CN110201455A - 一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材及其制备方法，玻璃纤维复合滤材由玻璃纤维滤纸和无纺布热压制成，其中玻璃纤维滤纸由无碱玻璃纤维棉（20‑30份）、有机纤维（3‑8份）和石墨烯粉体（1‑5份）混合制备，无纺布选用丙纶或者涤纶材料制成。该玻璃纤维复合滤材具有更加优异的强度、挺度和过滤精度，使用这种滤材制成的折叠滤芯更加可靠耐用，选用纳米级石墨烯粉体改性玻璃纤维增强了玻璃纤维的强度和韧性，提高了过滤精度，使玻璃纤维复合滤材过滤效率和吸附性能大为增加。同时，通过将玻璃纤维滤纸和无纺布基材热压复合，制成的玻璃纤维复合滤材能够有效减少SiO2的析出，减小滤材对核电站发电系统的影响，具有更加广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及核电站废液处理技术领域，尤其涉及一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材及其制备方法。
背景技术
核电现已经成为电力工业的重要组成部分，国内核电站主要以压水堆为主。压水堆是使用加压轻水作冷却剂和慢化剂，水在堆内不沸腾的核反应堆，燃料为低浓铀，被公认为是技术最成熟，运行安全、经济实用的堆型。
核电站内一回路和二回路的水质好坏对核电站能否安全稳定运行至关重要，因此，需要在水处理系统中设置不同的水过滤器。回路中冷却水的净化，破碎树脂、硼酸结晶物、废液中悬浮物的截留去除，系统中污水排放等都需要进行过滤分离处理。
目前核电站使用的滤芯主要是玻璃纤维制成的滤芯。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，玻纤滤芯有良好的深层过滤效果。但是玻璃纤维较脆，容易折断，在制作成折叠滤芯使用时会出现滤芯漏液现象，达不到预想的过滤效率，影响使用，同时玻纤滤芯在使用过程中，容易在折弯处破损，析出二氧化硅，对核电站发电系统产生严重危害，容易引发安全事故。此外，目前国内在建或在用核电站所使用的滤芯主要依赖国外进口，供货周期长，价格昂贵，造成核电站的建设运行成本的提高，导致最终电费居高不下，因此开发设计适合核电废液处理系统用滤材迫在眉睫。
有鉴于此，有必要对现有技术中的核电废液处理过滤材料予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，选用无碱玻璃纤维棉和有机纤维、石墨烯粉体混合制备玻璃纤维滤纸，再由玻璃纤维滤纸和无纺布热压贴合制成玻璃纤维复合滤材，使滤材的强度、挺度和过滤精度、可靠性大为提高。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，包括热压贴合的玻璃纤维滤纸和无纺布；所述玻璃纤维滤纸包括由如下重量份数的组分组成：无碱玻璃纤维棉20-30份、有机纤维3-8份和石墨烯粉体1-5份。
在一些实施方式中，所述有机纤维为聚苯硫醚纤维、芳纶纤维、丙纶纤维、涤纶纤维中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述无纺布选用聚酯纤维、聚丙烯纤维中的一种或两种。
为实现上述用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，本发明还提供了一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取石墨烯粉体配制成浓度为0.1～0.8mg/ml的分散溶液，溶剂为水和异丙醇，超声搅拌1～5h；
步骤2：将无碱玻璃纤维棉加入步骤1中的分散溶液，并添加质量比为0.5～1%的硅烷偶联剂，超声搅拌1～15min，然后移至反应釜中，在60~120℃下保温20~30min后，取出无碱玻璃纤维棉洗净、烘干，得到石墨烯改性的无碱玻璃纤维棉；
步骤3：称取步骤2中改性后的无碱玻璃纤维棉，再和有机纤维混合，并加入无机酸、去离子水均匀搅拌制成悬浮浆液；
步骤4：将步骤3所得悬浮浆液稀释至浓度为0.3～0.5%，然后移至成型模具上、干燥脱水后形成厚度均匀的玻璃纤维滤纸；
步骤5：选用纤维直径为5～15μm的无纺布作为基材，将步骤4得到的玻璃纤维滤纸通过热压贴合在无纺布上，制成玻璃纤维复合滤材。
在一些实施方式中，步骤2中的烘干温度为80～200℃，烘干时间为20～50min。
