一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料及制备方法技术

本发明专利技术涉及污水处理领域，公开了一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料及制备方法。包括如下制备过程：（1）将木屑、树皮、秸秆、淀粉加入N,N‑二甲基甲酰胺中制成混合液；（2）加入聚丙烯腈粉末、硅酸盐制成混合液溶胶；（3）通过静电喷射均匀喷涂于碳纤维表面，得到生物质包覆的碳纤维；（4）在模具中压制成型，制得用于污水处理的复合碳纤维生物填料。本发明专利技术制得的碳纤维生物填料，利用木屑、树皮、秸秆、淀粉作为生物质原料，通过静电喷涂技术牢固负载在碳纤维表面，可以改善碳纤维的生物亲和性，并加速微生物挂膜生长，并且制备方法简单易行，成本低，易规模化推广，在污水处理中有效地去除COD、氨氮、总磷等污染物。

【技术实现步骤摘要】
一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料及制备方法
本专利技术涉及污水处理领域，公开了一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料及制备方法。
技术介绍
污水中的主要污染物有悬浮物、难生物降解有机物、酸碱毒物、毒性物质等，排入水体中会对水环境造成严重的危害。一般采用物化、生化结合的方法处理造纸污水，首先采用气浮或沉淀方法去除污水中大部分SS、非溶解性COD及部分溶解性COD和BOD5，另一部分可溶性COD、BOD5再通过生化方法有效去除。在污水处理
，生物膜载体主要分为无机载体和有机载体。常见的无机载体有石英砂、陶粒、活性炭、沸石、玻璃等；有机载体有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。无机载体尽管机械强度高、化学性质相对稳定，但存在微生物固定量少，形成的生物膜容易脱落，生物的耐冲击能力差的缺陷；而有机载体主要以塑料为主，虽然质轻，但是与微生物间的相容性较差，不易挂膜。碳纤维是一种理想的生物填料之一，碳纤维材料具有发达的表面微孔结构，利于微生物附着生长，可以通过表面附着微生物的生物脱氮除磷作用去除水中的污染物质；碳纤维材料有较大的比表面积，可以通过吸附作用去除水中溶解态污染物；此外，碳纤维表面含有-OH、-CO、-COO等官能团使碳纤维具有表面活性，利于与其他物质结合，因而在污水处理，特别是作为生物填料的应用中受到人们的关注。中国专利技术专利申请号201110425425.3公开了一种生态碳纤维复合材料、其制备方法以及包括其的污水处理反应器。生态碳纤维复合材料包括：芯层，由比表面积大于1000m2/g的生物活性碳纤维构成；外层，由丙纶纤维的网眼布构成，外层包裹在芯层的外周。生态碳纤维复合材料通过将比表面积大于1000m2/g的生物活性碳纤维作为芯层，并在芯层外侧设置丙纶纤维网眼布以起到增强作用，使这种生态碳纤维复合材料在具有比表面积大、孔径分布合理，吸附性高的优势的同时，具有较高的强度，进而坚固耐用，便于清洗维护，不易藏纳污泥，减少了更换次数，延长了使用寿命。中国专利技术专利申请号201711278031.3公开了一种在碳纤维表面制备水热碳层的方法及其应用。方法包括：采用水热法，使包含有碳纤维和0.01~10wt％碳源的水热反应液于150~300℃反应1~24h，从而在碳纤维表面原位生成连续的水热碳层。由该方法获得的碳纤维材料包括碳纤维以及经原位连续生成而覆盖于所述碳纤维表面的水热碳层，水热碳层具有高比表面积、高粗糙度和大量的官能团，可广泛的应用于碳纤维复合材料制备、污水处理等领域。根据上述，现有方案中用于污水处理生物填料的碳纤维材料，普遍存在表面光滑，表面亲水性和生物亲和性较差，且价格昂贵，导致微生物生长受限制，不利于生物挂膜的缺陷，限制了其在污水处理领域中的应用。
技术实现思路
目前应用较广的用于污水处理生物填料的碳纤维材料，普遍存在表面光滑，表面亲水性和生物亲和性较差，且价格昂贵，导致微生物生长受限制，不利于生物挂膜的缺陷。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料的制备方法，制备的具体过程为：（1）将木屑、树皮、秸秆、淀粉加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散均匀，制得混合液；（2）将聚丙烯腈粉末、硅酸盐加入步骤（1）制得的混合液中，然后水浴加热反应，制得混合液溶胶；（3）将步骤（2）制得的混合液溶胶放入静电喷射装置，然后均匀喷涂于碳纤维上形成涂覆层，接着真空干燥，制得生物质包覆的碳纤维；（4）将步骤（3）制得的生物质包覆的碳纤维放入模具中，压制成型，制得用于污水处理的复合碳纤维生物填料。优选的，步骤（1）所述超声分散的超声波频率为30~40kHz，时间为20~30min。优选的，步骤（1）中：木屑5~10重量份、树皮5~10重量份、秸秆5~10重量份、淀粉5~10重量份、N,N-二甲基甲酰胺60~80重量份。优选的，步骤（2）所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中的至少一种。优选的，步骤（2）所述水浴加热反应的温度为70~80℃，时间为1~2h。优选的，步骤（2）中：聚丙烯腈粉末30~40重量份、硅酸盐10~15重量份、混合液45~60重量份。优选的，步骤（3）所述静电喷射的电压为10~12kV，喷射距离为8~12cm。