一种用于污水处理的离子响应挂膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于污水处理的离子响应挂膜材料及其制备方法。首先制备具有离子响应性的互穿网络水凝胶，再对离子响应性互穿网络水凝胶负载碳源，得到用于污水处理的离子响应挂膜材料。该挂膜材料力学强度高、拉伸性能好，可通过变换模具制备出不同形状的挂膜材料，满足污水处理对挂膜材料的要求。且该挂膜材料具有离子强度响应性，可根据污水处理中硝化过程产生的NO

An ion response membrane material for sewage treatment and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于污水处理的离子响应挂膜材料及其制备方法
本专利技术涉及污水处理的
，尤其涉及一种用于污水处理的离子响应挂膜材料及其制备方法。
技术介绍
近年来,随着我国农村经济发展与农村生活水平的提高,越来越多的农村生活污水产生并进入水循环系统，从而污染水环境。农村生活污水处理中脱氮是重要目的之一,目前传统的生物脱氮方式主要是通过硝化将NH4+氧化成NO3-或NO2-,再通过反硝化将NO3-或NO2-还原为N2排入大气。在反硝化过程中需要消耗大量的有机碳源,但目前的农村生活污水C/N普遍较低,致使反硝化过程所需碳源不足,造成脱氮效率低下。许多学者通过投加碳源来促进反硝化过程的进行。但甲醇、葡萄糖等液态碳源投加量难以控制，二次污染问题比较突出。纤维素类固体碳源易被微生物利用，但释碳周期短，前期释碳量高易造成二次污染。人工合成可生物降解聚合类固体碳源通常释碳周期较长但释碳量小。因此对现有污水处理中碳源投加技术加以改进，从而实现低C/N农村生活污水高效脱氮十分有必要。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种用于污水处理的离子响应挂膜材料及其制备方法。所制备的材料力学强度高，拉伸性能好，符合污水处理对挂膜材料的要求。且该挂膜材料负载了碳源并具有离子强度响应性，可根据污水处理中硝化过程产生的NO3-或NO2-的浓度控制碳源的释放速率，为低C/N的农村生活污水的处理系统适当补充碳源。为解决其技术问题，本专利技术采用的技术方案为：制备离子响应性互穿网络水凝胶，再负载碳源，得到用于污水处理的离子响应挂膜材料。包括如下步骤：(1)将羧基纳米纤维素加入到水中并进行2-30分钟的超声处理，配成1-3.5wt％的羧基纳米纤维素悬浊液；(2)将总重为80-120g，质量比为100：0.5-0.7：0.15-0.25：6-9的N-乙烯基吡咯烷酮、光引发剂、交联剂和端胺基聚乙二醇混合物加入到500-700ml水中，搅拌5-60min形成均匀混合液1；并对混合液1通氮气鼓泡5-30min；(3)将80-100ml的1-3.5wt％羧基纳米纤维素悬浮液加入混合液1中形成混合液2，并调节pH为7.5-9，对混合液2进行5-30min的搅拌使之分散均匀；将所得混合液2加入到模具中，加热至30-50℃并维持5-60min；然后将混合液2逐渐冷却至室温，并静置15-50min得到中间产物1；(4)将中间产物1置于254nm或365nm紫外线下照射1-5h，照射完成后从模具中取出，浸泡于去离子水中2-5天，每8-24小时换一次水，以去除未反应的单体；浸泡完成后用去离子水进行洗涤，得到具有离子响应性的互穿网络水凝胶；(5)将碳源配制成饱和碳源水溶液，将上述具有离子响应性的互穿网络水凝胶浸泡于碳源水溶液中1-60天，每1-10天换一次碳源水溶液；浸泡完成后用去离子水洗涤得到负载碳源的离子响应性互穿网络水凝胶，即一种用于污水处理的离子响应挂膜材料。所述步骤(2)中光引发剂为安息香二甲醚、α、α-二乙氧基苯乙酮、2,2'-偶氮二异丁脒盐酸盐、二苯甲酮、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、1-氯-4-丙氧基硫杂蒽-9-酮中的任意一种或多种的混合。所述步骤(2)中交联剂为二甲基丙烯酸二甘醇酯、乙烯基三丁酮肟基硅烷、二乙烯基苯、三烯丙基胺、烯丙基缩水甘油醚中的任意一种或多种的混合。所述步骤(5)中碳源为葡萄糖、蔗糖和果糖中的任意一种或多种的混合。一种根据上述制备方法制得的用于污水处理的离子响应挂膜材料。所述的负载碳源的离子响应性互穿网络水凝胶即一种用于污水处理的离子响应挂膜材料，具有良好的力学性能。具有离子强度响应性，可根据污水处理中硝化过程产生的NO3-或NO2-的浓度来控制反硝化过程所需碳源的释放速率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.本专利技术制备的一种用于污水处理的离子响应挂膜材料，力学强度高、拉伸性能好、可通过变换模具制备出不同形状挂膜材料，满足污水处理对挂膜材料的要求。2.本专利技术制备的挂膜材料负载了碳源，可为低C/N的农村生活污水补充碳源，以满足反硝化过程对碳源的需求，提高污水脱氮效率。3.本专利技术制备的挂膜材料具有离子强度响应性，可根据污水处理中硝化过程产生的NO3-或NO2-的浓度来控制反硝化过程所需碳源的释放速率。离子强度越强挂膜材料的碳源释放速率越高。污水C/N低时，水中碳源不足以支撑反硝化过程进行，累积的NO3-或NO2-浓度变高，由离子强度响应引起的挂膜材料中碳源释放速率加快。离子强度响应的碳源释放避免了碳源释放量不足引起脱氮效率下降或碳源释放量过多引起二次污染的情况出现。