武岩纤维水体净化材料的推广应用。

Description

一种复合玄武岩纤维净化材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水体净化材料领域，具体涉及一种复合玄武岩纤维净化材料及其制备方法。

背景技术

玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料，是未来我国重点发展的四大高性能纤维之一，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、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，通过纺丝工艺制备而成的。玄武岩连续纤维不仅稳定性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能，而且，玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。

玄武岩纤维具有的优异耐水性、耐腐蚀性、生物亲和性、绿色无污染特点符合水质净化领域对载体材料性能的要求，因而玄武岩纤维作为微生物载体材料未来在水体净化领域具有广阔的应用前景；现今，用普通玄武岩纤维作为载体制备得到的水体净化材料在治理水体污染领域已进行了大量的应用实验，也取得了良好的应用效果，对水体的净化具有积极作用，但由于普通玄武岩纤维表面光滑、表面能高，活性位点少，从而造成与微生物的机械联锁和化学键合能力差，微生物难以附着，因此，采用普通玄武岩纤维作为微生物载体制备得到的水体净化材料具有微生物负载量小、净化效率低的缺点，限制了玄武岩纤维水体净化材料在水体净化领域的大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中采用普通玄武岩纤维作为微生物载体制备得到的水体净化材料存在的微生物负载量小，净化效率低的缺陷，提供一种复合玄武岩纤维净化材料及其制备方法；本发明利用通过复合改性处理的具有表面活性位点多，表面能低，与微生物的键合能力更强的复合玄武岩纤维为载体，再通过在复合玄武岩纤维上负载微生物从而得到水体净化材料，该净化材料微生物负载量大，对水体的净化效率高，促进了玄武岩纤维水体净化材料的推广应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种复合玄武岩纤维净化材料，该净化材料包括复合玄武岩纤维载体和负载在载体上的水体净化微生物。

上述一种复合玄武岩纤维净化材料，其中所述的复合玄武岩纤维是包括95.0-99.9重量份的玄武岩和0.1-5.0重量份的磷酸盐复合而成的复合纤维；所述的玄武岩是指能用于制备玄武岩纤维的玄武岩矿石，其主要成分包括二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁等，还含有少量的氧化钾、氧化钠；所述的磷酸盐包括磷酸钠、磷酸钾、磷酸钙、磷酸铁、磷酸铝、磷酸镁中的一种或多种；所述磷酸盐中的磷原子能均匀的分散在复合玄武岩纤维的表面，从而能与微生物键接；优选的，所述的复合玄武岩纤维是包括98.0-99.5重量份的玄武岩和0.5-2.0重量份的磷酸盐复合而成的复合纤维。

一种复合玄武岩纤维净化材料，是一种以含有磷原子的具有表面活性位点多，表面能低，与微生物的键合能力更强的复合玄武岩纤维为载体，以及能净化水体的微生物组成的净化材料，该净化材料对微生物的负载量大，对水体的净化效率高，对促进玄武岩纤维在水体净化领域的应用具有积极作用。

上述一种复合玄武岩纤维净化材料，其中所述的水体净化微生物包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆菌、侧孢芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、光合细菌、多粘芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、土壤短芽孢杆菌的一种或多种。

上述一种复合玄武岩纤维净化材料，所述的复合玄武岩纤维直径为5-20μm，复合玄武岩纤维直径越小，单位质量复合玄武岩纤维的比表面积越大，能负载的微生物越多，净化效率越高，但复合玄武岩纤维直径过小，机械性能越差，寿命越短，成本越高。

为了实现上述发明目的，进一步的，本发明提供了一种复合玄武岩纤维净化材料的制备方法，包括以下步骤：

1、预处理：将复合玄武岩纤维在弱酸溶液中进行预处理；

2、负载：将经过预处理的玄武岩纤维用微生物进行负载处理得到玄武岩纤维水体净化材料。

一种复合玄武岩纤维净化材料的制备方法，先利用弱酸溶液对复合玄武岩纤维进行表面处理，提高复合玄武岩纤维表面的磷原子的活性，从而使微生物能更快速的与磷原子进行键合；再通过微生物的自我生长附着，使微生物与复合玄武岩纤维表面的磷原子键合，从而负载在符合玄武岩纤维上，形成具有生物净化功能的复合玄武岩纤维净化材料，该净化材料微生物负载量大，对水体的净化效率高；该制备方法简单、可靠，适合复合玄武岩纤维净化材料的大规模、工业化生产。

