一种硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种过滤材料，具体涉及一种硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 晶须是一种具有一定长径比的单晶纤维材料，具有强度高的特点，目前已大量应 用于高分子材料的增强、增韧。硫酸钙晶须的理论密度为2. 69g/cm3,表观密度仅为0. 1? 0.4g/cm3,因而硫酸钙晶须内部存在大量孔隙，非常适合应用于过滤材料的制造。除此之 夕卜，硫酸钙晶须还具有吸附废水中的铅离子等金属离子的特性。如杨双春等在"硫酸钙晶须 对镉镍铅离子的吸附性能"（《水处理技术》2005, 31(10) :8?10)中以原子吸收分光光度 计为分析手段，研宄了硫酸钙晶须对铅离子的吸附性能；结果表明：铅离子在PH值为3? 13范围内，均可被硫酸钙晶须定量吸附，尤其在pH值为8、振荡时间为2h时，吸附率高达 77.89%。另外，硫酸钙晶须对铅离子能够定量的解脱，重复再生性能较好，利用率较高。
[0003] 目前用作过滤材料的矿物材料的品种众多，如硅砂、硅藻土、粉石英、沸石、珍 珠岩、海绿石、橄榄岩等，但这些矿物材料在用作过滤材料的时候均没有制造成具有一 定形状和一定力学强度的过滤材料使用，而是以松散状态用作过滤材料。如中国专利 CN202227730U提出了一种硅藻土过滤器，将硅藻土作为助滤材料制成过滤器。但由于硅藻 土是以松散的状态使用，硅藻土颗粒间没有粘接强度，因此过滤器结构复杂、且操作繁琐， 需提供均匀稳定的压力使硅藻土能够均匀稳定的粘附在过滤器中的过滤介质上，且在过滤 器工作过程中由于压力的波动或过滤介质的缺陷容易造成硅藻土出现裂纹和龟裂的问题， 从而影响过滤效果。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种硫酸钙晶须/环氧树脂复合过 滤材料。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种硫酸钙晶须/环氧树脂复合材料的制备方法。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材 料，所述的复合过滤材料包括硫酸钙晶须和环氧树脂，且硫酸钙晶须和环氧树脂的质量比 为 9:1 ?4:6。
[0007] 进一步地，所述环氧树脂为为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或脂环族环氧 树脂中的任意一种。
[0008] 进一步地，所述环氧树脂在25°C下的粘度为0. 1?30Pa *s，环氧值为0. 2?0. 8。
[0009] 上述一种硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料的制备方法，它包括以下步骤：
[0010] SI.称量：按上述比例称取各原料，备用；
[0011] S2.混合：将环氧树脂加入到有机溶剂中溶解完全后，再加入硫酸钙晶须，搅拌至 形成稳定均勾的悬池液，再向悬池液中加入固化剂后搅拌2?8min，得饶注液；
[0012] S3.除溶剂：将饶注液饶注于模具后，将模具在60?80 °C的温度下处理30? 60min ；
[0013] S4.固化：将除溶剂后的模具固化7?26h，制得硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤 材料。
[0014] 进一步地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的任意一种。
[0015] 进一步地，所述固化剂为脂肪多元胺型固化剂、脂环多元胺型固化剂、芳香胺类型 固化剂、酸酐类型固化剂、聚酰胺类型固化剂或改性胺类固化剂中的任意一种。
[0016] 进一步地，所述溶剂与环氧树脂的体积比为8:1?5:5。
[0017] 本发明所说的硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料，由硫酸钙晶须和在晶须与晶 须之间起粘接作用的环氧树脂构成。结构上包括流入面、流出面、密封面，通过控制模具的 形状可制造出各种不同形状的过滤材料。
[0018] 硫酸钙晶须的理论密度为2. 69g/cm3,表观密度仅为0. 1?0. 4g/cm3,直径约为 IOOnm?ΙΟμπι，长径比约为10?200 ;晶须自然堆积时，在晶须与晶须之间存在大量的孔 隙。环氧树脂具有粘接强度大、粘接性能优异的特点，利用环氧树脂将晶须与晶须牢固地粘 接在一起，使硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料可保持固定的形状且具有一定的强度。
