一种高效电纺纤维生物膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效电纺纤维生物膜及其制备方法，所述生物膜包括基材，所述基材作为底层材料，其上覆盖有N层高分子聚合物纳米纤维膜，其中1≤N≤4，所述基材及N层高分子聚合物纳米纤维膜中至少有一层上表面喷涂有溶解有复合菌种的液体粘结剂。本发明专利技术采用基材+电纺膜组成生物膜，基材表面覆盖电纺膜，基材表面的蓬松性与电纺膜的蓬松性进行了充分叠加，提供了很多的三维小空间供细菌生存并且不容易脱落，增加了生物膜的挂膜量。而电纺膜的覆盖也起到了保护基材或下层电纺膜的作用，同时由于电纺膜本身的吸水性，也为细菌的生存提供了良好的环境。

An efficient electrospun fiber biofilm and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高效电纺纤维生物膜及其制备方法
本专利技术属于水处理
，具体涉及一种高效电纺纤维生物膜及其制备方法。
技术介绍
微污染水体一般是指所含有的污染物种类较多、性质较复杂，但浓度比较低微的水体。随着我国工农业的迅猛发展，人们在生活、生产过程中排放的污染物对源水水质的污染越来越严重，饮用水供水安全问题得到了广泛重视。目前，世界上大多数国家的水厂采用的是常规的絮凝、沉淀、过滤、消毒等处理工艺，而常规处理工艺主要去除对象是水中的悬浮物、胶体物质和细菌，对水中溶解性有机物、氨氮、硝氮等去除效率低。因此，微污染水源水的处理技术已成为一项重要而又迫切的研究课题。微污染水的深度处理技术主要有活性污泥法以及生物挂膜法等，其中生物挂膜法是采取细胞固定化技术，将用于污水处理的微生物固定在基质(生物膜)上，再利用该基质处理污水，具有操作简便、易于回收、活性稳定、适应性强等优点。而微生物固化技术的关键因素之一就是选择合适的生物载体(生物填料)，现有的生物填料存在比表面太小、与微生物之间的亲和性和相融性太差，导致挂膜量严重不足和效率不高的问题。且现有的生物填料在使用前都需要先植入菌种，针对无法先植入菌种的情况，则无法进行生物挂膜法进行水处理。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高效电纺纤维生物膜及其制备方法，显著增加了生物填料的比表面，并显著增加了生物填料的亲水性，使得生物填料成为亲水性物质，同时，该生物膜还可以在无法植入菌种的情况下使用。本专利技术采取的具体技术方案是：<br>一种高效电纺纤维生物膜，包括基材，所述基材作为底层材料，其上覆盖有N层高分子聚合物纳米纤维膜，其中1≤N≤4，所述基材及N层高分子聚合物纳米纤维膜中至少有一层上表面喷涂有溶解有复合菌种的液体粘结剂。优选地，，所述所述高分子聚合物纳米纤维膜原料选自聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜树脂(PES)、聚酰胺6(PA6)、聚偏氟乙烯(PVDF)，每层高分子聚合物纳米纤维膜原料相同或不同。优选地，所述生物膜还包括以下特征一项或多项：一、所述基材为聚酯基材；二、所述高分子聚合物纳米纤维膜是将高分子聚合物溶解在有机溶剂中得高分子聚合物溶液，溶液再通过静电纺丝工艺附着在基材上或下层的高分子聚合物纳米纤维膜形成；三、所述溶解有复合菌种的液体粘结剂通过气流喷涂或者超声喷涂的方式点缀于基材和/或每层高分子聚合物纳米纤维膜上表面；四、所述液体粘结剂由水、液体蛋清和淀粉按照质量比5：4：1的比例混合而成；五、所述溶解有复合菌种的液体粘结剂中，复合菌种与液体粘结剂的质量比:1：35-45。优选地，所述生物膜还包括以下特征一项或多项：一、制备高分子聚合物纳米纤维膜时，PAN溶液浓度为8％-12％，PES溶液浓度为22％-26％，PA6溶液浓度为20％～25％，PVDF溶液浓度为8％-12％；二、所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或甲酸；三、所述溶解有复合菌种的液体粘结剂中，复合菌种与液体粘结剂的质量比为1:40；四、所述聚酯基材选自PET、PBT、聚芳酯；五、所述静电纺丝工艺为湿法静电纺丝工艺或熔融静电纺丝工艺。更优选地，所述基材3.2493mm-4.2350mm；所述高分子聚合物纳米纤维膜层总厚度为0.22um-0.34um。相应地，本专利技术还提供了制备上述高效电纺纤维生物膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按配比配制各高分子聚合物溶液，先将高分子聚合物粉末放入玻璃烧杯然后再放入有机溶剂，在常温下使用机械搅拌器搅拌均匀，制得各高分子聚合物溶液；(2)按配比配制溶解有复合菌种的液体粘结剂，先将液体粘结剂粉末放入玻璃烧杯然后再放入复合菌种，在常温条件下缓慢搅拌，制得溶解有复合菌种的液体粘结剂；(3)以基材为底材料，开启气体渗透结合装置，使基材表面有湿润粘稠气流通过，并形成一个湿润粘稠气流空间；(4)在湿润粘稠气流空间中，按照所制备的高效电纺纤维生物膜要求选择是否将溶解有复合菌种的液体粘结剂通过气流喷涂或者超声喷涂的方式点缀于基材上表面；(5)在湿润粘稠气流空间中，开启静电纺丝装置将高分子聚合物溶液喷向喷涂有液体粘结剂的基材表面上电纺成高分子聚合物纳米纤维膜；(6)在湿润粘稠气流空间中，按照所制备的高效电纺纤维生物膜要求选择是否将溶解有复合菌种的液体粘结剂通过气流喷涂或者超声喷涂的方式点缀于上一步步骤电纺的高分子聚合物纳米纤维膜上表面；(7)在湿润粘稠气流空间中，按照所制备的高效电纺纤维生物膜要求选择是否重复或多次重复步骤(5)和/或步骤(6)；(8)对生物膜的边缘处进行超声复合的固定，然后置于4℃下的环境中进行冰藏。优选地，所述制备方法中，配制高分子聚合物溶液过程中，机械搅拌器搅拌速率为600r/min，搅拌时间为6小时。优选地，所述制备方法中，配制溶解有复合菌种的液体粘结剂过程中，搅拌速率为200r/min，搅拌时间为6小时。气体渗透相结合法：使用气体渗透的原理，通过气体为载体输送一些特殊结合物，在恒定温度下，使电纺膜在不破损的情况下可以和基材相结合得更好。超声波复合机是利用高频振动波传递到两个或多个需焊接的材料表面，在加压的情况下，使材料表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，达到布料与布料、布料与化纤棉、塑料薄膜与塑料薄膜等材料，面料和喷胶棉、无纺布、海棉等材料的熔接，从而完成焊接。其优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工。基于此，本专利技术采用对生物膜的边缘处进行超声复合的固定。与现有技术相比较，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术采用基材+电纺膜组成生物膜，基材表面覆盖电纺膜，基材表面的蓬松性与电纺膜的蓬松性进行了充分叠加，提供了很多的三维小空间供细菌生存并且不容易脱落，增加了生物膜的挂膜量。而电纺膜的覆盖也起到了保护基材或下层电纺膜的作用，同时由于电纺膜本身的吸水性，也为细菌的生存提供了良好的环境。2.本专利技术通过在基材和/或电纺膜上喷涂了溶解有复合菌种的液体粘结剂，提高整张生物挂膜的利用率，因为接种的菌种自由渗透的速度稍慢，影响了挂膜的起步效率，从而导致整体效率下降，通过喷涂溶解有复合菌种的液体粘结剂可以提高挂膜的起步效率，使得整体效率提高，且液体粘结剂加强了膜与基材或膜与膜之间的结合性，不容易脱落。3.本专利技术通过在在基材和/或电纺膜上喷涂了溶解有复合菌种的液体粘结剂，在无法接入菌种的情况下，依然可以采用生物挂膜法进行水处理。4、本专利技术在制备生物膜过程中，用到了两种特别的加工装置，气体渗透结合装置和超声复合装置，气体渗透结合装置可以加强三层膜之间的结合性，超声复合装置可以固定三层膜使其在遭遇冲刷时结构不会散架。附图说明图1为实施例1所述高效电纺纤维生物膜的结构示意图图2静电纺丝工艺示意图图3喷涂复合液工艺示意图图中：1-聚酯基材；2-混合液膜；3-PAN电纺膜；4-PES电纺膜；5-静电纺丝机；6-喷涂机；7-接收板；8-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效电纺纤维生物膜，其特征在于，包括基材，所述基材作为底层材料，其上覆盖有N层高分子聚合物纳米纤维膜，其中1≤N≤4，所述基材及N层高分子聚合物纳米纤维膜中至少有一层上表面喷涂有溶解有复合菌种的液体粘结剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效电纺纤维生物膜，其特征在于，包括基材，所述基材作为底层材料，其上覆盖有N层高分子聚合物纳米纤维膜，其中1≤N≤4，所述基材及N层高分子聚合物纳米纤维膜中至少有一层上表面喷涂有溶解有复合菌种的液体粘结剂。