上述一种复合玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤1中所述的弱酸溶液为乙酸溶液、甲酸溶液、柠檬酸、酒石酸溶液中的一种或多种。

上述一种复合玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤1中所述的弱酸溶液的pH值为3-6，pH值太小，酸度太大，腐蚀性太强，对复合玄武岩纤维机械强度造成负面影响；pH值太大，酸度太小，对磷原子的活性激活效果太差。

上述一种复合玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤1中所述的预处理时间为1-5h，处理时间太长，处理过渡，纤维机械性能降低，处理时间过短，对磷原子的活化不足。

上述一种复合玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤2中所述的负载处理的方法包括：将经过预处理的复合玄武岩纤维浸入到生物溶液中，加入微生物后在间歇性超声波条件下进行浸染处理5-12h，取出晾干后得到复合玄武岩纤维净化材料。

上述一种复合玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤2中所述的生物溶液为生理盐水或微生物培养液中的一种；溶液的作用是保证微生物的活性。

上述一种复合玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤2中所述的间歇性超声波的频率为20-22KHz、功率为10-30W，工作时间为30-60s，间歇时间为30min；低频低功率超声波能促进微生物的新陈代谢，促使微生物分泌次级代谢产物，并与复合玄武岩纤维上的磷原子键合，使微生物更快、更均匀、更稳固的负载在复合玄武岩纤维表面；且被超声波处理后的微生物活性高，后期生长繁殖速度快，对水体的净化速度更快。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明净化材料选用含有磷原子的具有表面活性位点多，表面能低，与微生物的键合能力更强的复合玄武岩纤维为载体，从而使复合玄武岩纤维净化材料微生物负载量更大，净化效率更高。

2、本发明方法通过对复合玄武岩纤维用弱酸预处理和在间歇性超声波条件下进行微生物负载处理，使微生物在复合玄武岩纤维表面负载更快、更均匀、更稳固，有利于提高玄武岩纤维净化材料的净化效率。

3、本发明方法简单、可靠，适合复合玄武岩纤维净化材料的大规模、工业化生产。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

1、预处理：将直径为5μm的、包含有98.0份的玄武岩和2.0份的磷酸钙的复合玄武岩纤维在pH值为4的乙酸溶液中进行浸泡处理3h；

2、负载：将经过预处理的复合玄武岩纤维浸入到生理盐水中，加入枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆菌后在频率为20KHz、功率为15W，工作时间为40s，间歇时间为30min的间歇性超声波条件下进行浸染处理8h，取出晾干后得到复合玄武岩纤维净化材料。

实施例2

1、预处理：将直径为10μm的、包含有99.5份的玄武岩和0.5份的磷酸钠的复合玄武岩纤维在pH值为4的酒石酸溶液中进行浸泡处理2h；

2、负载：将经过预处理的玄武岩纤维浸入到微生物培养液中，加入地衣芽孢杆菌、纳豆菌后在频率为22KHz、功率为20W，工作时间为50s，间歇时间为30min的间歇性超声波条件下进行浸染处理10h，取出晾干后得到复合玄武岩纤维净化材料。

实施例3

1、预处理：将直径为15μm的、包含有99.9份的玄武岩和0.1份的磷酸钾的复合玄武岩纤维在pH值为6的柠檬酸溶液中进行浸泡处理5h；

2、负载：将经过预处理的玄武岩纤维浸入到微生物培养液中，加入光合细菌、侧孢芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌后在频率为22KHz、功率为10W，工作时间为60s，间歇时间为30min的间歇性超声波条件下进行浸染处理5h，取出晾干后得到复合玄武岩纤维净化材料。

实施例4

1、预处理：将直径为20μm的、包含有95.0份的玄武岩和5.0份的磷酸铁的复合玄武岩纤维在pH值为3的钾酸溶液中进行浸泡处理1h；

2、负载：将经过预处理的玄武岩纤维浸入到生理盐水中，加入多粘芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、土壤短芽孢杆菌后在频率为20KHz、功率为30W，工作时间为30s，间歇时间为30min的间歇性超声波条件下进行浸染处理12h，取出晾干后得到复合玄武岩纤维净化材料。

