一种聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚醚型聚氨酯‑氧化石墨烯泡沫及其制备方法和应用，属于生物填料技术领域。以聚醚型聚氨酯泡沫作为固定载体氧化石墨烯的载体，聚醚型聚氨酯泡沫在氧化石墨烯分散液经振摇、紫外固化后得到聚醚型聚氨酯‑氧化石墨烯泡沫。该方法操作简单、成本低廉、绿色环保，为石墨烯的固定化提供了新的途径。得到的聚醚型聚氨酯‑氧化石墨烯泡沫保留了聚醚型聚氨酯泡沫和氧化石墨烯的优秀性能，具有良好的亲水性、持水性和表面电荷分布，具有良好的挂膜效果，作为生物填料进行污水处理时具有良好的效果。

Polyether polyurethane oxide graphene foam and preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫及其制备方法和应用
本专利技术属于生物填料
，具体涉及一种聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，针对市政污水中痕量有机物去除有很多方法，但这些方法均存在一些问题，如能耗较大、寿命较短、成本较高等，而污水生物处理技术的节能高效和耦合性强成为可持续污染控制技术的首选。和其他生物填料相比，聚氨酯泡沫的比表面积较大，且其不仅为异养细菌提供生长空间，也为自养细菌创造了生长条件，微生物较容易在上面附着生长。由于内部孔隙连通，聚氨酯泡沫可以提供三种微环境，即厌氧，缺氧和好氧，可以促进填料微生物的活性，保证系统的传质效率。聚氨酯泡沫的化学性质稳定，不参与生物膜的生化反应，因此不可生物降解；同时不会从泡沫中溶出有害物质影响生物活性，而且具有较强的耐腐蚀性和耐久性。基于聚氨酯泡沫的上述特性，聚氨酯泡沫在废水处理中有一定的应用。以聚氨酯泡沫为基础的微生物固定化系统，不仅能够用于水污染处理，而且由于其种种特性，还可用于土壤、湿地等环境的生物修复中。而较之天然生物质载体来说，聚氨酯泡沫在孔径选择自主性、负载材料的引入和抗生物降解性方面仍具有优势，在现阶段的污染防治具有很大的应用价值。单纯的聚氨酯泡沫对有机物的吸附性能不佳，而且不导电，不能与微生物协同作用。纳米氧化石墨烯具有良好的吸附性能和电子传递能力，能够富集有机污染物同时作为外源电子受体加快胞外电子呼吸菌的种间电子转移效率，提升微生物代谢活性，从而加快功能微生物对有机物的降解。但是纳米氧化石墨烯由于其纳米尺度特性，可能对细胞膜造成直接物理损伤，纳米氧化石墨烯的片状结构、纳米级片层厚度使其具有较为锋利的边缘，可能对细胞膜造成伤害，破坏细胞的完整性，有研究表明纳米氧化石墨烯可能通过胞吞或物理切入的方式直接进入植物或细菌细胞内部造成氧化应激损伤。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫及其制备方法和应用，操作简单、成本低廉、绿色环保，为石墨烯的固定化提供了新的途径；制备出的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫具有良好的亲水性、持水性和表面电荷分布，具有良好的挂膜效果；能够作为生物填料进行污水处理。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫的方法，包括以下步骤：1)制备聚醚型聚氨酯泡沫体待用；2)采用氧化石墨烯固体制备氧化石墨烯分散液；3)将步骤1)得到的聚醚型聚氨酯泡沫体切割成块状分别浸入步骤2)得到的氧化石墨烯分散液，振摇后经紫外固化，干燥后得到聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫。优选地，步骤1)具体为：将体积比为1：(1～2)的二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氨酯组合聚醚在30～60s内进行混合，以80～100rpm的转速搅拌至体系呈白色，自动发泡3～5min，降温至常温后发泡结束，切割成正方块后经超声清洗、干燥，得到聚醚型聚氨酯泡沫体。优选地，步骤2)是将氧化石墨烯超声分散在分散液中，制得的氧化石墨烯分散液的浓度为200～300mg/L。进一步优选地，分散剂为超纯水。进一步优选地，超声分散的功率为300～500W，每次超声3～6s，两次之间的间隔为2s，共持续2h；搅拌的速度为100rpm，每0.5h搅拌1次。优选地，步骤3)具体为：将步骤1)得到的聚醚型聚氨酯泡沫体浸入步骤2)得到的氧化石墨烯分散液，以60～120rpm的转速振摇6～12h后取出，在365nm波长的紫外光下固化1h，干燥后得到聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫。优选地，步骤3)中，干燥的温度为50℃，干燥的时间为1h。本专利技术还公开了采用上述方法制备的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫，孔径为200～600μm，压缩强度＞310KPa，压缩模量＞7.5MPa。。本专利技术还公开了所制得的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫作为生物填料进行污水处理的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫的制备方法，以聚醚型聚氨酯泡沫作为固定载体氧化石墨烯的载体，聚醚型聚氨酯泡沫在氧化石墨烯分散液经振摇、紫外固化后得到聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫。当把纳米氧化石墨烯固定在聚氨酯泡沫上时，就会减少石墨烯的对细胞膜的物理切入，不影响微生物在聚氨酯泡沫上的定植，其次，可以利用氧化石墨烯本身吸附并聚集大环内酯类抗生素之后(其他有机污染物)，能够更快速的传递由于有机物部分光解产生的电子流，使其在光照的条件下更有效进行光解，同时实现加快胞外电子呼吸菌的种间电子转移效率，提升微生物代谢活性，从而加快功能微生物对有机物的降解的目的。本方法引入以廉价、特性良好的聚醚型聚氨酯泡沫为载体来固定化氧化石墨烯，氧化石墨烯主要由碳原子和一些极性含氧官能团(如-OH、-COOH、C＝O、-O-等)组成，它保留了石墨烯中离域π共轭体系，具有良好的亲水性，高比表面积与π-π堆积作用，而聚醚型聚氨酯泡沫表面有许多非极性基团，将氧化石墨烯分散在分散液中，再使其均匀分散在聚醚型聚氨酯泡沫中，制备出聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫填料。与传统方法相比，减少了聚氨酯组合聚醚和MDI的用量，并且使用石墨烯分散液负载固定的方法代替传统石墨烯直接混合发泡制备得到复合泡沫，节省石墨烯用量60％，减少由于石墨烯掺入导致的发泡不均和石墨烯外表面被聚氨酯遮蔽的问题。该方法操作简单、成本低廉、绿色环保，为石墨烯的固定化提供了新的途径。采用上述制备方法制得的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯复合泡沫，氧化石墨烯负载后对聚氨酯泡沫外部的包裹导致韧性增强，产生化学键从而增强了界面的相互作用导致，宏观表现为压缩强度提升。氧化石墨烯的加入，提高了复合泡沫表面粗糙度，填料的比表面增加，微生物与底物的接触面积增大，从而更容易黏附微生物，并且加速微生物的生长代谢；复合泡沫保留了聚醚型聚氨酯泡沫和氧化石墨烯的优秀性能，氧化石墨烯均匀分散在聚醚型聚氨酯泡沫中，增加了填料上亲水性官能团的数量，并且氧化石墨烯有极性含氧官能团组成，它保留了石墨烯中离域π共轭体系，具有良好的亲水性，且能够加速填料与微生物之间的电子传递，改善了填料的亲水性、持水性和表面电荷分布，创造了有利于微生物生理活动的微环境，达到更好的挂膜效果。另外，聚醚型聚氨酯泡沫在生产过程中也易与其它材料混合，以改善填料的某种性能，使其更适应某种废水处理过程，并具有良好的回弹性，老化的生物膜更容易脱落，结合相应的工艺技术，可以提高溶解氧的利用率和生物传质速率。将上述聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫作为生物填料进行污水处理时，由于单一的氧化石墨烯是片状的，容易以片层结构嵌入细胞的磷脂双分子层，但是，当石墨烯固定在聚氨酯泡沫上时，就会减少石墨烯的对细胞膜的物理切入，不影响微生物在聚氨酯泡沫上的定植，其次，可以利用氧化石墨烯本身吸附并聚集大环内酯类抗生素之后，能够更快速的传递由于光解产生的电子流，使其在光照的条件下更有效进行光解，能够促进胞外电子呼吸菌电子的传递、增强光解产生的电子在复合泡沫填料上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)制备聚醚型聚氨酯泡沫体待用；/n2)采用氧化石墨烯固体制备氧化石墨烯分散液；/n3)将步骤1)得到的聚醚型聚氨酯泡沫体切割成块状分别浸入步骤2)得到的氧化石墨烯分散液，振摇后经紫外固化，干燥后得到聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备聚醚型聚氨酯泡沫体待用；
2)采用氧化石墨烯固体制备氧化石墨烯分散液；
3)将步骤1)得到的聚醚型聚氨酯泡沫体切割成块状分别浸入步骤2)得到的氧化石墨烯分散液，振摇后经紫外固化，干燥后得到聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫。


2.根据权利要求1所述的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫的制备方法，其特征在于，步骤1)具体为：将体积比为1：(1～2)的二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氨酯组合聚醚在30～60s内进行混合，以80～100rpm的转速搅拌至体系呈白色，自动发泡3～5min，降温至常温后发泡结束，切割成正方块后经超声清洗、干燥，得到聚醚型聚氨酯泡沫体。


3.根据权利要求1所述的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫的制备方法，其特征在于，步骤2)是将氧化石墨烯超声分散在分散液中，制得的氧化石墨烯分散液的浓度为200～300mg/L。


4.根据权利要求3所述的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫的制备方法，其特征在于，分散剂为超纯水。

【专利技术属性】
技术研发人员：朱超，俞烨，岳丹晴，陈喆倩，郝永永，丁泽，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61