一种改性植绒生物填料及其制备方法和应用技术

本申请涉及了一种改性植绒生物填料的制备方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种改性植绒生物填料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及污水处理领域，具体涉及一种改性植绒生物填料
、
制备方法及其在生物水处理
的应用
。

技术介绍

[0002]生物膜法是一种高效的污水处理工艺，对城市污水
、
生活污水以及有机工业废水中有机污染物的降解具有显著优势，同时，还有具有良好的脱氮
、
除磷功能
。
然而，采用该方法对污水处理过程存在启动时间长，挂膜慢等问题，生物填料的加入可以使微生物实现快速挂膜，从而提高反应速率，提高脱除污染物
、
脱氮等工艺效果，保证污水处理系统的稳定
、
高效运行，具有重要的应用价值
。
[0003]生物填料表面光滑，需要进行改性增强微生物附着能力
。
目前，生物填料常用的改性方法为通过化学试剂对载体表面进行活化，这会产生大量的废水，对环境造成污染，等离子体技术是利用等离子体这种含有正离子
、
负离子或电子的电离气体对材料表面进行预处理，引入官能团，该方法无需溶剂和水，环境友好
。
[0004]静电植绒技术是通过高压静电场，使短纤维能够在电场力作用下定向移动，垂直且均匀植入到有胶黏剂的载体上，经过固化烘干后，使短纤维固着到载体上
。
短纤维可以提高载体的挂膜能力，有利于微生物的生长和繁殖
。
[0005]中国专利
CN203307107U
公开了一种用于水处理的蜂窝改性生物填料，该专利技术的填料由高分子基材制成，填料在孔洞的内外表面具有使内外表面凹凸起伏的活性炭颗粒或火山灰颗粒或硅藻土颗粒，颗粒的引入增强了填料的亲水性，增强了填料表面的润湿性能和传质性能，颗粒的引入也增大了材料的比表面积，有利于微生物附着生长
。
但该专利技术的成本较高
。
[0006]中国专利
CN1070984A
公开了一种改性亲水性合成纤维织成的生物绳生物填料的制备方法，中心绳和外围纤维织成的环状纤维生物绳，它由多种纤维材料组成，通过对这些纤维材料的物理和化学改性，使这些纤维材料出现了空隙
、
微孔和极性基团，以成倍增加生物绳的比表面积，通过表面效应吸附水分子，大大提高了生物绳生物填料的生物处理效果，但其强度不够，支撑性较差，循环性能较差
。
[0007]中国专利
CN104445587B
公开了一种高密度悬浮填料的制备方法，将乙烯基树脂颗粒原料与纳米无机填料
、
抗氧剂均匀混合后，进入螺杆挤出机混合挤出，然后模具定型，通过静电植绒设备进行植绒，将中空纤维粘结在乙烯基树脂的颗粒蜂窝填料表面，构成表面具有一层整齐排列中空纤维的填料，即为高密度悬浮填料，该方法制备的填料具有低经济成本的优点，但该方法使用化学试剂，造成了环境污染
。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的水处理生物填料的启动周期长，挂膜速度慢，生物膜易脱落的问题，本专利技术提供了一种生物填料的改性方法，利用等离子体对材料表面进行预处理，进行表
面原位聚合植绒胶粘剂，再通过静电植绒工艺在其表面排布短纤维，最后经过固化工艺将短纤维固定在材料表面
。
通过本专利技术方法制备的生物填料表面具有丰富的短纤维，有利于微生物的繁殖和生长，且植绒胶黏剂与生物材料基材结合紧密，不存在脱落的问题
。
[0009]本专利技术的技术方案是：
[0010]一种改性植绒生物填料的制备方法，具体操作步骤如下：
[0011](1)N
等离子体轰击生物填料表面
[0012]1)
采用低体积
H2(10
‑
20
％
)
的混合气体
(N2/H2)
作为气体载体，在
100
‑
200W
功率下轰击生物填料
0.5
‑1小时，使材料表面富含
‑
NH2或
‑
NH
基团
