一种带正电的生物填料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种带正电的生物填料及其制备方法，涉及污水处理用生物填料技术领域，其技术方案要点是，包括：热塑性塑料、热塑性弹性体、碳酸钙、四氧化三铁，还包括功能性聚合物，功能性聚合物的化学结构式如式(I)所示；制备方法包括：S1、功能性聚合物的制备；S2、原料混合及造粒；S3、挤出成型。本发明专利技术的生物填料具有挂膜速度快、吸附带负电微生物的同时降低季铵盐对微生物的杀灭作用的优点。铵盐对微生物的杀灭作用的优点。

A positively charged biological filler and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种带正电的生物填料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及污水处理用生物填料
，更具体地说，它涉及一种带正电的生物填料及其制备方法。

技术介绍

[0002]生物水处理技术，已广泛应用于城市污水处理、高浓度养殖污水处理以及高有机物的化工污水处理领域。生物填料的使用，能够有效提高生物脱氮、脱碳、脱磷的效率，同时减少污泥膨胀等问题。生物填料的表面性质，如亲水性、粗糙度、比表面积、电荷、形貌、自由能以及化学组成等是影响微生物的吸附及固定化的重要因素。
[0003]现有可参考申请公布号为CN 106219731B的专利申请文件，公开了一种MBBR磁性悬浮生物填料及其制备方法，通过加入磁性硅藻土和填充剂改善生物填料的生物亲和性，增加生物填料的比表面积，得到一种在保证物理强度和使用寿命的同时密度更接近水的有机生物填料。
[0004]现有可参考申请公布号为CN 110117059A的专利申请文件，公开了一种环保型生物填料及其制备方法，将鞋材废弃物应用于生物填料当中，增加了生物填料的亲水性，使得生物填料成为亲水性物质，使得活性污泥很容易附着在生物填料表面，增强了生物填料使用效果，生物填料的抗老化、抗氧化性能大幅度增强，填料使用寿命增长。
[0005]以上专利有都在利用不同的添加物改善生物填料的生物亲和性，促进生物膜的粘附，进而提高生物水处理的效率，但是这种生物亲和性作用比较缓慢。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种带正电的生物填料，其具有挂膜速度快、吸附带负电微生物的同时降低季铵盐对微生物的杀灭作用的优点；本专利技术的第二个目的在于提供一种上述带正电的生物填料的制备方法。
[0007]为实现上述第一个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种带正电的生物填料，包括：热塑性塑料、热塑性弹性体、碳酸钙、四氧化三铁，其特征在于，还包括功能性聚合物，所述功能性聚合物的化学结构式如式(I)所示：
[0008][0009]式(I)中，R1，R2,
……
R
12
为H或如式(II)～(IV)所示的取代基的任一种，其中，式(I)中n＝4～20，式(II)中m＝8～12。
[0010]通过采用上述技术方案，由于在生物填料中加入功能性聚合物，使其表面带正电，有利于吸引活性污泥中大量的微生物，缩短挂膜时间，提高挂膜速度；同时由于烷基侧链的疏水性，提高功能性聚合物与基体材料的相容性。
[0011]进一步地，所述生物填料包括以下重量份的原料：热塑性塑料40～70重量份、热塑性弹性体20～40重量份、四氧化三铁5～15重量份、功能性聚合物1～35重量份。
[0012]进一步地，所述功能性聚合物优选为5～15重量份。
[0013]进一步地，所述热塑性塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、聚氯乙烯中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯、热塑性反式天然橡胶、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种。
[0015]为实现本专利技术的第二个目的，本专利技术提供了如下技术方案，一种带正电的生物填料的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1、功能性聚合物的制备：支链型聚乙烯亚胺与疏水改性剂按比例混合，在50～65℃下反应8～12h，即得；
[0017]S2、原料混合及造粒：将各重量份的热塑性塑料、热塑性弹性体、四氧化三铁、功能性聚合物用开炼机或双螺杆挤出机混匀，挤出造粒；
[0018]S3、挤出成型：将步骤S2得到的粒料用双螺杆挤出机加热塑化后经模具挤出成型，得到带正电的生物填料。
[0019]通过采用上述技术方案，由于聚乙烯亚胺是一种水溶性高分子聚合物，相对分子
