CN106400475A

CN106400475A - 一种玄武岩纤维净化材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106400475A
Application number: CN201610823366.8A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Sichuan Li Long Yun Intellectual Property Operation Co Ltd
Current assignee: Beijing Continuous Basalt Fiber Technology Co ltd
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2036-09-14
Also published as: CN106400475B

Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维净化材料及其制备方法，本发明先利用高能射线和改性剂对玄武岩纤维表面进行预处理，得到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改性玄武岩纤维，再通过在改性玄武岩纤维上负载微生物从而得到水体净化材料，通过该方法制备得到的水体净化材料微生物负载量大，对水体的净化效率高，促进了玄武岩纤维净化材料的推广应用。

Description

一种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，直接采用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直接采用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，提供一种玄武岩纤维净化材料及其制备方法；本发明先利用高能射线和改性剂对玄武岩纤维表面进行预处理，得到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改性玄武岩纤维，再通过在改性玄武岩纤维上负载微生物从而得到水体净化材料，通过该方法制备得到的水体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：将玄武岩纤维在改性剂中用高能射线进行表面处理；

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净化材料。

一种玄武岩纤维净化材料的制备方法，先利用高能射线和改性剂对玄武岩纤维进行表面处理，从而引发玄武岩纤维表面的部分化学键断裂，形成新的能与微生物键合的活性位点，并将改性剂中的亲水基团接枝在玄武岩纤维表面，使玄武岩纤维的生物亲和性更好；再通过微生物的自我生长附着，使微生物与玄武岩纤维表面的活性位点和亲水基团键合，从而负载在玄武岩纤维上，形成具有生物净化功能的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，适合玄武岩纤维净化材料的大规模、工业化生产。

上述一种玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤1中所述的玄武岩纤维直径为1-50μm，玄武岩纤维直径越小，单位质量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，但玄武岩纤维直径过小，机械性能越差，寿命越短，成本越高。

上述一种玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤1中所述的改性剂为乙醇溶液、乙酸溶液、甲酸溶液、柠檬酸、酒石酸溶液中的一种或多种。

上述一种玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤1中所述的高能射线为紫外线、电子束、X射线中的一种，能引发玄武岩纤维表面的化学键断裂，能形成新的活性位点。

上述一种玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤1中所述的表面处理过程中，玄武岩纤维接受的高能射线当量剂量为0.01Sv-50Sv，接受的当量剂量越大，对玄武岩纤维表面的处理程度越大，活性位点越多，但玄武岩纤维物化性能降低越大，使用寿命大大缩短；优选的，玄武岩纤维接受的高能射线当量剂量为0.1Sv-10Sv。

上述一种玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤1中所述的表面处理时温度控制在60-100℃，温度越高，反应速度越快，处理效果越好，但温度过高，表面处理程度控制困难，表面处理效果不稳定；优选的，所述的表面处理温度控制在70-80℃。

上述一种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，取出晾干后得到玄武岩纤维净化材料。

上述一种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。

上述一种玄武岩纤维净化材料的制备方法，其中步骤2中所述的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，并与玄武岩纤维上的活性位点和亲水基团键合，使微生物更快、更均匀、更稳固的负载在玄武岩纤维表面；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。

为了实现上述发明目的，进一步的，本发明提供了玄武岩纤维净化材料，所述玄武岩纤维净化材料是通过上述制备方法制备得到的；通过上述制备方法制备的得到的玄武岩纤维净化材料，具有微生物负载量大，不易脱落，微生物生长繁殖速度快，水体净化效率高的特点，有利于玄武岩纤维净化材料在水体净化领域的大规模利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明方法通过高能射线和改性剂对玄武岩纤维进行表面处理，使玄武岩纤维表面活性位点更多，亲水基团更多，从而使玄武岩纤维净化材料微生物负载量更大，净化效率更高。

2、本发明方法通过在间歇性超声波条件下进行微生物负载处理，使微生物在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：将玄武岩纤维在温度为70℃的乙醇溶液中用紫外线进行表面处理，玄武岩纤维接受的紫外线当量剂量控制在0.1Sv；

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。

实施例2

1、预处理：将玄武岩纤维在温度为80℃的乙酸溶液中用紫外线进行表面处理，玄武岩纤维接受的紫外线当量剂量控制在10Sv；

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，取出晾干后得到玄武岩纤维净化材料。

实施例3

1、预处理：将玄武岩纤维在温度为60℃的酒石酸溶液中用X射线进行表面处理，玄武岩纤维接受的紫外线当量剂量控制在0.01Sv；

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，取出晾干后得到玄武岩纤维净化材料。

实施例4

1、预处理：将玄武岩纤维在温度为100℃的柠檬酸溶液中用高能电子束进行表面处理，玄武岩纤维接受的紫外线当量剂量控制在50Sv；

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，取出晾干后得到玄武岩纤维净化材料。

对比例1

将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

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，取出晾干后得到玄武岩纤维净化材料。

对比例3

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的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。

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	76	57	87
实施例2	72	56	88
				实施例3	78	55	89
实施例4	74	57	86
				对比例1	23	34	65
对比例2	48	48	66
				对比例3	12	15	39

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，没有对玄武岩纤维进行预处理，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中在微生物负载时没有采用超声波处理，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，超声波长期工作造成微生物的死亡，影响了微生物的正常生长繁殖，从而造成微生物负载量低，在水体中生长繁殖慢，对水体的净化率很低。

Claims

1.一种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：将玄武岩纤维在改性剂中用高能射线进行表面处理；

（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净化材料；

所述改性剂为乙醇溶液、乙酸溶液、甲酸溶液、柠檬酸、酒石酸溶液中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中所述玄武岩纤维直径为1-50μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的高能射线为紫外线、电子束、X射线中的一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中表面处理过程中，玄武岩纤维接受的高能射线当量剂量为0.01Sv-50Sv。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中表面处理时温度控制在60-100℃。

6.根据权利要求1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，取出晾干后得到玄武岩纤维净化材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述生物溶液为生理盐水或微生物培养液中的一种。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述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。

9.根据权利要求6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。

10.一种玄武岩纤维净化材料，其特征在于，是通过权利要求1-9任一项所述制备方法制备得到的。