[0019] 本发明所述的硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料的工作原理为：被过滤物（如 空气、水、油等流体）从流入面进入过滤材料内部，过滤材料内部的硫酸钙晶须之间的微孔 形成小且挠曲度大的孔道，流体及其含有的杂质流经过滤材料的孔道后从其流出面流出， 其含有的杂质被孔道阻挡，从而起到过滤的作用。硫酸钙晶须由于直径和长度具有一定的 分布范围，即使是同一批次生产的同一型号的硫酸钙晶须也存在不同直径和不同长度的晶 须，因而晶须与晶须之间形成的孔道的形状和大小就各不相同，而且过滤材料从流入面到 流出面有一定长度的流程，就使得所述过滤材料对被过滤物可以达到深度过滤的效果。特 别是对于含有铅离子等金属离子的污水，由于其流经过滤材料内部一定长度的流程时，其 与硫酸钙晶须的接触时间就相应增长，这样就增强了硫酸钙晶须对其所含铅离子等金属离 子的去除效果。
[0020] 由于硫酸钙晶须尺寸细微，因而所制造的过滤材料孔径小；并且硫酸钙晶须比表 面积大，因而硫酸钙晶须能提供更大的过滤面积，所以由硫酸钙晶须制备的过滤材料过滤 精度高、纳污容量大。在目前所有晶须类产品中，硫酸钙晶须价格最低。因此，本发明提出 的硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料具有以下优点：过滤精度高，纳污容量大，制造工艺 简单，材料成本低，制造成本低，并且对废水中铅离子等金属离子具有特别的处理效果。
[0021] 本发明过滤材料可制作成圆片状或空心圆柱状等各种不同的形状。圆片状过滤材 料如图1所示，上表面为流入面，下表面为流出面，侧表面为密封面。空心圆柱状过滤材料 如图2所示，内表面为流入面，外表面为流出面，上下表面为密封面。其中，流入面指流体 (如空气、水、油等）流入过滤材料的界面，流出面指流体流出过滤材料的界面，密封面指需 进行密封的界面。
[0022] 在硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料的制备过程中，如果将硫酸钙晶须与环氧 树脂直接混合，则由于环氧树脂具有一定的流动性，环氧树脂会完全填充入硫酸钙晶须之 间的微孔，固化后所形成的复合材料基本上没有微孔存在而不能起到过滤的作用。为了达 到既保留硫酸钙晶须之间的微孔又使环氧树脂将硫酸钙晶须之间粘接起来的目的，本发明 独特地采用首先将环氧树脂溶解在挥发性溶剂中，再与硫酸钙晶须混合，使填充至硫酸钙 晶须微孔中的溶液为用挥发性溶剂稀释后的环氧树脂及其固化剂，并在一定温度下加热除 去溶剂并使环氧树脂固化。挥发性溶剂由于受热挥发而脱除，而由于表面张力的作用，环氧 树脂会趋向于附着在硫酸钙晶须表面并固化，从而使微孔露出，这样就可以制得所需的过 滤材料。
[0023] 在硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料中硫酸钙晶须作为过滤材料的主体材料， 起骨架和产生微孔的作用，环氧树脂作为粘接材料，起粘接硫酸钙晶须的作用，溶剂起稀释 环氧树脂的作用和加热挥发后的辅助致孔作用。在硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料 的制备过程中，硫酸钙晶须和环氧树脂的质量比应根据过滤材料对强度和孔隙率的要求而 定，而溶剂与环氧树脂的体积比应满足使上述三者的混合液经充分搅拌后可形成稳定均匀 的悬浊液。这里稳定均匀的悬浊液具体指：当环氧树脂均匀溶解在溶剂中，硫酸钙晶须加 入到上述环氧树脂溶液内后充分搅拌并静置10?20min后，硫酸钙晶须不出现明显的沉 降。试验显示，硫酸钙晶须和环氧树脂的质量比为9:1?4:6、溶剂与环氧树脂的体积比为 8:1?5:5时可满足过滤材料制备的要求。
[0024] 由于环氧树脂具有对金属和非金属材料粘接性强、粘接强度高、对大部分溶液稳 定性好等特性，因此本发明采用环氧树脂作为粘接材料。环氧树脂是以芳香族、脂肪族或脂 环族分子为骨架，含有两个或两个以上的环氧基分子，通过环氧基团开环反应而生成一种 低聚物。试验显示，粘度为0. 1?30(Pa ·8,25? )、环氧值为0. 2?0. 8(mol环氧基/IOOg) 的环氧树脂可用于硫酸钙晶须/环氧树脂复合过滤材料的制备，包括双酚A型环氧树脂、双 酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂，如E-51 (双酚A型环氧树脂）、E-55 (双酚A型环氧树 脂）、170 (双酚F型环氧树脂）、184 (脂环族环氧树脂）等牌号的环氧树脂。
[0025] 环氧树脂要起到粘接的作用，还必须通过与环氧树脂固化剂进行固化反应，以形 成立体网状结构。环氧树脂固化剂可分为脂肪多元胺型固化剂（如乙二胺、二乙烯三胺、三 甲基六亚甲基二胺等）、脂环多元胺型固化剂（如二胺甲基环己烷等）、芳香胺类型固化剂 (如间苯二胺、间苯二甲胺等）、酸酐类型固化剂（如苯酮四羧酸二酐等）、聚酰胺类型固化 剂、改性胺类型固化剂等。这些类型的固化剂都可用于所述的过滤材料的制备。每种固化 剂的固化条件不尽相同，需根据不同固化剂的固化条件使用。
[0026] 溶剂应选择与所使用环氧树脂相容性良好、且具挥发性的溶剂，包括甲醇、乙醇、 异丙醇、丙酮等，考虑到溶剂需要加热去除，为使操作安全方便，可优选乙醇、异丙醇。
[0027] 浇铸入模具后，需在一定温度下处理一定时间以使溶剂全部挥发除去，且根据所 使用的固化剂规定的固化条件，在一定温度下固化一定时间以使环氧树脂充分固化。因此 处理方式为先在6