在一些实施方式中，步骤3中无机酸和去离子水的质量比为1:20～1:10。
在一些实施方式中，步骤4选用和步骤3中相同比例的无机酸和去离子水稀释悬浮浆液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、由无碱玻璃纤维棉、有机纤维和石墨烯粉体混合制成的玻璃纤维滤纸具有更加优异的强度和挺度，使用这种滤纸热压贴合无纺布制成的折叠滤芯更加耐用；2、石墨烯粉体粒径仅为纳米级，含有石墨烯的玻璃纤维复合滤材孔径更小，孔隙率更高，提高了过滤效率；3、玻璃纤维复合滤材通过将玻璃纤维滤纸和无纺布基材热压复合能够有效减少SiO2的析出，减小滤材对核电站发电系统的影响。
具体实施方式
下面结合所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
实施例1
一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，包括热压贴合的玻璃纤维滤纸和无纺布。其中玻璃纤维滤纸包括由如下重量份数的组分组成：无碱玻璃纤维棉20份、有机纤维4份和石墨烯粉体1份。其中所述有机纤维为聚苯硫醚纤维和芳纶纤维，聚苯硫醚纤维和芳纶纤维各为2份，所述石墨烯粉体粒径为5nm。
为实现上述用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，本发明还提供了一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取石墨烯粉体配制成浓度为0.1mg/ml的分散溶液，溶剂为水和异丙醇，其中水和异丙醇体积比为1:1，超声搅拌1h；
步骤2：将无碱玻璃纤维棉加入步骤1中的分散溶液，并添加质量比为0.5%的硅烷偶联剂，超声搅拌5min，然后移至反应釜中，在60℃下保温20min后，取出反应后的无碱玻璃纤维棉洗净，在80℃下烘干20min，得到石墨烯改性的无碱玻璃纤维棉；
步骤3：称取步骤2中改性后的无碱玻璃纤维棉，再和有机纤维混合，并加入质量比为1:20的无机酸和去离子水均匀搅拌制成悬浮浆液；
步骤4：将步骤3所得悬浮浆液继续添加相同质量比的无机酸和去离子水，将悬浮浆液稀释至浓度为0.3%，然后移至成型模具上、干燥脱水后形成厚度均匀的玻璃纤维滤纸；
步骤5：选用纤维直径为5μm的聚酯无纺布作为基材，将步骤4得到的玻璃纤维滤纸通过热压贴合在无纺布上，制成玻璃纤维复合滤材。
制备的玻璃纤维复合滤材辐照前及辐照后外表面整洁，无明显划伤，无异物附着，经γ射线在剂量率不超过7.76×103Gy/h、总剂量不小于104Gy的照射后，性能测试结果如表1：
表1 实施例1性能测试结果
实施例2
一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，包括热压贴合的玻璃纤维滤纸和无纺布。其中玻璃纤维滤纸包括由如下重量份数的组分组成：无碱玻璃纤维棉25份、有机纤维6份和石墨烯粉体3份。其中所述有机纤维为丙纶纤维和涤纶纤维。所述石墨烯粉体粒径为10nm。
为实现上述用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，本发明还提供了一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取石墨烯粉体配制成浓度为0.5mg/ml的分散溶液，溶剂为水和异丙醇，其中水和异丙醇体积比为1.5:1，超声搅拌3h；
步骤2：将无碱玻璃纤维棉加入步骤1中的分散溶液，并添加质量比为0.7%的硅烷偶联剂，超声搅拌10min，然后移至反应釜中，在80℃下保温25min后，取出无碱玻璃纤维棉洗净，在100℃下烘干35min，得到石墨烯改性的无碱玻璃纤维棉；
步骤3：称取步骤2中改性后的无碱玻璃纤维棉，再和有机纤维混合，并加入质量比为2:25的无机酸和去离子水均匀搅拌制成悬浮浆液；
步骤4：将步骤3所得悬浮浆液继续添加相同比例的无机酸和去离子水，将悬浮浆液稀释至浓度为0.4%，然后移至成型模具上、干燥脱水后形成厚度均匀的玻璃纤维滤纸；
步骤5：选用纤维直径为8μm的聚丙烯无纺布作为基材，将步骤4得到的玻璃纤维滤纸通过热压贴合在无纺布上，制成玻璃纤维复合滤材。
制备的玻璃纤维复合滤材辐照前及辐照后外表面整洁，无明显划伤，无异物附着，经γ射线在剂量率不超过7.76×103Gy/h、总剂量不小于104Gy的照射后，性能测试结果如表2：
