一種硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種過濾材料，具體涉及一種硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 晶須是一種具有一定長徑比的單晶纖維材料，具有強度高的特點，目前已大量應 用于高分子材料的增強、增韌。硫酸鈣晶須的理論密度為2. 69g/cm3,表觀密度僅為0. 1? 0.4g/cm3,因而硫酸鈣晶須內部存在大量孔隙，非常適合應用于過濾材料的制造。除此之 夕卜，硫酸鈣晶須還具有吸附廢水中的鉛離子等金屬離子的特性。如楊雙春等在"硫酸鈣晶須 對鎘鎳鉛離子的吸附性能"（《水處理技術》2005, 31(10) :8?10)中以原子吸收分光光度 計為分析手段，研宄了硫酸鈣晶須對鉛離子的吸附性能；結果表明：鉛離子在PH值為3? 13范圍內，均可被硫酸鈣晶須定量吸附，尤其在pH值為8、振蕩時間為2h時，吸附率高達 77.89%。另外，硫酸鈣晶須對鉛離子能夠定量的解脫，重復再生性能較好，利用率較高。
[0003] 目前用作過濾材料的礦物材料的品種眾多，如硅砂、硅藻土、粉石英、沸石、珍 珠巖、海綠石、橄欖巖等，但這些礦物材料在用作過濾材料的時候均沒有制造成具有一 定形狀和一定力學強度的過濾材料使用，而是以松散狀態用作過濾材料。如中國專利 CN202227730U提出了一種硅藻土過濾器，將硅藻土作為助濾材料制成過濾器。但由于硅藻 土是以松散的狀態使用，硅藻土顆粒間沒有粘接強度，因此過濾器結構復雜、且操作繁瑣， 需提供均勻穩定的壓力使硅藻土能夠均勻穩定的粘附在過濾器中的過濾介質上，且在過濾 器工作過程中由于壓力的波動或過濾介質的缺陷容易造成硅藻土出現裂紋和龜裂的問題， 從而影響過濾效果。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過 濾材料。
[0005] 本發明的另一目的在于提供一種硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合材料的制備方法。
[0006] 本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材 料，所述的復合過濾材料包括硫酸鈣晶須和環氧樹脂，且硫酸鈣晶須和環氧樹脂的質量比 為 9:1 ?4:6。
[0007] 進一步地，所述環氧樹脂為為雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂或脂環族環氧 樹脂中的任意一種。
[0008] 進一步地，所述環氧樹脂在25°C下的粘度為0. 1?30Pa *s，環氧值為0. 2?0. 8。
[0009] 上述一種硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料的制備方法，它包括以下步驟：
[0010] SI.稱量：按上述比例稱取各原料，備用；
[0011] S2.混合：將環氧樹脂加入到有機溶劑中溶解完全后，再加入硫酸鈣晶須，攪拌至 形成穩定均勾的懸池液，再向懸池液中加入固化劑后攪拌2?8min，得饒注液；
[0012] S3.除溶劑：將饒注液饒注于模具后，將模具在60?80 °C的溫度下處理30? 60min ；
[0013] S4.固化：將除溶劑后的模具固化7?26h，制得硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾 材料。
[0014] 進一步地，所述有機溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇或丙酮中的任意一種。
[0015] 進一步地，所述固化劑為脂肪多元胺型固化劑、脂環多元胺型固化劑、芳香胺類型 固化劑、酸酐類型固化劑、聚酰胺類型固化劑或改性胺類固化劑中的任意一種。
[0016] 進一步地，所述溶劑與環氧樹脂的體積比為8:1?5:5。
[0017] 本發明所說的硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料，由硫酸鈣晶須和在晶須與晶 須之間起粘接作用的環氧樹脂構成。結構上包括流入面、流出面、密封面，通過控制模具的 形狀可制造出各種不同形狀的過濾材料。
[0018] 硫酸鈣晶須的理論密度為2. 69g/cm3,表觀密度僅為0. 1?0. 4g/cm3,直徑約為 IOOnm?ΙΟμπι，長徑比約為10?200 ;晶須自然堆積時，在晶須與晶須之間存在大量的孔 隙。環氧樹脂具有粘接強度大、粘接性能優異的特點，利用環氧樹脂將晶須與晶須牢固地粘 接在一起，使硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料可保持固定的形狀且具有一定的強度。
