用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法技术

本发明专利技术提供了用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法。主要步骤如下：(1)首先通过碱法水解制革废弃皮边角料提取明胶，然后利用甲基丙烯酸酐对其进行改性制得分子链上具有碳碳双键的改性明胶；(2)以步骤(1)的改性明胶为原料，通过冷冻‑紫外辐照聚合法制得天然生物膜载体。本发明专利技术提供的方法具有工艺简单，高度经济，环境友好的优点。且本方法制备的生物膜载体是以天然生物质为原料制备的多孔材料，可避免合成高分子生物膜载体所引起的微塑料污染问题；其结构中含有可促进微生物黏附的精氨酸―甘氨酸―天冬氨酸(RGD)序列，这使其作为生物膜载体具有独特的优势，有良好的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法
本专利技术涉及表面活性剂废水处理和天然生物膜载体制备
，具体为用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法。
技术介绍
表面活性剂作为一种工业助剂广泛应用于国民经济的各个行业中，但同时产生的表面活性剂废水也带来了生态环境问题。在我国表面活性剂被列为第二类污染物质，且根据我国城镇污水处理厂排放标准，其最高排放标准为5mg/L。因此在表面活性剂废水排放到自然环境中前，必须对其进行有效的处理。生物膜法是表面活性剂废水处理的主要方法之一，其核心是能够为微生物提供黏附、生长繁殖场所的载体。目前，用于废水处理的生物膜载体根据性质可以分为无机材料类和有机合成高分子材料类。无机材料类主要包含沸石、陶粒、焦炭、活性炭、膨胀硅铝酸盐等，是最早使用的生物膜载体，具有良好的化学稳定性和机械稳定性，但其存在比表面积小和孔隙率低等问题。有机合成高分子材料类主要包含聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等，是当前应用最普遍的生物膜载体，具有良好的机械稳定性，但存在不易降解、亲水性差、生物相容性差、不易于微生物在其表面黏附和生长成膜等问题。而且，有研究表明废弃后的聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等塑料经过机械磨损后产生的塑料碎片容易带来微塑料污染问题。近年来，“限塑令”的颁布使得研究开发出具有良好生物相容性、易于微生物黏附和生长繁殖、废弃后在环境中能完全降解的天然生物膜载体具有重要的意义。明胶是制革产业和肉食加工业的副产物，是当前应用最广泛的生物质材料之一，具有来源广泛、无生物毒性、可生物降解性等特点。有研究表明明胶分子链中含有大量可以介导水体微生物在其材料表面黏附的RGD多肽序列。且明胶本身和其降解产物可以作为微生物生长繁殖的碳源和氮源。鉴于此，将明胶制备成天然生物膜载体用于表面活性剂废水的处理具有良好的应用前景。针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于解决塑料生物膜载体废弃后在环境中难降解及其产生的微塑料污染问题，提供用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法。本专利技术中，我们以废弃皮边角料中提取的明胶为原料，采用操作简单和环境友好的冷冻-紫外辐照聚合法制备了天然生物膜载体。本方法制备的天然生物膜载体具有连通的大孔结构，且其结构中含有可促进微生物黏附的RGD序列，有利于微生物在其表面的负载。据文献调研，本申请专利技术的用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法目前并未见相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法。本专利技术方法具有操作简单、高度经济性和环境友好性等优点，且以其制备的天然生物膜载体具有可生物降解性，可解决现有合成高分子生物膜载体所存在的微塑料污染问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现：（1）采用碱法水解从制革废弃皮边角料中提取明胶；（2）取一定量的明胶溶于磷酸盐缓冲溶液（pH=7.5），配置成浓度为4.0%~6.0%w/v的溶液，然后向其中加入甲基丙烯酸酐，明胶与甲基丙烯酸酐质量比为1：（0.04~0.12），反应温度为40~60℃，反应时间为3~5h；反应结束后加入适量磷酸盐缓冲液进行稀释以终止反应；将反应产物放入透析袋中于40℃恒温培养箱中透析3~5d后冷冻干燥，得到含有碳碳双键（C=C）的甲基丙烯酰化改性明胶；（3）配制浓度为1.0~3.0%w/v的甲基丙烯酰化改性明胶水溶液，并按照光引发剂与甲基丙烯酰化改性明胶质量比为1：（6~20）的比例加入光引发剂，然后将此混合溶液置于-20~-10℃低温条件下冷冻12~20h；之后将冷冻体系置于紫外光下辐照，光照强度为50~90mw/cm2，辐照时间为5～15min，得到生物质基凝胶；最后将得到的生物质基凝胶冷冻干燥1~2d，即可得到具有多孔结构的天然生物膜载体。所述原料是通过碱法水解制革废弃皮边角料而得到的明胶。所述甲基丙烯酰化改性明胶的取代度为40%~90%，取代度是明胶分子结构中被甲基丙烯酰化基团取代的氨基含量与其结构中氨基总含量的百分比。所述制备方法是冷冻聚合法和紫外光辐照聚合法的结合，该方法具有操作简单、高度经济性和环境友好性等优势。所述光引发剂为2-羟基甲基苯丙酮、安息香或2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种。所述天然生物膜载体的形状为圆柱状，直径为1~10mm，高为10~20mm，其孔是相互连通的，孔径大小为100~450μm。所述天然生物膜载体的应用领域是表面活性剂废水的处理。与现有技术相比，本专利技术具有以下几个优点：(1)本专利技术方法中所使用的原料是制革废弃皮边角料中提取的明胶。明胶是天然生物质材料，具有来源广泛、无生物毒性、可生物降解性等特点，且以明胶制备的生物膜载体其本身和降解产物可以作为微生物生长繁殖的碳源和氮源。此外，这种有效利用废弃皮胶原中的有价成分，实现了制革工业废弃物的资源合理化利用。(2)本专利技术方法结合冷冻聚合法和紫外辐照聚合法制备了天然生物膜载体。整个过程在低温下进行，保持了明胶分子结构中可促进微生物黏附的RGD序列和其本身优良的性能；以溶剂水作为致孔剂，减少了其他有机致孔剂的使用。且此制备方法具有操作简单、高度经济性和环境友好性等优点。(3)本专利技术方法制备的天然生物膜载体具有连通的大孔结构，有利于表面活性剂废水在其内部传质以及微生物在其内部黏附、迁移和增殖；具有良好的生物相容性，有利于微生物在其表面负载；具有高比表面积，有利于提高微生物的挂膜效率；废弃后在环境中可被微生物降解，不会产生微塑料污染问题。(4)相比于聚丙烯填料，本专利技术方法制备的天然生物膜载体具有更快的挂膜速度。附图说明图1为本专利技术方法制备的天然生物膜载体的截面形貌图（左）和孔径分布图（右）。图2为微生物在本专利技术方法制备的天然生物膜载体表面黏附1d和3d后的SEM图片。图3为本专利技术方法制备的天然生物膜载体在表面活性剂废水处理中的应用。具体实施方式下面给出本专利技术的三个实施例，通过实施例对本专利技术进行具体描述。有必要在此指出的是，实施例只用于对本专利技术进行进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本专利技术的内容作出一些非本质的改进和调整。实施例1采用碱法水解从制革废弃皮边角料中提取明胶，取5g明胶加入到50ml磷酸盐缓冲液中（pH=7.5），于50℃水浴条件下搅拌30min，得到均质的明胶水溶液。然后向其中加入0.2g甲基丙烯酸酐，在50℃水浴条件下反应时间为3h，反应结束后加入100ml磷酸盐缓冲液进行稀释以终止反应，将所得产物于40℃恒温培养箱中用去离子水透析3d，冷冻干燥，制得含有碳碳双键（C=C）甲基丙烯酰化改性明胶。配制20ml浓度为2.5%w/v的甲基丙烯酰化改性明胶水溶液，向其中加入0.03g光引发剂，然后将混合溶液置于-18℃低温条件下冷冻16h；之后将冷冻体系置于紫外光下辐照，光照强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：/n（1）采用碱法水解从制革废弃皮边角料中提取明胶；/n（2）取一定量的明胶溶于磷酸盐缓冲溶液（pH=7.5），配制成浓度为 4.0% ~6.0% w/v的溶液，然后向其中加入甲基丙烯酸酐，明胶与甲基丙烯酸酐质量比为1：（0.04~0.12），反应温度为40~60 ℃，反应时间为3~5 h；反应结束后加入适量磷酸盐缓冲液进行稀释以终止反应；将反应产物放入透析袋中于40 ℃恒温培养箱中透析3~5 d后冷冻干燥，得到含有碳碳双键（C=C）的甲基丙烯酰化改性明胶；/n（3）配制浓度为1.0~3.0% w/v的甲基丙烯酰化改性明胶水溶液，并按照光引发剂与甲基丙烯酰化改性明胶质量比为1：（6~20）的比例加入光引发剂，然后将此混合溶液置于-20~-10 ℃低温条件下冷冻12~20 h；之后将冷冻体系置于紫外光下辐照，光照强度为50~90mw/cm