对比例1

1、预处理：将直径为5μm的普通玄武岩纤维在pH值为4的乙酸溶液中进行浸泡处理3h；

2、负载：将经过预处理的复合玄武岩纤维浸入到生理盐水中，加入枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆菌后在频率为20KHz、功率为15W，工作时间为40s，间歇时间为30min的间歇性超声波条件下进行浸染处理8h，取出晾干后得到玄武岩纤维净化材料。

对比例2

负载：将直径为5μm的、包含有98.0份的玄武岩和2.0份的磷酸钙的复合玄武岩纤维直接浸入到生理盐水中，加入枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆菌后在频率为20KHz、功率为15W，工作时间为40s，间歇时间为30min的间歇性超声波条件下进行浸染处理8h，取出晾干后得到复合玄武岩纤维净化材料。

对比例3

2、负载：将经过预处理的复合玄武岩纤维浸入到生理盐水中，加入枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆菌后进行浸染处理8h，取出晾干后得到复合玄武岩纤维净化材料。

将上述实施例1-4和对比例1-3中所制备得到的玄武岩纤维净化材料进行检测，记录检测结果；将上述玄武岩纤维净化材料分别进行水体净化实验，记录实验数据；记录数据如下：

编号	微生物负载量（×10⁹个/g）	10天后水体净化率（%）	20天后水体净化率（%）
				实施例1	63	54	88
实施例2	62	53	89
				实施例3	60	52	89
实施例4	61	53	87
				对比例1	21	24	65
对比例2	53	45	84
				对比例3	55	42	76

对上述实验数据分析可知，实施例1-4中采用本发明技术方案，得到的复合玄武岩纤维净化材料微生物负载量大，净化效率高；而对比例1中，没有对使用含有磷酸盐的复合玄武岩纤维，得到的玄武岩纤维净化材料中负载的微生物数量少，净化率显著降低；对比例2中没有对复合玄武岩纤维进行预处理，微生物负载速度慢，同样时间内微生物的负载量小，前期对水体的净化率低；对比例3中在微生物负载时没有采用间歇性超声波处理，微生物的负载速度慢，相同时间内负载的微生物数量少，微生物繁殖速度较慢，对水体的净化率低。

Claims

1.一种复合玄武岩纤维净化材料，其特征在于，包括复合玄武岩纤维载体和负载在载体上的水体净化微生物；所述复合玄武岩纤维包括95.0-99.9重量份的玄武岩和0.1-5.0重量份的磷酸盐。

2.根据权利要求1所述的净化材料，其特征在于，所述复合玄武岩纤维包括98.0-99.5重量份的玄武岩和0.5-2.0重量份的磷酸盐。

3.根据权利要求1-2任一项所述的净化材料，其特征在于，所述磷酸盐包括磷酸钠、磷酸钾、磷酸钙、磷酸铁、磷酸铝、磷酸镁中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的净化材料，其特征在于，所述复合玄武岩纤维直径为5-20μm。

5.根据权利要求1所述的净化材料，其特征在于，所述水体净化微生物包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆菌、侧孢芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、光合细菌、多粘芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、土壤短芽孢杆菌的一种或多种。

6.一种权利要求1所述复合玄武岩纤维净化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）预处理：将复合玄武岩纤维在弱酸溶液中进行预处理；

（2）负载：将经过预处理的玄武岩纤维用微生物进行负载处理得到玄武岩纤维水体净化材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1中所述弱酸溶液为乙酸溶液、甲酸溶液、柠檬酸、酒石酸溶液中的一种或多种；弱酸溶液pH值为3-6。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1中预处理时间为1-5h。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2中负载处理的方法包括：将经过预处理的复合玄武岩纤维浸入到生物溶液中，加入微生物后在间歇性超声波条件下进行浸染处理5-12h，取出晾干后得到复合玄武岩纤维净化材料。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述的间歇性超声波的频率为20-22KHz、功率为10-30W，工作时间为30-60s，间歇时间为30min。