。
[0013]通过该步骤可以使得材料表面富含
‑
NH2或
‑
NH
基团
。
[0014](2)
原位聚合植绒胶黏剂
[0015]1)
将
50mL
堆积体积的二缩水甘油醚加入到
100g
惰性溶剂中，混合均匀，将步骤
(1)
处理的生物填料迅速的浸入混合液中，回流
60℃
，2‑4小时
。
[0016]2)
向反应液中滴加固化剂，继续搅拌
0.5
‑1小时
。
[0017](3)
静电植绒
[0018]将步骤
(2)
的载体放入植绒机下极板中，将短纤维放入上极板，极板间距离为7‑
15cm。
打开静电加工设备，静电发生器电压为
40
‑
100kV
，在高压电场作用下，短纤维垂直落到含有植绒胶黏剂的载体上，
0.1
‑1小时后关闭静电加工设备
。
[0019]通过该步骤使载体表面植入短纤维
。
[0020](4)
固化
[0021]将步骤
(3)
载体放入通风橱内进行风干，表面干燥后，放入氮气保护的
60
‑
80℃
烘箱中进行固化1‑3小时，得到改性植绒生物填料
。
[0022]本专利技术通过等离子体技术，在生物填料表面引入
‑
NH2或
‑
NH
基团，后通过原位聚合植绒胶黏剂，在植绒机中将短纤维植绒到生物填料表面
。
该合成方法工艺步骤少，操作简单
。
[0023]进一步地，所述二缩水甘油醚是聚乙二醇二缩水甘油醚
400、
聚乙二醇二缩水甘油醚
1000、
聚乙二醇二缩水甘油醚
2000、
聚乙二醇二缩水甘油醚
6000、
聚丙二醇二缩水甘油醚
380、
聚丙二醇二缩水甘油醚
640
中的一种
。
[0024]进一步地，所述惰性溶剂是乙酸乙酯
、
四氢呋喃
、
三氯甲烷
、
二氯甲烷中的一种
。
[0025]进一步地，所述二缩水甘油醚与惰性溶剂的质量比是
20
‑
40
：
100。
[0026]进一步地，所述固化剂是乙二胺
、
己二胺
、
二乙烯三胺
、
三乙烯四胺
、
二乙氨基丙胺中的一种
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种改性植绒生物填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)N
等离子体轰击生物填料表面
1)
采用体积
10
‑
20
％
H2的混合气体
N2/H2作为气体载体，在
100
‑
200W
功率下轰击生物填料
0.5
‑1小时，使材料表面富含
‑
NH2或
‑
NH
基团；
(2)
原位聚合植绒胶黏剂
1)
将二缩水甘油醚加入到
100g
惰性溶剂中，混合均匀，将步骤
(1)
处理的生物填料迅速的浸入混合液中，回流
60℃
，2‑4小时；
2)
向反应液中滴加固化剂，继续搅拌
0.5
‑1小时；
(3)
静电植绒将步骤
(2)
的载体放入植绒机下极板中，将短纤维放入上极板，极板间距离为7‑
15cm
；打开静电加工设备，静电发生器电压为
40
‑
100kV
，在高压电场作用下，短纤维垂直落到含有植绒胶黏剂的载体上，
0.1
‑1小时后关闭静电加工设备；
(4)
固化将步骤
(3)
载体放入通风橱内进行风干，表面干燥后，放入氮气保护的
60
‑
80℃
烘箱中进行固化1‑3小时，得到改性后的植绒生物填料
。2.
根据权利要求1所述的一种改性植绒生物填料的制备方法，其特征在于，所述二缩水甘油醚是聚乙二醇二缩水甘油醚
400、
聚乙二醇二缩水甘油醚
1000、
聚乙二醇二缩水甘油醚
2000、
聚乙二醇二缩水甘油醚
6000、
聚丙二醇二缩水甘油醚
380、
聚丙二醇二缩水甘油醚
640
中的一种
。3.
根据权利要求1所述的一种改性植...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯权，秦凡，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：