【技术特征摘要】
1.用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：
（1）采用碱法水解从制革废弃皮边角料中提取明胶；
（2）取一定量的明胶溶于磷酸盐缓冲溶液（pH=7.5），配制成浓度为4.0%~6.0%w/v的溶液，然后向其中加入甲基丙烯酸酐，明胶与甲基丙烯酸酐质量比为1：（0.04~0.12），反应温度为40~60℃，反应时间为3~5h；反应结束后加入适量磷酸盐缓冲液进行稀释以终止反应；将反应产物放入透析袋中于40℃恒温培养箱中透析3~5d后冷冻干燥，得到含有碳碳双键（C=C）的甲基丙烯酰化改性明胶；
（3）配制浓度为1.0~3.0%w/v的甲基丙烯酰化改性明胶水溶液，并按照光引发剂与甲基丙烯酰化改性明胶质量比为1：（6~20）的比例加入光引发剂，然后将此混合溶液置于-20~-10℃低温条件下冷冻12~20h；之后将冷冻体系置于紫外光下辐照，光照强度为50~90mw/cm2，辐照时间为5～15min，得到生物质基凝胶；最后将得到的生物质基凝胶冷冻干燥1~2d，即可得到具有多孔结构的天然生物膜载体。


2.用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：林炜，何雨静，王春华，王帅，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51