本發(fā)明涉及微生物纖維載體材料領(lǐng)域，具體涉及一種微生物載體玄武巖纖維材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無(wú)機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，是未來(lái)我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的四大高性能纖維之一，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過(guò)紡絲工藝制備而成的。玄武巖連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能，而且，玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對(duì)環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無(wú)任何危害，因而是一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料。玄武巖連續(xù)纖維已在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業(yè)、高溫過(guò)濾織物以及防護(hù)領(lǐng)域等多個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。玄武巖纖維具有的優(yōu)異耐水性、耐腐蝕性、生物親和性、綠色無(wú)污染特點(diǎn)符合水質(zhì)凈化領(lǐng)域?qū)d體材料性能的要求，因而玄武巖纖維作為微生物載體材料未來(lái)在水體凈化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景；現(xiàn)今，玄武巖纖維作為水質(zhì)凈化的載體材料在治理水體污染領(lǐng)域已進(jìn)行了大量的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，也取得了良好的應(yīng)用效果，對(duì)水體的凈化具有促進(jìn)作用，但由于玄武巖纖維表面光滑、表面能高，活性位點(diǎn)少，從而造成與微生物的機(jī)械聯(lián)鎖和化學(xué)鍵合能力差，微生物難以附著，因此，直接采用玄武巖纖維作為微生物水體凈化材料載體具有微生物負(fù)載量小、附著力弱、凈化效率低的缺點(diǎn)，不利于玄武巖纖維在水體凈化領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服由于玄武巖纖維表面能高、與微生物的化學(xué)鍵合能力差造成的直接采用玄武巖纖維作為微生物水體凈化材料載體具有微生物負(fù)載量小，附著力弱的缺點(diǎn)，提供一種微生物載體玄武巖纖維材料及其制備方法；本發(fā)明利用高能射線和改性劑對(duì)玄武巖纖維表面進(jìn)行處理，破壞玄武巖纖維表面化學(xué)鍵，形成表面缺陷，增加活性位點(diǎn)，降低表面能，從而使玄武巖纖維表面與微生物的鍵合能力增強(qiáng)，增加微生物的負(fù)載量，進(jìn)而提高微生物負(fù)載凈化材料的凈化效率。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，包括以下步驟：（1）將玄武巖礦石進(jìn)行粉碎處理，得到玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液進(jìn)行拉絲，得到玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在改性劑中用高能射線進(jìn)行表面處理；（5）將步驟4得到的經(jīng)過(guò)高能射線處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到微生物載體玄武巖纖維材料。上述一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，步驟4中所述改性劑為乙醇溶液、乙酸溶液、甲酸溶液、檸檬酸、酒石酸溶液中的一種或多種。一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，本發(fā)明利用高能射線引發(fā)玄武巖纖維表面的化學(xué)鍵斷裂，既能形成新的活性位點(diǎn)，從而增加了能與微生物鍵合的位點(diǎn)數(shù)量，增加微生物負(fù)載量，還能降低玄武巖纖維表面能，使微生物與玄武巖的鍵合力更大，從而減少微生物的脫落；并且，在高能射線的作用下，改性劑中的親水基團(tuán)能接枝在玄武巖纖維表面，從而玄武巖纖維的生物親和性更好，微生物更容易繁殖和擴(kuò)散；本發(fā)明方法能顯著增加玄武巖纖維材料的微生物負(fù)載量，降低微生物脫落量，促進(jìn)微生物在玄武巖纖維載體材料上的生長(zhǎng)繁殖，從而提高了微生物負(fù)載凈化材料的水體凈化效率，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、可靠，適合微生物載體玄武巖纖維材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。上述一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，其中步驟1中所述的玄武巖礦石粉體粒徑為0.1-2mm，粒徑越小，加熱熔融時(shí)速度越快，耗能越低，但粉碎成本增加優(yōu)選的，所述玄武巖礦石粉體粒徑為0.5-1mm。