改性聚氨酯海绵填料、及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于废气生物处理技术领域，具体公开了一种改性聚氨酯海绵填料、及其制备方法和用途。本发明专利技术采用孔隙率和比表面积较大的聚氨酯海绵作为主体，首先在高锰酸钾硫酸溶液中浸泡腐蚀使填料表面粗糙度显著提高；然后将粉末活性炭负载到填料表面，增大比表面积并对污染物具有一定吸附能力；而后在三氯化铁壳聚糖溶液中浸泡使填料表面具有正电荷，改性的聚氨酯海绵和带有相反电荷的细菌因为静电相互作用而吸引，促进微生物附着挂膜；经过洗涤干燥后得到改性聚氨酯海绵填料。本发明专利技术制备的改性聚氨酯海绵填料对废气和细菌均具备较强吸附性，在保证处理效率的同时，解决了现有的废气生物处理中传质速率低、挂膜时间长等问题，提高了废气处理效果。废气处理效果。废气处理效果。

【技术实现步骤摘要】
改性聚氨酯海绵填料、及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及废气生物处理
，具体涉及改性聚氨酯海绵填料、及其制备方法和用途。
技术背景
[0002]有机废气的净化处理是大气污染控制的一个重要方面，最近30年来，随着我国经济的迅速发展，从有机化工、石油化工、冶金药剂、煤化工以及橡胶再生、油漆涂料等工业过程排放到大气中的挥发性有机化合物(VOCs)数量和种类与日俱增，工业源VOCs已经成为灰霾天气形成的重要原因。
[0003]在VOCs多种治理方式中，生物法处理有机废气是近年来逐渐发展起来的污染控制技术，已成为中低浓度废气处理的主流技术之一，利用生物滴滤塔进行生物法废气净化是目前大气污染控制领域的研究热点，主要通过附着生长在填料上的微生物的新陈代谢过程，把污染物降解为CO2、水和无机盐等物质，并利用废气作为营养或能源生成新的微生物细胞质，形成稳定平衡的微生态环境。相比于吸收法、吸附法、催化燃烧法、中和法和氧化法等传统物化法，生物法具有效果好、操作稳定、运行费用低、无二次污染等优势，特别适合处理大流量、低浓度废气，已越来越受人们的关注。
[0004]生物滴滤塔废气处理系统中，填料对于生物滴滤塔中生物膜的形成非常重要，因为它提供了微生物可以在其上栖息、生长、繁殖的场所，并且其吸附作用还确保了气态污染物与微生物之间的接触。其中，聚氨酯海绵填料与其他同类材料相比，能够在保持足够的菌体数量的同时实现与水良好的分离，比表面积较高，内部有功细菌附着生长的良好空间，孔隙率97％以上，同时由于其易于获取，成本低，回弹力强等优势而被广泛使用。然而，聚氨酯海绵的表面由于其氧化膜和光滑性，微生物与聚氨酯海绵的吸附力较弱，微生物在喷淋液的冲刷作用下易流失，生物量积累速率慢，不利于生物膜的形成，限制了生物滴滤塔的应用和性能。本专利技术旨在提供一种改性聚氨酯海绵填料，以加强生物滴滤塔处理废气的性能。
[0005]中国专利文献CN202010353688.7公开了一种发泡海绵填料及其制备方法，在聚氨酯预聚体反应液中加入植物纤维分散相，再将混合物加入密炼机中密炼后于开炼、造粒，造粒后混合物进行发泡及定型，该专利技术实现对聚氨酯海绵填料的密度和表面粗糙度的控制，虽然在一定程度上易于微生物的附着和生长，但该方案存在以下缺点：聚氨酯海绵填料与微生物之间仍是直接接触，吸附力弱，其固定化微生物细胞容易脱落，导致聚氨酯海绵填料上生物量积累速率慢，挂膜时间长，导致处理废气的传质速率低，废气处理效果不佳。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供改性聚氨酯海绵填料、及其制备方法和用途，对微生物的吸附效果好，有利于微生物附着挂膜，可提高废气处理效果。
[0007]本专利技术人发现，活性炭由于其内部结构疏松多孔，比表面积大，且有静电引力，将其包覆于聚氨酯海绵填料表面可增大对微生物的吸附量及吸附力，通过对聚氨酯海绵进行
金属阳离子电荷改性，能够与细菌表面带负电的相关基团发生强烈的静电相互作用，促进微生物的附着挂膜；聚氨酯海绵为泡沫密度低于18 kg/m3的低密度PU，孔隙率在97％以上，由于孔隙多且深，活性炭粉末不易于深入聚氨酯海绵内部的孔隙，以及由于工艺等原因，活性炭可能出现未能完全包覆聚氨酯海绵外表面的情况，而金属阳离子受孔隙孔径大小及深度的限制小，可弥补活性炭未覆盖的聚氨酯海绵与微生物的吸附位点，两者结合有效增强了填料对微生物的吸附容量及吸附力，从而缩短了微生物到填料表面的定殖成膜时间，提高了废气处理效率，基于此，完成了本申请的创造。
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供一种改性聚氨酯海绵填料，包括：聚氨酯海绵基体，以及黏附于其表面的活性炭粉末、负载于其表面和/或内部的正电荷；所述聚氨酯海绵基体为经氧化腐蚀后的聚氨酯海绵。
[0009]本专利技术的含义中，术语“表面”指的是聚氨酯海绵基体的外表面，术语“内部”指的是聚氨酯海绵基体的内部孔隙，更为具体的，指的是聚氨酯海绵基体的内部孔隙的内壁，术语“氧化腐蚀”指的是聚氨酯海绵经氧化作用，表面结构被腐蚀破坏的过程。
