本發(fā)明涉及一種親油疏水天然礦石纖維的制備方法及其應(yīng)用，屬于油水分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人類活動(dòng)的日益頻繁，由于海上油田泄漏、油船漏油、輸油管路破裂等一系列事故及含油廢水的排放造成了河流、海洋的嚴(yán)重污染，帶來了不可估量的生態(tài)災(zāi)難和經(jīng)濟(jì)損失。目前，利用疏水親油材料制備的過濾網(wǎng)膜和吸油材料已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)油水混合物的高效分離。cn105854622a公開了一種將疏水納米sio2和脂肪族聚氨酯通過噴涂在不銹鋼網(wǎng)上得到一種疏水性油水分離網(wǎng)膜的制備方法，但不銹鋼網(wǎng)較為笨重，而且價(jià)格昂貴。cn104771936a公開了一種將聚氨酯海綿骨架表面用疏水劑改性，再在一定溫度下活化處理得到吸油海綿，這種吸油材料雖然吸油量高，但制備過程過程長，工藝較為復(fù)雜；同時(shí)聚氨酯海綿在廢棄后降解性差，容易對(duì)環(huán)境造成二次污染。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種親油疏水天然礦石纖維的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明親油疏水天然礦石纖維的成本低，制備方法簡單，具有環(huán)境友好性。
本發(fā)明親油疏水天然礦石纖維的制備方法，是以天然礦石為主料，并輔以輔料，依次經(jīng)熔漿、成纖、鋪棉、壓棉、固化、修整各單元過程獲得親油疏水天然礦石纖維；在成纖過程中噴灑疏水親油物質(zhì)對(duì)纖維表面進(jìn)行改性，使礦石纖維具有油水分離能力。
所述天然礦石包括玄武巖、泥灰?guī)r、花崗巖、珍珠巖中的一種或幾種。
所述輔料為石灰石，礦渣，焦炭，螢石，硅藻土。
主料及輔料按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成如下：
天然礦石65-80份，石灰石4-8份，礦渣6-12份，焦炭15-30份，螢石1-5份，硅藻土0.5-2份。
所述疏水親油物質(zhì)為硬脂酸鹽、聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、疏水性的無機(jī)納米粒子、含氟聚合物、硅烷化合物中的一種或幾種的混合物。
疏水親油物質(zhì)之間可以混合使用，混合使用時(shí)比例任意。具體地說可以將硬脂酸鹽和聚丙烯酸酯混合，或?qū)⒑衔?、疏水性的無機(jī)納米粒子和硅烷化合物混合，或?qū)⒂仓猁}和硅烷化合物混合等。
其中，所述硬脂酸鹽選自硬脂酸鈉、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅或硬脂酸鎂。在成纖過程中噴灑硬脂酸鹽溶液時(shí)，硬脂酸鹽溶液的濃度為0.009kg/l～0.057kg/l，獲得的天然礦石纖維的水接觸角為105°～145°，對(duì)油水混合物的過濾分離效率為94％～99％，吸油倍率為10～90倍體積。
所述聚丙烯酸酯選自聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯或聚丙烯酸十八酯。在成纖過程中噴灑聚丙烯酸酯溶液時(shí)，聚丙烯酸酯溶液的濃度為0.005kg/l～0.032kg/l，獲得的天然礦石纖維的水接觸角為108°～136°，對(duì)油水混合物的過濾分離效率為90％～99％，吸油倍率為10～90倍體積。
所述酚醛樹脂選自苯酚甲醛樹脂、間二苯酚-苯酚-甲醛樹脂或?qū)κ宥』椒蛹兹渲Ｔ诔衫w過程中噴灑酚醛樹脂溶液時(shí)，酚醛樹脂溶液的濃度為0.003kg/l～0.034kg/l，獲得的天然礦石纖維的水接觸角為110°～147°，對(duì)油水混合物的過濾分離效率為95％～99％，吸油倍率為10～90倍體積。
