CN105064005A - 一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料及其制备方法 - Google Patents

一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料及其制备方法 Download PDF

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本发明涉及一种生物膜载体材料，具体涉及一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料及其制备方法，本发明将传统单纯的无机、有机载体介质混合使用，以聚丙烯、聚乳酸等高分子材料制备的纤维丝与微生物的相容性更好，纤维丝中掺混的改性蜂巢石具备均匀高效的吸附能力，氧化石墨烯不仅改善了材料的力学性能，并提升了吸附降解效果，纤维束在复合硅溶胶中浸泡处理后能在纤维中粘附碳源，加速微生物挂膜生长，该复合纤维载体材料重量轻，表面活化面积大，富含碳源，成膜快，用其制作的填料具有流动性好，不易结团堵塞，吸附性能好等优点，进一步提升了水质净化效果。

Description

一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物膜载体材料，具体涉及一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料及其制备方法。
背景技术
生物膜废水处理技术是将微生物固定在载体上形成生物膜使废水中的污染物得到降解的技术，因此，生物膜载体的性能将直接影响到污水处理效率，要想获得高效的水处理效果，选择合适高效的载体材料显得尤为重要，目前应用较多的载体材料主要是聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚丙烯等高分子软性材料以及活性炭、矿渣、石灰石等无机类填料，然而这些材料在生物相容性、稳定性、持久性、再生性、流动性以及生物膜附着性等方面存在一些缺陷，制约着净化效果的进一步提升。
蜂巢石，本名浮岩，是火成岩材料中的一种喷出岩，主要由火山玻璃、矿物组成。火山爆发时，岩浆中产生出的大量火山气体形成泡沫，随后泡沫冷却，气体被“封存”在蜂巢石中。蜂巢石中的气泡约占岩石总体积的70%以上，气泡间只有极薄的火山玻璃和矿物，因而可以浮于水面之上。蜂巢石具有独特的气孔结构和良好的吸附能力，对水溶液中的有机和无机污染物均具有较强的吸附能力，其也被用来制成生物膜和酶制剂载体，在污水处理领域崭露头角，然而由于材料间的差异，其物理性质和化学成分均有较大变化,吸附边界条件和吸附能力也会有所不同，并进而影响其挂膜性能和水质净化效果。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有生物膜载体材料的缺点，制备一种新型的掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料，以获得良好的微生物挂膜和水质净化效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料，其特征在于：所述的载体材料由下列重量份的原料制成：蜂巢石6-8、聚乳酸10-14、纳米碳酸钙2-3、氧化石墨烯0.1-0.2、玉米淀粉3-5、***胶1-3、聚丙烯30-40、环氧大豆油1-2、乙烯-丙烯酸共聚物12-15、十二烷基硫酸钠0.1-0.2、腐植酸钠0.3-0.5、复合硅溶胶适量、水20-30；
所述的复合硅溶胶由以下重量份的原料制成：固含量为30-35%的硅溶胶12-16、包醛氧淀粉5-8、水30-35，制备方法为：将包醛氧淀粉投入温度为40-50℃的水中，搅拌至其完全溶解后，加入硅溶胶，保温搅拌2-3h，即得复合硅溶胶。
上述材料的制备方法包含以下步骤：
（1）先将蜂巢石破碎为50-100目；再将其投入由十二烷基硫酸钠、腐植酸钠和水配制的溶液中，搅拌均匀后将混合物料加热至50-60℃，并以功率为60-100W超声波超声处理4-5h，处理结束后过滤，滤料用清水清洗2-3次后烘干，得改性蜂巢石微粉备用；
（2）将除复合硅溶胶外的其它剩余物料与步骤（1）制备的改性蜂巢石微粉混合均匀，送入双螺杆挤出机中混料，在220-230℃条件下挤出制成复合切片，待切片冷却后投入熔喷非织造设备中熔喷纺丝，所得纤维丝固化后编制成制成直径为1-2mm的复合纤维束；
（3）将步骤（2）所得的纤维束浸入复合硅溶胶中，浸泡12-16h后取出，热风干燥后冷却至室温，随后再用清水清洗1-2次后干燥，完全除去水分，即得。
本发明的有益效果:
本发明将传统单纯的无机、有机载体介质混合使用，将两者优点结合，极大的拓宽了材料的使用范围，以聚丙烯、聚乳酸等高分子材料制备的纤维丝与微生物的相容性更好，亲水环保，纤维丝中掺混的改性蜂巢石具备均匀高效的吸附能力，加入的氧化石墨烯不仅改善了材料的力学性能，并提升了吸附降解效果，纤维束在复合硅溶胶中浸泡处理后能在纤维中粘附碳源，加速微生物挂膜生长，本发明制备得到的复合纤维载体材料重量轻，表面活化面积大，富含碳源，成膜快，用其制作的填料具有流动性好，不易结团堵塞，吸附性能好等优点，进一步提升了水质净化效果。
具体实施方式
实施例
以下将结合实施例对本发明做进一步说明。
一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料，其特征在于：所述的载体材料料由下列重量份的原料制成：蜂巢石7、聚乳酸12、纳米碳酸钙2.5、氧化石墨烯0.1、玉米淀粉4、***胶2、聚丙烯38、环氧大豆油1.5、乙烯-丙烯酸共聚物14、十二烷基硫酸钠0.1、腐植酸钠0.4、复合硅溶胶适量、水25；
其中复合硅溶胶由以下重量份的原料制成：固含量为30%的硅溶胶15、包醛氧淀粉6、水32，制备方法为：将包醛氧淀粉投入温度为40-50℃的水中，搅拌至其完全溶解后，加入硅溶胶，保温搅拌2.5h，即得复合硅溶胶。
上述材料的制备方法包含以下步骤：
（1）先将蜂巢石破碎为100目；再将其投入由十二烷基硫酸钠、腐植酸钠和水配制的溶液中，搅拌均匀后将混合物料加热至50-60℃，并以功率为100W超声波超声处理4.5h，处理结束后过滤，滤料用清水清洗3次后烘干，得改性蜂巢石微粉备用；
（2）将除复合硅溶胶外的其它剩余物料与步骤（1）制备的改性蜂巢石微粉混合均匀，送入双螺杆挤出机中混料，在220℃条件下挤出制成复合切片，待切片冷却后投入熔喷非织造设备中熔喷纺丝，所得纤维丝固化后编制成制成直径为1.5mm的复合纤维束；
（3）将步骤（2）所得的纤维束浸入复合硅溶胶中，浸泡15h后取出，热风干燥后冷却至室温，随后再用清水清洗2次后干燥，完全除去水分，即得。
制备得到的纤维束比表面积为6800m2/m3，在10-24小时内实现生物膜固着，10-12天内膜厚度可达7.5-8mm，其固着生物干膜的平均量达4.8g/g，其对污水中COD去除率达到94.2%，氨氮去除率达92.2%，总氮去除率达82.8%，平均使用寿命为5-6年。