[0010]容易想到的是，本专利技术中改性聚氨酯海绵填料为，以被氧化腐蚀形成坑洼结构的聚氨酯海绵为基体，其外表面黏附有活性炭粉末，其外表面和/或内部负载有正电荷，此处，所述内部，具体地指聚氨酯海绵内部孔隙的内壁。
[0011]根据本专利技术的第二方面，提供一种改性聚氨酯海绵填料的制备方法，包括以下步骤：S1.超声条件下，将聚氨酯海绵浸没于强氧化剂溶液中进行氧化腐蚀，得到聚氨酯海绵基体；S2.将活性炭粉末喷涂于所述聚氨酯海绵基体的表面；S3.使所述负载有活性炭粉末的聚氨酯海绵基体浸没于铁盐溶液中进行阳离子电荷改性，即得所述改性聚氨酯海绵填料。
[0012]根据以上步骤形成的改性聚氨酯海绵填料的过程及机理为：聚氨酯海绵经强氧化剂氧化腐蚀，提高了聚氨酯海绵外表面及孔隙内壁的粗糙度，使聚氨酯海绵的比表面积增大，然后将活性炭粉末负载到填料的外表面，聚氨酯海绵的粗糙度提升，加上活性炭粉末本身的多孔性质及静电引力，使得经活性炭负载的聚氨酯海绵对微生物及废气的吸附量及吸附力有显著提高，而由于活性炭粉末不易与聚氨酯海绵内部的孔隙内壁黏附，对于活性炭粉末未能触及或未覆盖全面的聚氨酯海绵与微生物的接触位点通过铁盐阳离子改性进行弥补，经阳离子改性的聚氨酯海绵带稳定的正电荷，能够与带负电的细菌表面相关基团发生强烈的静电相互作用，有效增强填料表面对微生物的吸附容量及吸附力，缩短了微生物定殖成膜时间，提高废气的处理效率。
[0013]作为优选，所述强氧化剂溶液为高锰酸钾
‑
浓硫酸溶液，其中，所述高锰酸钾和浓硫酸的摩尔比为1：3
‑
3.2，所述氧化腐蚀的时间为10
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15min，例如10min、11min、12min、13min、14min、15min，超声功率为100
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150W，例如100W、110W、120W、130W、140W、150W，氧化腐蚀的温度为室温，基于该反应条件，粗糙度能获得显著提升且不会使聚氨酯海绵中的孔隙与孔隙之间贯通。
[0014]作为优选，所述活性炭粉末的粒径为500
‑
800目，更为优选地，所述活性炭粉末的粒径为600
‑
700目，粒径过大会堵塞聚氨酯海绵的孔隙，粒径过小，则比表面积增大效果不
佳；作为优选，作为阳离子电荷改性的改性剂，所述铁盐溶液为三氯化铁的壳聚糖溶液，所述三氯化铁和壳聚糖的质量比为2.7
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3：1，阳离子电荷改性的时间为30
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45min，改性温度为室温，壳聚糖一方面作为三氯化铁的分散剂，另一方面，壳聚糖属于弱阳离子型有机高分子，与氯化铁配合，其分子链上的正电荷与氯化铁的正电荷叠加，对带负电的微生物的吸附力进一步增强，为提高壳聚糖的溶解性及稳定性，还可添加乙酸，所述乙酸的质量浓度为2
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2.5%。
[0015]已为公知的是，通过喷涂将活性炭粉末黏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性聚氨酯海绵填料，其特征在于，包括：聚氨酯海绵基体，以及黏附于其表面的活性炭粉末、负载于其表面和/或内部的正电荷；所述聚氨酯海绵基体为经氧化腐蚀后的聚氨酯海绵。2.一种如权利要求1所述的改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.超声条件下，将聚氨酯海绵浸没于强氧化剂溶液中进行氧化腐蚀，得到聚氨酯海绵基体；S2.将活性炭粉末喷涂于所述聚氨酯海绵基体的表面；S3.使所述负载有活性炭粉末的聚氨酯海绵基体浸没于铁盐溶液中进行阳离子电荷改性，即得所述改性聚氨酯海绵填料。3.根据权利要求2所述的一种改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征在于，所述强氧化剂溶液为高锰酸钾
‑
浓硫酸溶液。4.根据权利要求2所述的一种改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征在于，步骤S1还包括，将得到的所述聚氨酯海绵基体先用盐酸清洗，再用磷酸盐缓冲溶液清...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东之，邓亚，陈建孟，阳广凤，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：