一种改性生物膜载体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物膜载体技术领域，具体涉及一种改性生物膜载体及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种改性生物载体的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维依次进行第一保温和第二保温，得到所述改性生物膜载体；所述第一保温的温度为150～250℃；所述第二保温的温度为250～650℃。本发明专利技术提供的制备方法，第一保温阶段处理可将碳纤维表面的树脂浆分解，避免使用大量有机溶剂浸泡洗涤除浆，更有利于扩大生产；第二保温阶段处理促进碳纤维氧化和烧失，实现碳纤维改性。实验效果表明，本发明专利技术提供的改性生物膜载体长时间运行后好氧单元单位质量碳纤维生物量可达10～12g/g，缺氧单元单位质量碳纤维生物量达3～5g/g。

【技术实现步骤摘要】
一种改性生物膜载体及其制备方法和应用
本专利技术属于生物膜载体
，具体涉及一种改性生物膜载体及其制备方法和应用。
技术介绍
生物膜法是污水处理的主要方法之一，生物膜法对污水水质、水量变化有较强的适应性，产生污泥少，无污泥膨胀问题，尤其对低浓度的污水具有较好的处理效果，已广泛应用于处理城市污水和工业废水中。生物膜是生物膜法处理的基础。而生物膜的产生和生长离不开载体材料的使用。水处理生物膜载体即应用于城市污水和工业废水的二级生物处理中生物膜法的生物细胞及酶固定过程中所需要的介质，处于生化阶段的生物反应器或生化池内，即业内常说的生物填料；生物膜载体在生物膜法工艺中具有核心关键作用。早在20世纪90年代，日本学者已开始开展碳纤维作为生物膜载体净化自然水体的研究，但当时碳纤维价格昂贵、使用成本过高，限制了其应用的发展。随着碳纤维国产化程度提升，碳纤维价格有所下降，国产碳纤维价格仅为进口产品的1/2。国内越来越多学者开展碳纤维生物膜载体在水处理中的研究工作，尤其是将碳纤维材料进行改性，获得更好的生物相容性。现有对碳纤维材料进行改性的技术主要有电化学改性、湿法改性(包括酸性氧化、碱性氧化)、阳离子负载以及化学接枝等改性技术，这些改性技术都要先用乙醇或丙酮浸泡碳纤维产品，洗去纤维表面的树脂浆，干燥后再进行改性，在改性过程中会产生大量有机溶剂，既增加改性成本又容易产生污染，不利于产业化推广，限制了改性碳纤维在生物膜载体领域的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种改性生物膜载体，对污水中的COD和氨氮具有良好去除效果；本专利技术还提供了一种改性生物膜载体的制备方法，成本低廉，简单易行，不产生二次污染；本专利技术还提供了一种改性生物膜载体的应用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供了一种改性生物载体的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维依次进行第一保温和第二保温，得到改性生物膜载体；所述第一保温的温度为150～250℃；所述第二保温的温度为250～650℃。优选的，所述碳纤维包括聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维和木质素纤维基碳纤维中的一种或多种。优选的，所述第一保温的时间为5～15min。优选的，所述第二保温的时间为30～180min。优选的，所述第一保温和第二保温的气氛为含氧气氛。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的改性生物膜载体。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的改性生物膜载体在水处理领域的应用。优选的，所述应用的方式优选为将所述改性生物膜载体应用于水处理工艺的缺氧单元和/或好氧单元。优选的，所述缺氧单元和好氧单元中，所述改性生物膜载体的填充密度独立地为100～1000g/m3。优选的，所述缺氧单元和好氧单元中的水流方式为上向流进出水方式。本专利技术提供了一种改性生物载体的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维依次进行第一保温和第二保温，得到所述改性生物膜载体；所述第一保温的温度为150～250℃；所述第二保温的温度为250～650℃。采用本专利技术提供的制备方法，只需在同一设备中分两段不同工艺条件对碳纤维进行处理即可完成，第一保温阶段处理可将碳纤维表面的树脂浆分解，避免使用大量有机溶剂浸泡洗涤除浆，与现有改性方法相比工艺更简化，更有利于扩大生产；第二保温阶段处理促进碳纤维氧化，增加了碳纤维表面含氧基团的数量，提高了改性生物膜载体的亲水性，使之具有更好的生物相容性，有利于提高生物吸附与固着的效率；同时，第二保温使碳纤维有一定的烧失，有利于碳纤维表面产生较多的凹槽和缺陷，提高碳纤维表面的粗糙度，有利于增加生物附着面积并有利于生物膜在改性生物膜载体上的固着生长；此外，第二保温有利于减小碳纤维模量，有利于改性生物膜载体在水流微小的冲刷力下发生型变，可使改性生物膜载体更大程度散开，更多的生物膜载体与生物接触，提高改性生物膜载体利用率，形成更庞大的网状生物系统，因此可获得更高的挂膜量。