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玄武岩纤维复合过滤材料的研究

王广健  
【摘要】:利用红外光谱、显微远红外光谱、X-射线衍射和拉曼光谱等方法对玄武岩纤维的微观结构进行了表征。揭示了其内部结构包含有岛状[SiO_4]~(4-)、链状[Si_2O_6]~(4-)、层状[Si_2O_5]~(2-)、MgAlOH、Fe~(3+)AlOH、Fe~(2+)Fe~(3+)OH以及硅铝替代等结构单元。 利用合成的新偶氮化合物为指示物与抗坏血酸进行氧化还原反应,以铁为催化剂,提出了催化动力学光度法测定玄武岩纤维中铁含量的新方法。 首次利用等离子体技术对玄武岩纤维进行表面处理,使用X-射线光电子能谱分析其表面组成,揭示了纤维间结合力提高的原因主要是由于在表面产生含氮的活性基团以及表面粗糙度的增加,并提出了表面氮的活性基团可能的形成机理。 研究了打浆度对针叶木纤维结晶度和结晶尺寸大小的影响,结果表明结晶度减小,生态纤维过滤材料的抗张强度降低。 研究了玄武岩纤维含量、打浆度等因素对复合纤维复合滤材性能的影响,结果表明打浆度和玄武岩纤维含量为影响滤材性能的主要因素。通过优化条件,制备了复合纤维过滤材料。海泡石作为填料加入20%的实验结果表明,复合滤材的抗张强度增强,吸附性增强,但透气度有所下降。 Zeta电位的测定表明,玄武岩纤维、针叶木纤维以及复合浆料的Zeta电位皆为负值,表明纤维表面带负电。研究了不同添加剂对浆料的Zeta电位的影响,为合理地确定制备条件提供了理论依据。 提出了玄武岩纤维复合滤材的“层状无规网络结构”模型,给出了复合滤材界面作用的可能结合机制。通过最大孔径、最小孔径和平均孔径等参数的测量与宏观过滤性能进行了相关性研究,得出了平均孔径与玄武岩纤维含量和过滤速率等关系式,为实际应用提供了一定的理论依据。 热老化(氧化)降解实验结果表明,该材料的老化主要是针叶纤维的老化,揭示了微观结晶尺寸与宏观性能(抗张强度)间的对应关系。 结合降解前后的红外光谱、X-射线衍射和扫描电镜等研究,探讨了纤维微观结晶度的变化与宏观力学性能(抗张强度等)之间的关系,提出了玄武岩纤维复合滤材中玄武岩纤维和针叶木纤维相互协调的降解机理。 利用玄武岩纤维和海泡石纤维负载TiO_2进行生态纤维复合过滤材料制备过程中的废水原样研究,结果表明海泡石纤维负载的光催化剂降解效果较好,是解决催化剂回收和再利用的一个新途径,也为制备含海泡石纤维的功能复合过滤材料提供了基础。


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