上述一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，其中步驟2中所述的熔融溫度為1100-1500℃，溫度過(guò)低，熔融速度慢，耗時(shí)長(zhǎng)，耗能高，溫度過(guò)高，對(duì)設(shè)備要求高，設(shè)備成本增加；優(yōu)選的，所述熔融溫度為1250-1350℃。上述一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，其中步驟3中所述的拉絲的速度為1500-3000m/min，拉絲速度過(guò)快，拉伸張力過(guò)大，會(huì)造成纖維斷裂；拉絲速度過(guò)慢，得到的玄武巖纖維直徑較大，不利于玄武巖纖維的應(yīng)用。上述一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，其中步驟3中所述的玄武巖纖維原絲直徑控制在1-20μm，原絲直徑過(guò)大，冷卻慢，造成纖維內(nèi)外應(yīng)力分布不僅，纖維缺陷大，不利于實(shí)際應(yīng)用，原絲直徑過(guò)小，拉絲工藝操作困難，容易斷裂；優(yōu)選的，所述的玄武巖纖維原絲直徑控制在5-10μm。上述一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，其中步驟4中所述的表面處理時(shí)溫度控制在50-100℃，溫度越高，反應(yīng)速度越快，處理效果越好，但溫度過(guò)高，表面處理程度控制困難，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；優(yōu)選的，所述的表面處理溫度控制在60-80℃。上述一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，其中步驟4中所述的高能射線為紫外線、電子束、X射線中的一種，能引發(fā)玄武巖纖維表面的化學(xué)鍵斷裂，能形成新的活性位點(diǎn)。上述一種微生物載體玄武巖纖維材料的制備方法，其中步驟4中所述的表面處理過(guò)程中，玄武巖纖維原絲接受的高能射線當(dāng)量劑量為0.01Sv-50Sv，接受的當(dāng)量劑量越大，對(duì)玄武巖纖維原絲表面的處理程度越大，活性位點(diǎn)越多，但玄武巖纖維物化性能降低，使用壽命大大縮短；優(yōu)選的，玄武巖纖維原絲接受的高能射線當(dāng)量劑量為0.1Sv-10Sv。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種微生物載體玄武巖纖維材料，所述微生物載體玄武巖纖維材料是通過(guò)上述制備方法制備得到的；通過(guò)上述制備方法制備的得到的微生物載體玄武巖纖維材料，具有微生物負(fù)載量大，不易脫落，微生物生長(zhǎng)繁殖速度快的特點(diǎn)，能提高微生物負(fù)載凈化材料對(duì)水體的凈化效率，有利于微生物載體玄武巖纖維材料在水體凈化領(lǐng)域的大規(guī)模利用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明方法利用高能射線引發(fā)玄武巖纖維表面的化學(xué)鍵斷裂，形成了新的活性位點(diǎn)，從而增加了能與微生物鍵合的位點(diǎn)數(shù)量，增加微生物負(fù)載量。2、本發(fā)明方法利用高能射線引發(fā)玄武巖纖維表面的化學(xué)鍵斷裂，降低玄武巖纖維表面能，使微生物與玄武巖的鍵合力更大，從而減少微生物的脫落。3、本發(fā)明方法使改性劑中的親水基團(tuán)能接枝在玄武巖纖維表面，從而玄武巖纖維的生物親和性更好，微生物更容易生長(zhǎng)繁殖和擴(kuò)散。4、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、可靠，適合微生物載體玄武巖纖維材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。5、本發(fā)明微生物載體玄武巖纖維材料，具有微生物負(fù)載量大，不易脫落，微生物生長(zhǎng)繁殖速度快的特點(diǎn)，能提高微生物負(fù)載凈化材料對(duì)水體的凈化效率。具體實(shí)施方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1（1）將玄武巖礦石進(jìn)行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的乙醇溶液中用紫外線進(jìn)行表面處理，玄武巖纖維原絲接受的紫外線當(dāng)量劑量控制在0.1Sv；（5）將步驟4得到的經(jīng)過(guò)紫外線處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到微生物載體玄武巖纖維材料。實(shí)施例2（1）將玄武巖礦石進(jìn)行粉碎處理，得到粒徑為1.0mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1350℃溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2500m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為10μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為100℃的乙酸溶液中用X射線進(jìn)行表面處理，玄武巖纖維原絲接受的X射線當(dāng)量劑量控制在10Sv；（5）將步驟4得到的經(jīng)過(guò)X射線處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到微生物載體玄武巖纖維材料。