实验效果表明，本专利技术提供的改性生物膜载体的制备方法无需采用有机试剂即可实现对碳纤维的脱浆，避免了环境污染；并且得到的改性生物膜载体用于水处理时，与现有其他改性工艺的碳纤维载体相比，本专利技术制备的改性生物膜载体在相同时间内可获得较高的生物固着量，长时间运行后好氧单元单位质量碳纤维生物量可达10～12g/g，缺氧单元单位质量碳纤维生物量达3～5g/g。附图说明图1为本专利技术实施例3得到的改性生物膜载体60天挂膜形态照片；图2为本专利技术对比例1碳纤维的SEM图；图3为本专利技术实施例1得到的改性生物膜载体的SEM图；图4为本专利技术实施例1得到的改性生物膜载体72h挂膜形态照片；图5为本专利技术对比例1的生物膜载体72h挂膜形态照片。具体实施方式本专利技术提供了一种改性生物载体的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维依次进行第一保温和第二保温，得到所述改性生物膜载体；所述第一保温的温度为150～250℃；所述第二保温的温度为250～650℃。本专利技术将碳纤维进行第一保温，得到脱浆碳纤维。在本专利技术中，所述碳纤维优选包括聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维和木质素纤维基碳纤维中的一种或多种。本专利技术对所述碳纤维的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可，具体的如市售。在本专利技术中，所述碳纤维优选为未进行表面脱浆的碳纤维。在本专利技术中，所述第一保温的气氛优选为含氧气氛，具体的，如空气。在本专利技术中，所述第一保温的温度为150～250℃，优选为170～230℃，更优选为190～210℃；时间优选为5～15min，更优选为7～13min，再优选为9～11min。本专利技术所述第一保温的温度优选通过升温得到；所述升温速率优选为5～20℃/min，更优选为7～17℃/min，再优选为10～15℃/min。在本专利技术中，所述第一保温可将碳纤维表面的树脂浆分解，避免使用大量有机溶剂浸泡洗涤除浆，与现有改性方法相比工艺更简化，更有利于扩大生产。得到脱浆碳纤维后，本专利技术将所述脱浆碳纤维进行第二保温，得到所述改性生物膜载体。在本专利技术中，所述第二保温的气氛优选为含氧气氛，具体的，如空气。在本专利技术中，所述第二保温的温度为250～650℃，优选为270～600℃，更优选为300～550℃；时间优选为30～180min，更优选为50～160min，再优选为80～130min。本专利技术所述第二保温的温度优选通过升温得到；所述升温速率优选为5～15℃/min，更优选为7～13℃/min，再优选为9～11℃/min。在本专利技术中，所述第二保温能够促进碳纤维氧化，增加了碳纤维表面含氧基团的数量，提高了改性生物膜载体的亲水性，使之具有更好的生物相容性，有利于提高生物吸附与固着的效率；同时，第二保温使碳纤维有一定的烧失，有利于碳纤维表面产生较多的凹槽和缺陷，提高碳纤维表面的粗糙度，有利于增加生物附着面积并有利于生物膜在改性生物膜载体上的固着生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性生物膜载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将碳纤维依次进行第一保温和第二保温，得到所述改性生物膜载体；/n所述第一保温的温度为150～250℃；所述第二保温的温度为250～650℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性生物膜载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳纤维依次进行第一保温和第二保温，得到所述改性生物膜载体；
所述第一保温的温度为150～250℃；所述第二保温的温度为250～650℃。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纤维包括聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维和木质素纤维基碳纤维中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一保温的时间为5～15min。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二保温的时间为30～180min。


5.根据权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彤，胡清，刘欣，邱军付，马林，胡滨，郑自豪，杨贇恺，程玉欣，
申请(专利权)人：北京环丁环保大数据研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11