CN108823670A - 一种硅藻土纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅藻土纤维及其制备方法，属于复合材料领域。一种硅藻土纤维的制备方法，是将硅藻土、球磨介质和去离子水按1:6～9:4～7的比例进行混合，加入分散剂，球磨4～12h，静置3～8h后取上层清液，将清液再静置9～14h，对下层沉积的硅藻土进行干燥，研磨得超细化硅藻土颗粒；将超细化硅藻土颗粒与浓度为10％～15％的聚乙烯醇溶液按质量比为0.5～3:3混合，30～50℃下搅拌均匀后超声处理15～30min，降至常温后得纺丝液，利用该纺丝液进行静电纺丝。本发明所述硅藻土纤维的制备方法操作简单，原料价格低廉，反应条件温和，绿色友好，经济性好。

Description

一种硅藻土纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种硅藻土纤维及其制备方法，属于复合材料领域。
背景技术
硅藻土是一种具有天然微孔结构的非金属矿物，自身具有许多天然的小孔，而且滤层中存在的不规则孔道较长，几乎分布于整个滤饼层。这将有利于形成高度渗透性的过滤层，能够截留0.1-1μm大小杂质微粒，使滤液达到高度洁净，从而提高过滤的质量，所以硅藻土是一种理想的过滤介质。
近些年，有关硅藻土纤维制备代表性的专利有：“一种硅藻土纤维的制备方法”，主要应用于室内吸附领域，生产方法采用两步法，第一步首先制备出硅藻土纳米粉体，第二步硅藻土纳米粉体和聚合物进行熔融纺丝。熔融纺丝法制备的工艺复杂，导致成本增加，而且得到的纤维很难达到纳米级；“一种硅藻土复合吸附剂的制备方法”，主要应用于吸附领域方面，其生产方法是将硅藻土粉碎，在闪烧改性后的硅藻土中加入发泡剂，在高速混合机中混合后添加壳聚糖溶液，用造粒机进行造粒，将所得造粒在烘箱中加热发泡，制得成品。该发明的生产工艺复杂，而且硅藻土进行烧结后，硅藻土中的孔结构的塌陷，导致其比表面积降低，会降低硅藻土的吸附效率，而且颗粒状的吸附成品，在一定程度上会限制其应用领域；“硅藻土复合微滤膜”应用于环保领域，主要是由木纤维、棉纤维、硅藻土和特种吸附材料组成。这种方法制备微滤的膜中介质易流失，容易污染滤液，同时其利用率也会降低。
发明内容
本发明是针对目前制备硅藻土纤维的方法工艺复杂、硅藻土介质易流失存在的问题，提供一种基于静电纺丝技术制备硅藻土纤维方法，本发明使用廉价原料硅藻土与聚合物进行混合，可通过静电纺丝技术制备出的硅藻土纤维。该方法制备工艺简单、原料价格低廉、所得的纤维中硅藻土介质不易流失等优点，制备的硅藻土纤维将会在过滤吸附方面有着广泛的应用。
一种硅藻土纤维的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)超细化硅藻土颗粒制备：将硅藻土、球磨介质和去离子水按质量比为1:6～9:4～7进行混合，加入分散剂，球磨4～12h，静置3～8h后取上层清液，将清液再静置9～14h，对下层沉积的硅藻土进行干燥，研磨得超细化硅藻土颗粒；
2)硅藻土纤维的制备：将超细化硅藻土颗粒与浓度为10％～15％的聚乙烯醇溶液按质量比为0.5～3:3混合，30～50℃下搅拌均匀后超声处理15～30min，降至常温后得纺丝液，利用该纺丝液进行静电纺丝。
上述技术方案中，所述硅藻土是将天然开采的硅藻土于500～800℃煅烧0.5～2h后获得的硅藻土。
上述技术方案中，所述球磨技术于现有技术公开的球磨机中进行，优选地，所述球磨优选在行星式机械球磨机中进行。
上述技术方案中，所述球磨介质优选为刚玉球。
上述技术方案中，所述球磨时间为4h～12h，进一步，优选球磨时间为6h。
进一步地，优选在转速300～350r/min下进行球磨。
上述技术方案中，优选将球磨所得混合物静置6h后取上层清液，将清液再静置12h，对下层沉积的硅藻土进行干燥，研磨得超细化硅藻土颗粒。
上述技术方案中，所述干燥优选在80℃烘箱中干燥2～4h。
上述技术方案中，优选聚乙烯醇的相对分子量为67000。
本发明所述硅藻土纤维的制备方法中，优选所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或六偏磷酸钠中的一种。
本发明所述硅藻土纤维的制备方法中，所述分散剂的质量为硅藻土质量的5％～15％。
最优选地，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，其质量为硅藻土质量的10％。
本发明所述硅藻土纤维的制备方法中，所述步骤1)所得超细化硅藻土颗粒的粒径不超过900nm，优选为200～900nm。