质量从数百到几十万不等，其结构特点是每三个原子中就有一个胺基，产生“质子海绵效应”，有助于自身质子化，使聚乙烯亚胺具有很强的给电子能力。本专利技术的技术方案，对聚乙烯亚胺进行疏水改性，进而制备得到的功能性聚合物，即能使生物填料带正电，又能够降低季铵盐对微生物的杀灭作用。
[0020]进一步地，所述支链型聚乙酰亚胺与疏水改性剂的质量比为1:0.1～1:0.5。
[0021]进一步地，所述疏水改性剂为C12
‑
14烷基缩水甘油醚，油酸或全顺式
‑
5,8,11,14
‑
二十碳四烯酸中的一种或多种。
[0022]进一步地，在所述步骤S3中，粒料中加入1
‑
6％发泡剂，用双螺杆挤出机加热塑化后经模具挤出成型，得到多孔的带正电的生物填料。
[0023]进一步地，所述发泡剂为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺中的一种或两种。
[0024]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术的生物填料包括功能性聚合物，从而使生物填料表面带正电，有利于吸附带负电的微生物，缩短挂膜时间，又能够降低季铵盐对微生物的杀灭作用；同时由于其烷基侧链的疏水性，提高功能性聚合物与基体材料的相容性。本专利技术的生物填料表面粗糙度适宜，进一步提高挂膜速度，促进生物膜的生长。
附图说明
[0026]图1是本专利技术各实施例和对比例的荧光显微镜图片，图中，绿色亮点为绿色荧光大肠杆菌；
[0027]图2是实现本专利技术的实施例1的生物填料的SEM图。
具体实施方式
[0028]以下结合实施例和对比例对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]本专利技术各实施例和对比例所使用的原料均可购买得到。
[0030]实施例1
[0031]S1、功能性聚合物的制备：重均分子量为10000的支链型聚乙烯亚胺10g与C12
‑
14烷基缩水甘油醚3g搅拌均匀，放入55℃水浴锅反应12小时，得到如下式(I)所示的功能性聚合物：
[0032][0033]式(I)中，R1，R2,
……
R
12
为H或如式(II)所示的取代基的任一种，
[0034]其中，式(I)中n＝4～20，式(II)中m＝8～12。
[0035]S2、原料混合：聚丙烯6.6g、热塑性聚氨酯2.2g、四氧化三铁1g、功能性聚合物0.2g在双螺杆挤出机中混匀，挤出造粒；
[0036]S3、挤出成型：将步骤S2得到的粒料用双螺杆挤出机加热塑化后制作为卡尼兹K1型生物填料1
‑
1。
[0037]S4、制备多孔生物填料：在步骤S3中，粒料加入0.2g碳酸氢钠，用双螺杆挤出机加热塑化后制作为卡尼兹K1型多孔生物填料1
‑
2。
[0038]实施例2
[0039]S1、功能性聚合物的制备：重均分子量为1800的支链型聚乙烯亚胺3g、重均分子量为10000的支链型聚乙烯亚胺7g与油酸2g搅拌均匀，放入60℃水浴锅反应10小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带正电的生物填料，包括：热塑性塑料、热塑性弹性体、碳酸钙、四氧化三铁，其特征在于，还包括功能性聚合物，所述功能性聚合物的化学结构式如式(I)所示：式(I)中，R1，R2,
……
R
12
为H或如式(II)～(IV)所示的取代基的任一种，其中，式(I)中n＝4～20，式(II)中m＝8～12。2.根据权利要求1所述的一种带正电的生物填料，其特征在于，所述生物填料包括以下重量份的原料：热塑性塑料40～70重量份、热塑性弹性体20～40重量份、四氧化三铁5～15重量份、功能性聚合物1～35重量份。3.根据权利要求2所述的一种带正电的生物填料，其特征在于，所述功能性聚合物优选为5～15重量份。4.根据权利要求1所述的一种带正电的生物填料，其特征在于，所述热塑性塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、聚氯乙烯中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种带正电的生物填料，其特征在于，所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯、热塑性反式天然橡胶、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种。6.权利要求1
‑
5任...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯权，陈颖，师晓爽，张烽媛，郭荣波，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：