【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境工程，涉及到功能化生物炭量子点掺杂尼龙66材料制备方法，特别涉及到将导电纤维电极作为微生物载体强化菌群驯化的方法革新。
技术介绍
1、聚己二酰己二胺(别名：尼龙-66，pa66)，是一种热塑性树脂，反应前体为己二酸和己二胺，通过缩聚方法制得。其机械强度和硬度高、刚性大、化学和热稳定性强。可用作工程塑料，机械附件等，也可用于制合成纤维。pa66在微生物负载领域具有潜在的应用价值，但由于其导电性差，材料表面负载位点不足等问题制约了其在该领域的应用。
2、导电碳材料的掺杂能够有效提高有机高分子材料的导电性，如“cn218115102u，一种电生物填料组件及厌氧电生物脱氮装置”、“cn218146021u，用于污水处理的电生物填料组件及厌氧电生物脱氮装置”等专利中提及的导电纤维材料，均为碳纤维、炭黑等导电碳材料与有机高分子材料的掺杂，形成具有一定导电能力的纤维材料。但上述材料使用的导电碳材料均为已经商业化生产的材料，掺杂后仅能够增加导电性能，功能单一，无法满足微生物载体材料对生物相容性的需求。此外，没有功能化改性的碳材料与高分子有机材料共混掺杂过程中无法实现有效的互溶，因此，碳材料与高分子有机材料掺杂后会在两者之间形成缝隙，从而降低材料的机械性能和结构稳定性，不利于材料的长期稳定使用。
3、本专利将功能化的生物炭材料引入pa66体系中，以焦耳热快速煅烧和球磨方式制备功能化和高比表面积的生物炭量子点(bcqds)材料，将其与pa66共混掺杂后形成pa-bc纤维材料，bcqds表面功能化形成的胺基能
技术实现思路
1、本专利技术提供一种功能化导电尼龙纤维制备方法，并应用于微电场条件下强化微生物负载及固定。以成本低廉的生物质作为导电组分前体材料，通过焦耳热快速煅烧方式制备生物炭，能够有效增加表面官能团的负载量，提高材料的孔隙率和微孔及介孔占比；将其制备成功能化碳量子点(bcqds)掺杂入pa66材料中(pa-bc)，可作为微生物负载的有效位点，其良好的导电性能也可有效强化微生物电子传递作用，促进菌群代谢活动和增殖过程；将pa-bc纤维丝制备成纤维电极之后，作为功能微生物载体，通过改变电压等运行条件，可构建定向电强化功能菌群高效增殖体系。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极制备及电强化微生物负载应用，步骤如下：
4、步骤1：参考“the synthesis of oligomers related to nylon 4 6and nylon 66”文章中方法制备本专利所需尼龙66(pa66)材料。
5、步骤2：选择干燥的竹子作为生物炭前体，将其破碎为水平尺寸范围在20-30mm之间体块后，投加到koh水溶液中，得到反应液，控制竹子与koh投加的质量比为3:1-2:1，koh的浓度为0.5-0.8mol/l；将反应液加热到40℃，搅拌反应24h；之后，过滤反应液，使用去离子水和乙醇交替清洗竹子，去除koh和熟化分解的大分子有机物，再通过鼓风烘箱干燥(60℃)，得到熟化后的竹子；
6、步骤3：将步骤2中干燥的熟化后竹子放入石墨管中，同时投加适量nh4cl和kcl混合物(质量比为1:2)，其中熟化后竹子与nh4cl和kcl混合物投加质量比2:1-1:1。将石墨管放入焦耳超快速加热装置，在真空条件下，反应温度1000℃，升温时间100ms，维持反应温度时间10s，降温时间为10s，然后重复一次该加热-维持-降温过程，待反应结束后，取出生物炭材料放入0.1mol/l koh水溶液中，搅拌12h，抽滤，再放入0.1mol/l hcl水溶液中，搅拌12h，抽滤，使用去离子水冲洗生物炭材料，直至出水ph＝5为止。取出生物炭材料放入古风烘箱中60℃干燥，得到生物炭材料。
7、步骤4：将步骤3中生物炭材料放入球磨机中，采用湿磨方式，生物炭与水的投加质量比为3:2-1:1，球磨30-60min，转速4000rpm，取出生物炭材料使用去离子水进行超声分散(超声10min)，抽滤分散液，将黑色滤液取出，采用冷冻干燥方式，得到生物炭量子点(bcqds)材料。将步骤1中pa66材料加热至250℃，熔融状态下加入bcqds材料，两者质量比为7:3-9:1，在熔融态下搅拌30min，再通过挤出机加工形成pa-bc纤维丝，再通过纺织机将pa-bc纤维丝固定与间隔适当的两根不锈钢金属管上，形成能够用于负载微生物的固定式纤维帘，纤维长度范围：50-2000mm，即得到功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极。
8、上述制备方法得到的功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极在电强化微生物负载中的应用，将功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极作为微生物载体，放入好氧或厌氧微生物反应装置中，功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极间隔为200-500mm；将功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极分别作为阳极和阴极，施加0.01-1v恒电压运行，加入活性污泥进行培养，在较短时间内使功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极表面负载大量功能微生物，随着体系稳定，电流维持在：0.5-10ma。在运行条件和培养时间相同情况下，加电条件下纤维电极载体上微生物负载量分别为不加电条件和传统填料微生物负载量的1.2-1.7和1.8-2.6倍。此外，加电条件下载体表面产酸微生物的丰度相比不加电条件增长了1.3-1.8倍。
9、本专利技术的有益效果：本专利技术方法中功能化导电纤维材料，可作为微生物载体，在加电情况下增加负载微生物胶团稳定性，促进其代谢活动和增殖过程。步骤1中采用传统方法先制备pa66材料。步骤2以生长最快的生物质材料—竹子作为原料，将其与适量koh溶液混合，加热搅拌，强化熟化水解过程，使竹子中木质素、果胶等多糖类物质水解去除，调控生物质成分，保留纤维素和半纤维素(框架结构主体成分)，在煅烧前预制孔隙结构，以便于调控煅烧阶段生物炭材料孔径分布和孔隙结构。在步骤3中，选择瞬时加热设备可以有效提高材料表面官能团的负载量，减少碳化重排过程中胺基的分解流失。结合熔融盐和原位胺化煅烧，氯化铵受热分解产生氨气与生物质材料表面羧基发生缩合实现表面功能化；熔融盐能够使生物质材料炭化过程受热更均匀，有利于微孔结构的形成，同时，高温碳化重排过程中cl-也能与碳基底发生取代反应形成含氯官能团结构，氯与胺两种官能团的引入，够有效调控体系中荷排布，构建有效的电荷定向迁移通道，提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.权利要求1所述制备方法得到的功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极在电强化微生物负载中的应用，其特征在于，将功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极作为微生物载体，放入好氧或厌氧微生物反应装置中，功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极间隔为200-500mm；将功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极分别作为阳极和阴极，施加0.01-1V恒电压运行，加入活性污泥进行培养，在较短时间内使功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极表面负载大量功能微生物，随着体系稳定，电流维持在：0.5-10mA。
【技术特征摘要】
1.一种功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.权利要求1所述制备方法得到的功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极在电强化微生物负载中的应用，其特征在于，将功能化生物炭量子点掺杂导电纤维电极作为微生物载体，放入好氧或厌氧微生物反应装置中，功...
【专利技术属性】
技术研发人员：于明川，牛军峰，周玉菲，张小霞，童延斌，鲁建江，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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