實(shí)施例3（1）將玄武巖礦石進(jìn)行粉碎處理，得到粒徑為0.1mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1100℃溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在3000m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為1μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為80℃的酒石酸溶液中用紫外線進(jìn)行表面處理，玄武巖纖維原絲接受的紫外線當(dāng)量劑量控制在0.01Sv；（5）將步驟4得到的經(jīng)過(guò)紫外線處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到微生物載體玄武巖纖維材料。實(shí)施例4（1）將玄武巖礦石進(jìn)行粉碎處理，得到粒徑為2mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1500℃溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在1500m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為20μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為50℃的檸檬酸溶液中用高能電子束進(jìn)行表面處理，玄武巖纖維原絲接受的高能電子束當(dāng)量劑量控制在50Sv；（5）將步驟4得到的經(jīng)過(guò)高能電子束處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到微生物載體玄武巖纖維材料。對(duì)比例1（1）將玄武巖礦石進(jìn)行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲用紫外線進(jìn)行表面處理，玄武巖纖維原絲接受的紫外線當(dāng)量劑量控制在0.1Sv；（5）將步驟4得到的經(jīng)過(guò)紫外線處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維材料。對(duì)比例2（1）將玄武巖礦石進(jìn)行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的乙醇溶液中進(jìn)行表面處理；（5）將步驟4得到的經(jīng)乙醇溶液處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維材料。對(duì)比例3（1）將玄武巖礦石進(jìn)行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進(jìn)行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進(jìn)行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維材料。將上述實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中所制備得到的玄武巖纖維材料分別進(jìn)行枯草芽孢桿菌的負(fù)載實(shí)驗(yàn)，負(fù)載時(shí)間為12h，對(duì)負(fù)載的玄武巖纖維上的枯草芽孢桿菌數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，記錄；將負(fù)載好的玄武巖纖維用20kHz的超聲波處理20s后，再次檢測(cè)負(fù)載的枯草芽孢桿菌數(shù)量；記錄數(shù)據(jù)如下：編號(hào)負(fù)載12h后細(xì)菌數(shù)量（×109個(gè)/g）超聲波處理后細(xì)菌數(shù)量（×109個(gè)/g）實(shí)施例18643實(shí)施例28142實(shí)施例38540實(shí)施例48341對(duì)比例16214對(duì)比例23621對(duì)比例3335由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，實(shí)施例1-4采用本發(fā)明方法制備得到的玄武巖纖維微生物負(fù)載量大，其負(fù)載量明顯大于對(duì)比例；同時(shí)，經(jīng)超聲波處理后，細(xì)菌保留率（處理后細(xì)菌數(shù)量÷處理前細(xì)菌數(shù)量×100%）分別為50%、52%、47%和49%，而對(duì)比例細(xì)菌保留率分別為23%、58%和15%；對(duì)比例1中沒(méi)有采用改性劑對(duì)玄武巖纖維原絲進(jìn)行處理，即雖然同樣增加了纖維表面的活性位點(diǎn)和降低了一定的表面能，但沒(méi)有親水基團(tuán)接枝在纖維表面，細(xì)菌的鍵接數(shù)量和鍵接力與實(shí)施例相比均有所減弱，從而造成對(duì)比例1中玄武巖纖維的細(xì)菌負(fù)載的量降低，保留率顯著降低；對(duì)比例2中沒(méi)有采用紫外線處理，玄武巖纖維表面活性位點(diǎn)沒(méi)有增加，從而造成對(duì)比例2中玄武巖纖維的細(xì)菌負(fù)載的量顯著降低；對(duì)比例3中既沒(méi)有用改性劑處理，也沒(méi)有用紫外線處理，玄武巖纖維表面光滑、活性位點(diǎn)少、表面能高，細(xì)菌難以鍵合，從而，對(duì)比例3中細(xì)菌負(fù)載量和保留率均顯著降低。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3