所述疏水性的無機(jī)納米粒子選自納米sio2顆粒、納米tio2顆粒或納米fe3o4顆粒。在成纖過程中噴灑無機(jī)納米粒子分散液時(shí)，無機(jī)納米粒子分散液的濃度為0.007kg/l～0.046kg/l，粒徑為10nm～200nm，獲得的天然礦石纖維的水接觸角為103°～157°，對(duì)油水混合物的過濾分離效率為96％～99％，吸油倍率為10～90倍體積。
所述含氟聚合物選自氟碳表面活性劑、含氟聚氨酯或含氟丙烯酸酯聚合物。在成纖過程中噴灑含氟聚合物溶液時(shí)，含氟聚合物溶液的濃度為0.003kg/l～0.045kg/l，獲得的天然礦石纖維測(cè)得的接觸角為125°～162°，對(duì)油水混合物的過濾分離效率為95％～99％，吸油倍率為10～90倍體積。
所述硅烷化合物選自氨丙基三乙氧基硅烷、環(huán)氧丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙二胺丙基三乙氧基硅烷。在成纖過程中噴灑硅烷化合物溶液時(shí)，硅烷化合物溶液的濃度為0.006kg/l～0.043kg/l，獲得的天然礦石纖維測(cè)得的接觸角為120°～154°，對(duì)油水混合物的過濾分離效率為92％～99％，吸油倍率為10～90倍體積。
在成纖過程中噴灑疏水親油物質(zhì)對(duì)纖維表面進(jìn)行改性時(shí)，疏水親油物質(zhì)的噴灑量以一噸的成品纖維計(jì)，噴灑10-15l的疏水親油物質(zhì)溶液。
本發(fā)明在天然礦石纖維的表面引入疏水基團(tuán)或無機(jī)納米粒子，可顯著提高天然礦石纖維材料的親油疏水性質(zhì)，當(dāng)作為過濾材料時(shí)可使油順利通過天然礦石纖維而對(duì)水具有很好的排斥性；另外，由于天然礦石纖維材料內(nèi)部具有豐富的孔隙，使得天然礦石纖維在吸油后可有效的將油封鎖在內(nèi)部，因此也可成為良好的吸油材料。
本發(fā)明天然礦石纖維的直徑為1～10μm。
本發(fā)明天然礦石纖維的網(wǎng)孔大小、孔隙率、密度和強(qiáng)度等可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明親油疏水天然礦石纖維可作為油水混合物的過濾分離材料以使油和水分離。
所述油水混合物包括礦物油、機(jī)油、食用油、原油等與水的混合物。
本發(fā)明天然礦石纖維對(duì)礦物油、機(jī)油、食用油、原油等與水的混合物的過濾分離效率均在90％以上，同時(shí)對(duì)油吸收倍率均達(dá)10～90倍?？梢酝ㄟ^簡單擠壓方式將油水分離材料中的油排空，該油水分離材料可以重復(fù)利用。
本發(fā)明天然礦石纖維材料可自然風(fēng)化，也可以重新熔融成纖，具有環(huán)境友好性。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
1、本發(fā)明制備天然礦石纖維材料所需的原料來源廣泛，價(jià)格低廉，制備過程簡單，生產(chǎn)周期短，而且這種天然礦石纖維材料可自然風(fēng)化，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。
2、本發(fā)明制備的天然礦石纖維的油的接觸角最低低于2°，水接觸角最高超過160°，具有很高的過濾效果和吸油倍率，而且可以重復(fù)多次使用。
3、本發(fā)明制備的天然礦石纖維可廣泛用于工業(yè)含油廢水處理、餐廚廢油回收和海面上原油清理等領(lǐng)域。
附圖說明
圖1是實(shí)施例2中制備的天然礦石纖維材料對(duì)水(左)和油(右)的接觸角的直觀示意光學(xué)照片。天然礦石纖維材料的水接觸角為141°，油接觸角為5°。該材料具有疏水親油特性。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