Claims (3)

1.一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料，其特征在于：所述的载体材料由下列重量份的原料制成：蜂巢石6-8、聚乳酸10-14、纳米碳酸钙2-3、氧化石墨烯0.1-0.2、玉米淀粉3-5、***胶1-3、聚丙烯30-40、环氧大豆油1-2、乙烯-丙烯酸共聚物12-15、十二烷基硫酸钠0.1-0.2、腐植酸钠0.3-0.5、复合硅溶胶适量、水20-30。
2.一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料，其特征在于，所述的复合硅溶胶是由以下重量份的原料复配而成：固含量为30-35%的硅溶胶12-16、包醛氧淀粉5-8、水30-35，制备方法为：将包醛氧淀粉投入温度为40-50℃的水中，搅拌至其完全溶解后，加入硅溶胶，保温搅拌2-3h，即得复合硅溶胶。
3.如权利要求1或2所述的一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）先将蜂巢石破碎为50-100目；再将其投入由十二烷基硫酸钠、腐植酸钠和水配制的溶液中，搅拌均匀后将混合物料加热至50-60℃，并以功率为60-100W超声波超声处理4-5h，处理结束后过滤，滤料用清水清洗2-3次后烘干，得改性蜂巢石微粉备用；
（2）将除复合硅溶胶外的其它剩余物料与步骤（1）制备的改性蜂巢石微粉混合均匀，送入双螺杆挤出机中混料，在220-230℃条件下挤出制成复合切片，待切片冷却后投入熔喷非织造设备中熔喷纺丝，所得纤维丝固化后编制成制成直径为1-2mm的复合纤维束；
（3）将步骤（2）所得的纤维束浸入复合硅溶胶中，浸泡12-16h后取出，热风干燥后冷却至室温，随后再用清水清洗1-2次后干燥，完全除去水分，即得。
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