附图说明图1本专利技术实施例1制备的挂膜材料碳源释放率与时间关系。图2本专利技术实施例2制备的挂膜材料5天内碳源累积释放率与实验模拟废水中NO3-浓度关系。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体描述，只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限定。对外应理解，在阅读了本专利技术的内容之后，本领域技术人员对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)将羧基纳米纤维素加入到水中并进行5分钟的超声处理，配成1wt％的羧基纳米纤维素悬浊液。(2)将总重为80g，质量比为100：0.5：0.15：7的N-乙烯基吡咯烷酮、安息香二甲醚、二乙烯基苯和端胺基聚乙二醇混合物加入到500ml水中，搅拌10min形成均匀混合液1。并对混合液1通氮气鼓泡10min。(3)将80ml的1wt％羧基纳米纤维素悬浮液加入混合液1中形成混合液2，并调节pH为8。对混合液2进行15min的搅拌使之分散均匀。将所得混合液2加入到模具中，加热至35℃并维持40min。然后将混合液2逐渐冷却至室温，并静置30min得到中间产物1。(4)将中间产物1置于254nm紫外线下照射3h，照射完成后从模具中取出。浸泡于去离子水中2天，每10小时换一次水，以去除未反应的单体。浸泡完成后进行洗涤，得到具有离子响应性的互穿网络水凝胶。(5)将葡萄糖配制成水溶液，将上述具有离子响应性的互穿网络水凝胶浸泡于葡萄糖水溶液中45天，每5天换一次葡萄糖水溶液。浸泡完成后用去离子水洗涤得到负载碳源的离子响应性互穿网络水凝胶，即一种用于污水处理的离子响应挂膜材料。本实施例制得的挂膜材料拉伸强度达1.3MPa。本实施例制得的挂膜材料置于模拟污水中经过30天后，碳源累积释放率为41％。为验证挂膜材料的碳源缓释性能，取六等份本实施例制得的挂膜材料分别放入等量相同配比的模拟废水中。分别于第5天、第10天、第15天、第20天、第25天、第30天时取一份测定其碳源释放率，结果如图1所示。实施例2(1)将羧基纳米纤维素加入到水中并进行10分钟的超声处理，配成2wt％的羧基纳米纤维素悬浊液。(2)将总重为85g，质量比为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于污水处理的离子响应挂膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将羧基纳米纤维素加入到水中并进行2-30分钟的超声处理，配成1-3.5wt％的羧基纳米纤维素悬浊液；/n(2)将总重为80-120g，质量比为100：0.5-0.7：0.15-0.25：6-9的N-乙烯基吡咯烷酮、光引发剂、交联剂和端胺基聚乙二醇混合物加入到500-700ml水中，搅拌5-60min形成均匀混合液1；并对混合液1通氮气鼓泡5-30min；/n(3)将80-100ml的1-3.5wt％羧基纳米纤维素悬浮液加入混合液1中形成混合液2，并调节pH为7.5-9，对混合液2进行5-30min的搅拌使之分散均匀；将所得混合液2加入到模具中，加热至30-50℃并维持5-60min；然后将混合液2逐渐冷却至室温，并静置15-50min得到中间产物1；/n(4)将中间产物1置于254nm或365nm紫外线下照射1-5h，照射完成后从模具中取出，浸泡于去离子水中2-5天，每8-24小时换一次水，以去除未反应的单体；浸泡完成后用去离子水进行洗涤，得到具有离子响应性的互穿网络水凝胶；/n(5)将碳源配制成饱和碳源水溶液，将上述具有离子响应性的互穿网络水凝胶浸泡于碳源水溶液中1-60天，每1-10天换一次碳源水溶液；浸泡完成后用去离子水洗涤得到负载碳源的离子响应性互穿网络水凝胶，即一种用于污水处理的离子响应挂膜材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于污水处理的离子响应挂膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将羧基纳米纤维素加入到水中并进行2-30分钟的超声处理，配成1-3.5wt％的羧基纳米纤维素悬浊液；
(2)将总重为80-120g，质量比为100：0.5-0.7：0.15-0.25：6-9的N-乙烯基吡咯烷酮、光引发剂、交联剂和端胺基聚乙二醇混合物加入到500-700ml水中，搅拌5-60min形成均匀混合液1；并对混合液1通氮气鼓泡5-30min；
(3)将80-100ml的1-3.5wt％羧基纳米纤维素悬浮液加入混合液1中形成混合液2，并调节pH为7.5-9，对混合液2进行5-30min的搅拌使之分散均匀；将所得混合液2加入到模具中，加热至30-50℃并维持5-60min；然后将混合液2逐渐冷却至室温，并静置15-50min得到中间产物1；
(4)将中间产物1置于254nm或365nm紫外线下照射1-5h，照射完成后从模具中取出，浸泡于去离子水中2-5天，每8-24小时换一次水，以去除未反应的单体；浸泡完成后用去离子水进行洗涤，得到具有离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王黎瑾，唐世刚，
申请(专利权)人：丽水学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33