本发明所述硅藻土纤维的制备方法中，优选所述步骤2)中，所述静电纺丝的工艺参数为：电压为15kv～17kv，推进速度为4mm/h～8mm/h，接收距离为8cm～12cm，温度为25℃～35℃，湿度为30％～40％。
本发明所述硅藻土纤维的制备方法中，优选所述浓度为10％～15％的聚乙烯醇溶液按下述方法配置：将聚乙烯醇和去离子水在85～90℃下加热2h，配置质量分数为10％～15％的聚乙烯醇溶液，超声处理20min，既得。
本发明的另一目的提供由上述方法制得的硅藻土纤维，所述硅藻土纤维中的硅藻土以半裸或包埋的方式固定在聚乙烯醇纤维丝中，其中，所述聚乙烯醇纤维丝的直径为200nm～400nm，所述超细化硅藻土颗粒占硅藻土纤维质量的14.3％～48.5％。
本发明所形成的硅藻土纤维整体为丝状纤维中具有无规则，不连续存在的超细化硅藻土颗粒，在硅藻土不存在的部分为聚乙烯醇纤维，该部分的纤维直径为200nm～400nm；在硅藻土纤维中的硅藻土一部分全部包埋在聚乙烯醇纤维中，一部分半包埋在聚乙烯醇纤维中，在超细化硅藻土颗粒存在的部分形成整体丝状纤维中的结节，结节的大小与超细化硅藻土颗粒的大小和包埋形式有关。
本发明的有益效果为：本发明所述硅藻土纤维的制备方法操作简单，原料价格低廉，反应条件温和，绿色友好，经济性好。利用该方法制得的硅藻土纤维具有硅藻土介质不易流失的优点，有望用于过滤、吸附方面，应用前景广阔。
附图说明
图1为所得硅藻土纤维的SEM图；
图2为实施例4所得硅藻土纤维与硅藻土、聚乙烯醇纤维对罗丹明B的吸附效率图的比较。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中所用硅藻土是将天然开采的硅藻土于800℃煅烧0.5h后获得的硅藻土。
下述实施例中所用聚乙烯醇的相对分子量为67000。
下述实施例中所述球磨在行星式机械球磨机中进行，所述球磨介质为刚玉球。
实施例1
(1)硅藻土颗粒的超细化的制备
将硅藻土、球磨介质和去离子水按质量比为1：7：5进行混合，添加硅藻土质量10％的聚乙烯吡咯烷酮分散剂，然后放入球磨机中以300r/min球磨6h，静置6h后取上层清液，将清液再静置12h，对下层沉积的硅藻土进行干燥，研磨得超细化硅藻土颗粒，所得超细化硅藻土颗粒的粒径为200nm～900nm；
(2)硅藻土纤维的制备
将聚乙烯醇和去离子水在85～90℃下加热2h，配置质量分数为15％的溶液，超声处理20min，将0.5g超细化硅藻土颗粒加入3g配置好的聚乙烯醇溶液中，磁力搅拌1h，超声处理20min后，让悬浮液降至常温后进行静电纺丝，其中静电纺丝工艺参数为：电压为15kv，推进速度为6mm/h，接收距离为10cm，温度为28℃，湿度为35％。
将所得硅藻土纤维在400℃下焙烧1h后，进行称重，该焙烧条件下，聚乙烯醇分解，焙烧残余物为超细化硅藻土颗粒，称重，计算，所得硅藻土纤维中超细化硅藻土颗粒占硅藻土纤维质量的14.3％，在硅藻土不存在的部分为聚乙烯醇纤维，该部分的纤维直径为200～400nm，硅藻土以半裸式或包埋式和纤维进行结合，保证在过滤的过程不易流失，而且硅藻土纤维相比单独的硅藻土对罗丹明B染料吸附效率高出14.3％。
实施例2
(1)硅藻土颗粒的超细化的制备
将硅藻土、球磨介质和去离子水按质量比为1：7：5进行混合，添加硅藻土质量10％的聚乙烯吡咯烷酮分散剂，然后放入球磨机中以300r/min球磨6h，静置6h后取上层清液，将清液再静置12h，对下层沉积的硅藻土进行干燥，研磨得超细化硅藻土颗粒，所得超细化硅藻土颗粒的粒径为200nm～900nm；
(2)硅藻土纤维的制备
将聚乙烯醇和去离子水在85～90℃下加热2h，配置质量分数为15％的溶液，超声处理20min，将1g超细化硅藻土颗粒加入3g配置好的聚乙烯醇溶液中，磁力搅拌1h，超声处理20min后，让悬浮液降至常温后进行静电纺丝，其中静电纺丝的工艺参数为：电压为15.96kv，推进速度为6mm/h，接收距离为12cm，温度为33℃，湿度为30％。
将所得硅藻土纤维在400℃下焙烧1h后，进行称重，该焙烧条件下，聚乙烯醇分解，焙烧残余物为超细化硅藻土颗粒，称重，计算，所得硅藻土纤维中超细化硅藻土颗粒占硅藻土纤维质量的25％，在硅藻土不存在的部分为聚乙烯醇纤维，该部分的纤维直径为200～400nm，硅藻土以半裸式或包埋式和纤维进行结合，保证在过滤的过程不易流失，而且硅藻土纤维相比单独的硅藻土对罗丹明B染料吸附效率高出26.4％。
实施例3
(1)硅藻土颗粒的超细化制备
将硅藻土、球磨介质和去离子水按质量比为1：7：5进行混合，添加硅藻土质量10％的聚乙烯吡咯烷酮分散剂，然后放入球磨机中以300r/min球磨6h，静置6h后取上层清液，将清液再静置12h，对下层沉积的硅藻土进行干燥，研磨得超细化硅藻土颗粒，所得超细化硅藻土颗粒的粒径为200nm～900nm；