2.根据权利要求1所述一种高效电纺纤维生物膜，其特征在于，所述所述高分子聚合物纳米纤维膜原料选自聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜树脂(PES)、聚酰胺6(PA6)、聚偏氟乙烯(PVDF)，每层高分子聚合物纳米纤维膜原料相同或不同。


3.根据权利要求1或2所述一种高效电纺纤维生物膜，其特征在于，所述生物膜还包括以下特征一项或多项：一、所述基材为聚酯基材；二、所述高分子聚合物纳米纤维膜是将高分子聚合物溶解在有机溶剂中得高分子聚合物溶液，溶液再通过静电纺丝工艺附着在基材上或下层的高分子聚合物纳米纤维膜形成；三、所述溶解有复合菌种的液体粘结剂通过气流喷涂或者超声喷涂的方式点缀于基材和/或每层高分子聚合物纳米纤维膜上表面；四、所述液体粘结剂由水、液体蛋清和淀粉按照质量比5：4：1的比例混合而成；五、所述溶解有复合菌种的液体粘结剂中，复合菌种与液体粘结剂的质量比:1：35-45。


4.根据权利要求3所述一种高效电纺纤维生物膜，其特征在于，所述生物膜还包括以下特征一项或多项：一、制备高分子聚合物纳米纤维膜时，PAN溶液浓度为8％-12％，PES溶液浓度为22％-26％，PA6溶液浓度为20％～25％，PVDF溶液浓度为8％-12％；二、所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或甲酸；三、所述溶解有复合菌种的液体粘结剂中，复合菌种与液体粘结剂的质量比为1:40；四、所述聚酯基材选自PET、PBT、聚芳酯；五、所述静电纺丝工艺为湿法静电纺丝工艺或熔融静电纺丝工艺。


5.根据权利要求4所述一种高效电纺纤维生物膜，其特征在于，所述基材厚度为3.2493mm-4.235...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑高峰，傅刚，林国晓，
申请(专利权)人：厦门纳莱科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35