优选的，步骤（3）所述涂覆层的厚度为10~80μm。优选的，步骤（4）所述压制成型的压力为1~2MPa，保压时间为10~15s。由上述方法制备得到的一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料，将一定质量配比的木屑、树皮、秸秆、淀粉放入到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散后，加入聚丙烯腈粉末和硅酸盐，水浴加热，形成混合液溶胶；将上述混合液溶胶放入静电喷射装置，均匀地喷涂在碳纤维上形成涂覆层，真空干燥，得到生物质包覆的碳纤维，放入模具中压制成型，即可。测试本专利技术制备的复合碳纤维生物填料的反硝化菌挂膜量及挂膜时间，并与市售碳纤维生物填料相对比，本专利技术的方法具有明显优势，如表1所示。本专利技术提供了一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出了采用静电喷涂技术制备用于污水处理的复合碳纤维生物填料的方法。2、通过将生物质原料与聚丙烯腈制备成溶胶，通过静电喷涂技术牢固地涂覆在碳纤维上制得易挂膜的生物填料。3、利用木屑、树皮、秸秆、淀粉作为生物质原料，负载在碳纤维表面，可以改善碳纤维的生物亲和性，并加速微生物挂膜生长。4、本专利技术制备方法简单易行，用于工业化制备生物填料可大大节约成本，应用于造纸废水生化处理过程，能够有效地去除COD、氨氮、总磷等污染物。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本专利技术的范围内。实施例1（1）将木屑、树皮、秸秆、淀粉加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散均匀，制得混合液；超声分散的超声波频率为36kHz，时间为24min；其中：木屑7重量份、树皮7重量份、秸秆7重量份、淀粉7重量份、N,N-二甲基甲酰胺72重量份；（2）将聚丙烯腈粉末、硅酸盐加入步骤（1）制得的混合液中，然后水浴加热反应，制得混合液溶胶；硅酸盐为硅酸钠；水浴加热反应的温度为76℃，时间为1.5h；其中：聚丙烯腈粉末36重量份、硅酸盐13重量份、混合液51重量份；（3）将步骤（2）制得的混合液溶胶放入静电喷射装置，然后均匀喷涂于碳纤维上形成涂覆层，接着真空干燥，制得生物质包覆的碳纤维；静电喷射的电压为11kV，喷射距离为11cm；涂覆层的平均厚度为50μm；（4）将步骤（3）制得的生物质包覆的碳纤维放入模具中，压制成型，制得用于污水处理的复合碳纤维生物填料；压制成型的压力为1.5MPa，保压时间为13s。实施例1制得的复合碳纤维生物填料，其反硝化菌挂膜量、挂膜时间、COD去除效果及氨氮废水处理实验的氨氮质量浓度实验结果如表1所示。实施例2（1）将木屑、树皮、秸秆、淀粉加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散均匀，制得混合液；超声分散的超声波频率为30kHz，时间为30min；其中：木屑5重量份、树皮5重量份、秸秆5重量份、淀粉5重量份、N,N-二甲基甲酰胺80重量份本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：（1）将木屑、树皮、秸秆、淀粉加入N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散均匀，制得混合液；（2）将聚丙烯腈粉末、硅酸盐加入步骤（1）制得的混合液中，然后水浴加热反应，制得混合液溶胶；（3）将步骤（2）制得的混合液溶胶放入静电喷射装置，然后均匀喷涂于碳纤维上形成涂覆层，接着真空干燥，制得生物质包覆的碳纤维；（4）将步骤（3）制得的生物质包覆的碳纤维放入模具中，压制成型，制得用于污水处理的复合碳纤维生物填料。

【技术特征摘要】
1.一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：（1）将木屑、树皮、秸秆、淀粉加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散均匀，制得混合液；（2）将聚丙烯腈粉末、硅酸盐加入步骤（1）制得的混合液中，然后水浴加热反应，制得混合液溶胶；（3）将步骤（2）制得的混合液溶胶放入静电喷射装置，然后均匀喷涂于碳纤维上形成涂覆层，接着真空干燥，制得生物质包覆的碳纤维；（4）将步骤（3）制得的生物质包覆的碳纤维放入模具中，压制成型，制得用于污水处理的复合碳纤维生物填料。2.根据权利要求1所述一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述超声分散的超声波频率为30~40kHz，时间为20~30min。3.根据权利要求1所述一种用于污水处理的复合碳纤维生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中：木屑5~10重量份、树皮5~10重量份、秸秆5~10重量份、淀粉5~10重量份、N,N-二甲基甲酰胺60~80重量份。4.根据权利要求1所述一种用于污水处理的复合碳纤维生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，何方，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51