表2实施例2性能测试结果
实施例3
一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，包括热压贴合的玻璃纤维滤纸和无纺布。其中玻璃纤维滤纸包括由如下重量份数的组分组成：无碱玻璃纤维棉30份、有机纤维8份和石墨烯粉体5份，其中有机纤维为涤纶纤维中，所述石墨烯粉体粒径为15nm。
为实现上述用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，本实施例还提供了一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取石墨烯粉体配制成浓度为0.8mg/ml的分散溶液，溶剂为水和异丙醇，其中水和异丙醇体积比为1.2:1超声搅拌5h；
步骤2：将无碱玻璃纤维棉加入步骤1中的分散溶液，并添加质量比为1%的硅烷偶联剂，超声搅拌15min，然后移至反应釜中，在120℃下保温30min后，取出无碱玻璃纤维棉洗净，在200℃下烘干50min，得到石墨烯改性的无碱玻璃纤维棉；
步骤3：称取步骤2中改性后的无碱玻璃纤维棉，再和有机纤维混合，并加入质量比为1:10的无机酸和去离子水均匀搅拌制成悬浮浆液；
步骤4：将步骤3所得悬浮浆液继续添加相同比例的无机酸和去离子水，将悬浮浆液稀释至浓度为0.5%，然后移至成型模具上、干燥脱水后形成厚度均匀的玻璃纤维滤纸；
步骤5：选用纤维直径为15μm的聚丙烯无纺布作为基材，将步骤4得到的玻璃纤维滤纸通过热压贴合在无纺布上，制成玻璃纤维复合滤材。
制备的玻璃纤维复合滤材辐照前及辐照后外表面整洁，无明显划伤，无异物附着，经γ射线在剂量率不超过7.76×103Gy/h、总剂量不小于104Gy的照射后，性能测试结果如表3：
表3实施例3性能测试结果
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，其特征在于，包括热压贴合的玻璃纤维滤纸和无纺布；所述玻璃纤维滤纸包括由如下重量份数的组分组成：无碱玻璃纤维棉20-30份、有机纤维3-8份和石墨烯粉体1-5份。
2.根据权利要求1所述的用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，其特征在于，所述有机纤维为聚苯硫醚纤维、芳纶纤维、丙纶纤维、涤纶纤维中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材，其特征在于，所述无纺布选用聚酯纤维、聚丙烯纤维中的一种或两种。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：称取石墨烯粉体配制成浓度为0.1～0.8mg/ml的分散溶液，溶剂为水和异丙醇，超声搅拌1～5h；
步骤2：将无碱玻璃纤维棉加入步骤1中的分散溶液，并添加质量比为0.5～1%的硅烷偶联剂，超声搅拌1～15min，然后移至反应釜中，在60~120℃下保温20~30min后，取出无碱玻璃纤维棉洗净、烘干，得到石墨烯改性的无碱玻璃纤维棉；
步骤3：称取步骤2中改性后的无碱玻璃纤维棉，再和有机纤维混合，并加入无机酸、去离子水均匀搅拌制成悬浮浆液；
步骤4：将步骤3所得悬浮浆液稀释至浓度为0.3～0.5%，然后移至成型模具上、干燥脱水后形成厚度均匀的玻璃纤维滤纸；
步骤5：选用纤维直径为5～15μm的无纺布作为基材，将步骤4得到的玻璃纤维滤纸通过热压贴合在无纺布上，制成玻璃纤维复合滤材。
5.根据权利要求4所述的用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材的制备方法，其特征在于，步骤2中的烘干温度为80～200℃，烘干时间为20～50min。
6.根据权利要求4所述的用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材的制备方法，其特征在于，步骤3中无机酸和去离子水的质量比为1:20～1:10。
7.根据权利要求4所述的用于核电废液处理的玻璃纤维复合滤材的制备方法，其特征在于，步骤4选用和步骤3中相同比例的无机酸和去离子水稀释悬浮浆液。
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