(2)硅藻土纤维的制备
将聚乙烯醇和去离子水在85～90℃下加热2h，配置质量分数为15％的溶液，超声处理20min，将2g超细化硅藻土颗粒加入3g配置好的聚乙烯醇溶液中，磁力搅拌1h，超声处理20min后，让悬浮液降至常温后进行静电纺丝，其中静电纺丝工艺参数为：电压为16kv，推进速度为7mm/h，接收距离为10cm，温度为29℃，湿度为34％。
将所得硅藻土纤维在400℃下焙烧1h后，进行称重，该焙烧条件下，聚乙烯醇分解，焙烧残余物为超细化硅藻土颗粒，称重，计算，所得硅藻土纤维中超细化硅藻土颗粒占硅藻土纤维质量的40％，在硅藻土不存在的部分为聚乙烯醇纤维，该部分的纤维直径为200～400nm，硅藻土以半裸式或包埋式和纤维进行结合，保证在过滤的过程不易流失，而且硅藻土纤维相比单独的硅藻土对罗丹明B染料吸附效率高出36.7％。
实施例4
(1)硅藻土颗粒的超细化制备
将硅藻土、球磨介质和去离子水按质量比为1：7：5进行混合，添加硅藻土质量10％的聚乙烯吡咯烷酮分散剂，然后放入球磨机中以300r/min球磨6h，静置6h后取上层清液，将清液再静置12h，对下层沉积的硅藻土进行干燥，研磨得超细化硅藻土颗粒，所得超细化硅藻土颗粒的粒径为200nm～900nm；
(2)硅藻土纤维的制备
将聚乙烯醇和去离子水在85～90℃下加热2h，配置质量分数为14％的溶液，超声处理20min，将3g超细化硅藻土颗粒加入3g配置好的聚乙烯醇溶液中，磁力搅拌1h，超声处理20min后，让悬浮液降至常温后进行静电纺丝。其中静电纺丝工艺参数为：电压为16.62kv，推进速度为4mm/h，接收距离为8cm，温度为25℃，湿度为35％。
将所得硅藻土纤维在400℃下焙烧1h后，进行称重，该焙烧条件下，聚乙烯醇分解，焙烧残余物为超细化硅藻土颗粒，称重，计算，所得硅藻土纤维中超细化硅藻土颗粒占硅藻土纤维质量的48.5％，在硅藻土不存在的部分为聚乙烯醇纤维，该部分的纤维直径为200～400nm，硅藻土以半裸式或包埋式和纤维进行结合，保证在过滤的过程不易流失，保证在过滤的过程不易流失如图1所示，当罗丹明B浓度为6mg/L时，硅藻土纤维相比单独的硅藻土、聚乙烯醇纤维对罗丹明B染料吸附效率分别高出38％、20.5％，如图2所示。

Claims (8)

1.一种硅藻土纤维的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)超细化硅藻土颗粒制备：将硅藻土、球磨介质和去离子水按质量比为1:6～9:4～7进行混合，加入分散剂，球磨4～12h，静置3～8h后取上层清液，将清液再静置9～14h，对下层沉积的硅藻土进行干燥，研磨得超细化硅藻土颗粒；
2)硅藻土纤维的制备：将超细化硅藻土颗粒与浓度为10％～15％的聚乙烯醇溶液按质量比为0.5～3:3混合，30～50℃下搅拌均匀后超声处理15～30min，降至常温后得纺丝液，利用该纺丝液进行静电纺丝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或六偏磷酸钠中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分散剂的质量为硅藻土质量的5％～15％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硅藻土是将天然开采的硅藻土于500～800℃煅烧0.5～2h后获得的硅藻土。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)所得超细化硅藻土颗粒的粒径不超过900nm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述静电纺丝的工艺参数为：电压为15kv～17kv，推进速度为4mm/h～8mm/h，接收距离为8cm～12cm，温度为25℃～35℃，湿度为30％～40％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述浓度为10％～15％的聚乙烯醇溶液按下述方法配置：将聚乙烯醇和去离子水在85～90℃下加热2h，配置质量分数为10％～15％的聚乙烯醇溶液，超声处理20min，既得。
8.权利要求1所述的方法制得的硅藻土纤维，其特征在于：所述硅藻土纤维中的硅藻土以半裸或包埋的方式固定在聚乙烯醇纤维丝中，其中，所述聚乙烯醇纤维丝的直径为200nm～400nm，所述超细化硅藻土颗粒占硅藻土纤维质量的14.3％～48.5％。
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