本實(shí)施例中親油疏水天然礦石纖維的制備方法如下：
按重量份計(jì)將玄武巖75份、石灰石6份、礦渣10份、焦炭25份、螢石3份、硅藻土1份混合并粉碎后加入沖天爐，爐溫1470～1570℃，沖入液氧，熔融，巖漿通過四輥離心機(jī)成纖，成纖過程中噴灑濃度為0.021kg/l的聚丙烯酸十八酯溶液對(duì)纖維表面改性；隨后經(jīng)過集棉，擺錘鋪棉后，進(jìn)入壓棉機(jī)，壓棉時(shí)作用力為2kn，壓縮程度200％，固化并修整后制得三維結(jié)構(gòu)天然礦石纖維材料。
本實(shí)施例中得到的天然礦石纖維的強(qiáng)度為0.58mpa，密度0.23g/cm3，網(wǎng)孔大小42μm，對(duì)水的接觸角為137°，天然礦石纖維的對(duì)機(jī)油水混合物的過濾分離效率為91％，對(duì)機(jī)油的吸收倍率為自身體積的32倍。
實(shí)施例2：
本實(shí)施例的制備過程參見實(shí)施例1。不同的是成纖過程中噴灑0.015kg/l的硬脂酸鈉溶液和0.021kg/l聚丙烯酸酯溶液，兩者體積比為1:2，壓棉時(shí)外力大小為3kn，壓縮程度300％，其他制備條件不變。
本實(shí)施例中得到的天然礦石纖維的強(qiáng)度為0.65mpa，密度0.31g/cm3，網(wǎng)孔大小36μm，對(duì)水的接觸角為141°，天然礦石纖維的過濾效果為95％，對(duì)機(jī)油的吸收倍率為自身體積的28倍。
實(shí)施例3：
本實(shí)施例的制備過程參見實(shí)施例1。不同的是成纖過程中噴灑0.028kg/l的疏水納米sio2溶液、0.032kg/l含氟聚氨酯溶液和0.032k/l的丙基三乙氧基硅烷溶液，三者體積比為1:2:1，壓棉時(shí)外力大小為5kn，壓縮程度500％，其他制備條件不變。
本實(shí)施例中得到的天然礦石纖維的強(qiáng)度為0.78mpa，密度0.42g/cm3，網(wǎng)孔大小42μm，對(duì)水的接觸角為162°，天然礦石纖維的過濾效果為98％，對(duì)機(jī)油的吸收倍率為自身體積的24倍。
實(shí)施例4：
本實(shí)施例的制備過程參見實(shí)施例1。不同的是成纖過程中噴灑濃度為0.015kg/l的硬脂酸鈉溶液、0.021kg/l的聚丙烯酸正丁酯溶液、0.031kg/l的酚醛樹脂溶液、0.028kg/l的疏水納米sio2水分散液、0.032kg/l含氟聚氨酯溶液，四者之間的體積比為1:2:1:1，壓棉時(shí)外力大小為7kn，壓縮程度700％，其他制備條件不變。
本實(shí)施例中得到的天然礦石纖維的強(qiáng)度為0.72mpa，密度0.48g/cm3，網(wǎng)孔大小30μm，對(duì)水的接觸角為160°，天然礦石纖維的過濾效果為99％，對(duì)機(jī)油的吸油倍率為自身體積的25倍。
實(shí)施例5：
本實(shí)施例的制備過程參見實(shí)施例1。不同的是成纖過程中噴灑濃度為0.023kg/l的納米sio2溶液和濃度為0.034kg/l的含氟丙烯酸酯溶液，二者體積比1:1，其他制備條件不變。
本實(shí)施例中得到的天然礦石纖維對(duì)水的接觸角為161°，對(duì)油水混合物的過濾分離效率為99％，對(duì)機(jī)油的吸油倍率為自身體積的42倍。
實(shí)施例6：
本實(shí)施例的制備過程參見實(shí)施例1。不同的是成纖過程中噴灑濃度為0.012kg/l的硬脂酸鈉溶液、濃度為0.022kg/l的聚丙烯酸十八脂溶液和濃度為0.012kg/l的苯酚甲醛樹脂溶液，三者體積比1：1：1，其他制備條件不變。
本實(shí)施例中得到的天然礦石纖維對(duì)水的接觸角為158°，對(duì)油水混合物的過濾分離效率為97％，對(duì)機(jī)油的吸油倍率為自身體積的36倍。