مراجعة لدراسات تعديل سطح ألياف البازلت

باعتبارها مادة ألياف غير عضوية عالية الأداء، تتمتع ألياف البازلت بخصائص ميكانيكية ممتازة، كيميائي أدت المقاومة العالية والاستقرار في درجات الحرارة العالية إلى تطبيقات متنوعة في الهندسة المدنية، والمواد المركبة، وحماية البيئة. ومع ذلك، تتميز ألياف البازلت بأسطح ناعمة وتفتقر إلى المجموعات الوظيفية النشطة، مما يؤدي إلى ضعف خصائص الترابط السطحي مع المواد المصفوفة. لذلك، يمكن لتعديل سطح ألياف البازلت تحسين خصائص الترابط السطحي بشكل كبير، وتعزيز تطبيقاتها في مجالي المواد المركبة وحماية البيئة. فيما يلي تطورات الأبحاث المتعلقة بالعديد من طرق التعديل الرئيسية.

1. تعديل سطح عامل اقتران السيلان

عامل ربط السيلان هو عامل معالجة سطحية شائع الاستخدام يعمل على تحسين خصائص الترابط السطحي بين الألياف ومواد المصفوفة من خلال الترابط الكيميائي.

تعديل KH-550

أظهرت الدراسة أن معالجة ألياف البازلت بمحلول عامل اقتران السيلان KH-550 تُكوّن روابط كيميائية مستقرة على سطح الألياف، وتُحسّن الترابط بين الألياف والإسفلت. يبلغ التركيز المناسب لمحلول KH-550 1.0%، وتستغرق المعالجة 30 دقيقة. بعد التعديل، تحسّن الالتصاق بين ألياف البازلت والإسفلت بدرجة واحدة. كما زاد معدل امتصاص الزيت بنسبة 65.5%، مما عزز الالتصاق بالإسفلت بشكل ملحوظ.

كيه اتش-570 تعديل

يُعدِّل KH-570 ألياف البازلت لجعل سطحها أكثر خشونة وزيادة النقاط النشطة عليها. في المواد المركبة، مع زيادة طول الألياف المعدلة وكمية الإضافات، تتحسن الخصائص الميكانيكية للمادة المركبة بشكل ملحوظ.

2. تعديل المواد الخافضة للتوتر السطحي

تعديل CTAC

يُحسّن الطلاء الفيزيائي لألياف البازلت باستخدام مادة سيتيل ثلاثي ميثيل كلوريد الأمونيوم (CTAC) الكاتيونية الخافضة للتوتر السطحي من قابلية الألياف للامتصاص والتشتت في الماء. ولطريقة التعديل هذه تأثير كبير على التصاق الغشاء الميكروبي، حيث تزداد قوة التصاقه بشكل ملحوظ. كما أن زيادة كمية الالتصاق الميكروبي تُسهّل استخدامه في معالجة مياه الصرف الصحي.

3. تعديل ترسيب الطور السائل للحديد العضوي

يُمكن لتعديل ألياف البازلت بترسيب الحديد العضوي في الطور السائل أن يُحسّن قدرة الالتصاق الحيوي لسطح الألياف، ويُعزز استخدامها في مجال معالجة مياه الصرف الصحي. تُشكّل هذه الطريقة طبقة أكسيد حديد مستقرة على سطح الألياف، مما يُحسّن امتصاصها وتحللها للملوثات.

4. تعديل الطلاء باستخدام النانو سيليكا

تتوزع جزيئات النانوسيليكا بشكل موحد في المادة المتسربة أو المشتتة، ويمكن تعديل طلاء ألياف البازلت: بين ألياف البازلت وراتنج الإيبوكسي، تلعب جزيئات النانوسيليكا دور الجسر، مما يُحسّن بشكل كبير من توافق السطحين. بعد التعديل، تزداد خشونة سطح ألياف البازلت، وتزداد مساحة السطح النوعية، وتزداد المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين. أظهرت الدراسة أنه باستخدام حامل ألياف البازلت المعدل بالنانوسيليكا، زادت الكمية الفعلية للغشاء الميكروبي لكل غرام من الألياف المُركّبة بنسبة 21.39%. كما تحسّنت كفاءة إزالة الملوثات بشكل ملحوظ.

الخاتمة والتوقعات

تم تحسين نشاط السطح، وخصائص الترابط بين السطوح، ووظائف ألياف البازلت بشكل ملحوظ باستخدام طرق مختلفة لتعديل السطح. من بينها:

1. يعد تعديل عامل اقتران السيلان أكثر ملاءمة لتحسين التصاق ألياف البازلت مع مواد المصفوفة (مثل الأسمنت والإسفلت وراتنج الإيبوكسي وما إلى ذلك).
2. يعد تعديل المواد الخافضة للتوتر السطحي وتعديل ترسب الحديد العضوي أكثر ملاءمة لمجال حماية البيئة، وخاصة لتطبيق الناقل الميكروبي في معالجة مياه الصرف الصحي.
3. تتمتع تعديلات طلاء النانو السيليكا، مع مزايا تحسين الخصائص الميكانيكية والوظيفية، بمجموعة واسعة من الآفاق في مجال المواد المركبة وحماية البيئة.

يمكن للأبحاث المستقبلية أن تعمل على تحسين معلمات عملية التعديل بشكل أكبر واستكشاف التأثير التآزري لطرق التعديل المختلفة لتلبية احتياجات التطبيقات المختلفة.