[0019] 本發明所述的硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料的工作原理為：被過濾物（如 空氣、水、油等流體）從流入面進入過濾材料內部，過濾材料內部的硫酸鈣晶須之間的微孔 形成小且撓曲度大的孔道，流體及其含有的雜質流經過濾材料的孔道后從其流出面流出， 其含有的雜質被孔道阻擋，從而起到過濾的作用。硫酸鈣晶須由于直徑和長度具有一定的 分布范圍，即使是同一批次生產的同一型號的硫酸鈣晶須也存在不同直徑和不同長度的晶 須，因而晶須與晶須之間形成的孔道的形狀和大小就各不相同，而且過濾材料從流入面到 流出面有一定長度的流程，就使得所述過濾材料對被過濾物可以達到深度過濾的效果。特 別是對于含有鉛離子等金屬離子的污水，由于其流經過濾材料內部一定長度的流程時，其 與硫酸鈣晶須的接觸時間就相應增長，這樣就增強了硫酸鈣晶須對其所含鉛離子等金屬離 子的去除效果。
[0020] 由于硫酸鈣晶須尺寸細微，因而所制造的過濾材料孔徑小；并且硫酸鈣晶須比表 面積大，因而硫酸鈣晶須能提供更大的過濾面積，所以由硫酸鈣晶須制備的過濾材料過濾 精度高、納污容量大。在目前所有晶須類產品中，硫酸鈣晶須價格最低。因此，本發明提出 的硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料具有以下優點：過濾精度高，納污容量大，制造工藝 簡單，材料成本低，制造成本低，并且對廢水中鉛離子等金屬離子具有特別的處理效果。
[0021] 本發明過濾材料可制作成圓片狀或空心圓柱狀等各種不同的形狀。圓片狀過濾材 料如圖1所示，上表面為流入面，下表面為流出面，側表面為密封面。空心圓柱狀過濾材料 如圖2所示，內表面為流入面，外表面為流出面，上下表面為密封面。其中，流入面指流體 (如空氣、水、油等）流入過濾材料的界面，流出面指流體流出過濾材料的界面，密封面指需 進行密封的界面。
[0022] 在硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料的制備過程中，如果將硫酸鈣晶須與環氧 樹脂直接混合，則由于環氧樹脂具有一定的流動性，環氧樹脂會完全填充入硫酸鈣晶須之 間的微孔，固化后所形成的復合材料基本上沒有微孔存在而不能起到過濾的作用。為了達 到既保留硫酸鈣晶須之間的微孔又使環氧樹脂將硫酸鈣晶須之間粘接起來的目的，本發明 獨特地采用首先將環氧樹脂溶解在揮發性溶劑中，再與硫酸鈣晶須混合，使填充至硫酸鈣 晶須微孔中的溶液為用揮發性溶劑稀釋后的環氧樹脂及其固化劑，并在一定溫度下加熱除 去溶劑并使環氧樹脂固化。揮發性溶劑由于受熱揮發而脫除，而由于表面張力的作用，環氧 樹脂會趨向于附著在硫酸鈣晶須表面并固化，從而使微孔露出，這樣就可以制得所需的過 濾材料。
[0023] 在硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料中硫酸鈣晶須作為過濾材料的主體材料， 起骨架和產生微孔的作用，環氧樹脂作為粘接材料，起粘接硫酸鈣晶須的作用，溶劑起稀釋 環氧樹脂的作用和加熱揮發后的輔助致孔作用。在硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料 的制備過程中，硫酸鈣晶須和環氧樹脂的質量比應根據過濾材料對強度和孔隙率的要求而 定，而溶劑與環氧樹脂的體積比應滿足使上述三者的混合液經充分攪拌后可形成穩定均勻 的懸濁液。這里穩定均勻的懸濁液具體指：當環氧樹脂均勻溶解在溶劑中，硫酸鈣晶須加 入到上述環氧樹脂溶液內后充分攪拌并靜置10?20min后，硫酸鈣晶須不出現明顯的沉 降。試驗顯示，硫酸鈣晶須和環氧樹脂的質量比為9:1?4:6、溶劑與環氧樹脂的體積比為 8:1?5:5時可滿足過濾材料制備的要求。
[0024] 由于環氧樹脂具有對金屬和非金屬材料粘接性強、粘接強度高、對大部分溶液穩 定性好等特性，因此本發明采用環氧樹脂作為粘接材料。環氧樹脂是以芳香族、脂肪族或脂 環族分子為骨架，含有兩個或兩個以上的環氧基分子，通過環氧基團開環反應而生成一種 低聚物。試驗顯示，粘度為0. 1?30(Pa ·8,25? )、環氧值為0. 2?0. 8(mol環氧基/IOOg) 的環氧樹脂可用于硫酸鈣晶須/環氧樹脂復合過濾材料的制備，包括雙酚A型環氧樹脂、雙 酚F型環氧樹脂、脂環族環氧樹脂，如E-51 (雙酚A型環氧樹脂）、E-55 (雙酚A型環氧樹 脂）、170 (雙酚F型環氧樹脂）、184 (脂環族環氧樹脂）等牌號的環氧樹脂。
[0025] 環氧樹脂要起到粘接的作用，還必須通過與環氧樹脂固化劑進行固化反應，以形 成立體網狀結構。環氧樹脂固化劑可分為脂肪多元胺型固化劑（如乙二胺、二乙烯三胺、三 甲基六亞甲基二胺等）、脂環多元胺型固化劑（如二胺甲基環己烷等）、芳香胺類型固化劑 (如間苯二胺、間苯二甲胺等）、酸酐類型固化劑（如苯酮四羧酸二酐等）、聚酰胺類型固化 劑、改性胺類型固化劑等。這些類型的固化劑都可用于所述的過濾材料的制備。每種固化 劑的固化條件不盡相同，需根據不同固化劑的固化條件使用。
[0026] 溶劑應選擇與所使用環氧樹脂相容性良好、且具揮發性的溶劑，包括甲醇、乙醇、 異丙醇、丙酮等，考慮到溶劑需要加熱去除，為使操作安全方便，可優選乙醇、異丙醇。
[0027] 澆鑄入模具后，需在一定溫度下處理一定時間以使溶劑全部揮發除去，且根據所 使用的固化劑規定的固化條件，在一定溫度下固化一定時間以使環氧樹脂充分固化。因此 處理方式為先在6