一種懸浮填料的改性方法
【專利摘要】本發明涉及一種懸浮填料的改性方法，包括如下步驟：a．將懸浮填料用去離子水清洗干凈，然后烘干后備用；b．將左旋聚乳酸加入揮發性溶劑中，配成質量體積比為1-3%的左旋聚乳酸溶液；c．在b步驟制得的左旋聚乳酸溶液加入氯化鈉或氯化鉀至飽和，然后水浴加熱至左旋聚乳酸完全溶解；d．將經過c步驟處理的左旋聚乳酸溶液冷卻至室溫，然后將經過a步驟處理的懸浮填料浸沒在左旋聚乳酸溶液中并攪拌；e．利用揮發法去除經過d步驟處理的懸浮填料表面的溶劑。本發明的改性方法，在填料表面引入活性基團，增加了填料表面的粗糙度，加快了改性填料表面硝化生物膜的形成，更有利于細菌的粘附生長，進而提升了NH3-N和TN的去除效率。
【專利說明】一種懸浮填料的改性方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種懸浮填料的改性方法。
【背景技術】
[0002]微污染水源水中，含有NH3-N (氨氮)及TN(總氮)，預處理工藝多采用生物接觸氧化法。在對氮的氧化過程中即氮的硝化作用，分為亞硝化及硝化兩個步驟，其中氨氮在亞硝化細菌作用下轉化為亞硝酸鹽氮的過程為限速步驟，負責氧化的細菌具有世代周期長及胞外聚合物形成量低等不利特點。為解決這一問題，本領域技術人員采用在懸浮填料上形成一層聚乳酸膜來加快對微污染源水的處理速度。但現有的懸浮填料對硝化細菌的附著能力不強，使得懸浮填料上的生物膜形成速度較慢，使得微污染源水的凈化處理啟動速度減慢。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了能夠增強懸浮填料表面生物膜附著力的一種懸浮 填料的改性方法。
[0004]為解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下:
[0005]一種懸浮填料的改性方法，包括如下步驟:
[0006]a.將懸浮填料用去離子水清洗干凈，然后烘干后備用，
[0007]b.以左旋聚乳酸(簡稱PLLA)為溶質，加入到揮發性溶劑中配制成質量體積比為
1-3%的左旋聚乳酸溶液；
[0008]c.在b步驟制得的左旋聚乳酸溶液加入氯化鈉或氯化鉀至飽和，然后進行水浴加熱至左旋聚乳酸完全溶解，所述水浴加熱的溫度為55-65°C ；
[0009]d.將經過c步驟處理的左旋聚乳酸溶液冷卻至室溫，然后將經過a步驟處理的懸浮填料浸沒在冷卻到室溫的左旋聚乳酸溶液中并攪拌左旋聚乳酸溶液，使得懸浮填料的表面負載一層左旋聚乳酸溶液；
[0010]e.利用揮發法去除經過d步驟處理的懸浮填料表面的溶劑。
[0011]本發明中，優選的方案為所述懸浮填料為聚乙烯懸浮填料和聚丙烯懸浮填料中的一種。
[0012]本發明中，優選的方案為所述b步驟中的揮發性溶劑為二氯甲烷或三氯甲烷。
[0013]本發明中，優選的方案為所述e步驟中的揮發法具體為:將經過d步驟處理的懸浮填料在通風櫥中至少放置24小時(此處的至少包括24小時，即大于等于24小時)。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點是:改性方法操作簡便易行，PLLA為生物相容性材料、無毒害作用，改性過程PLLA用量少，實際操作過程中成本低；經過本發明的改性方法后，懸浮填料表面粗糙度增大，增加了蛋白吸附量，有利于細菌的粘附；經過改性處理，在填料表面引入羰基(C = O)、羧基(O = C-0)、羥基(C-OH)活性基團，從物理吸附和新的化學鍵形成的兩個角度促進了蛋白吸附量的增多，填料表面的活性基團可對細菌的結合和粘附產生積極的促進作用，加快了改性填料表面硝化生物膜的形成，更有利于細菌的粘附生長，進而提升了 NH3-N和TN的去除效率。
[0015]下面結合附圖及【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是實施例1的懸浮填料改性前后的填料表面形貌對比圖；
[0017]圖2是實施例1的懸浮填料改性前的填料表面化學鍵變化圖；
[0018]圖3是實施例1的懸浮填料改性后的填料表面化學鍵變化圖；
[0019]圖4是實施例1的懸浮填料改性前后的填料表面蛋白質吸附量對比圖；
[0020]圖5是實施例1的懸浮填料改性前后的填料去除NH3-N (氨氮)效果對比圖。
[0021]圖6是實施例1的懸浮填料改性前后的填料去除TN(總氮)效果對比圖。
[0022]圖1中，a為改性前的懸浮填料表面結構；b為改性后的懸浮填料表面結構；c為改性前的懸浮填料表面微生物生長狀況；d為改性后的懸浮填料表面微生物生長狀況。
【具體實施方式】
[0023]實施例1 [0024]一種懸浮填料的改性方法，包括如下步驟:
[0025]a.將懸浮填料用去離子水清洗干凈，然后烘干后備用，所述懸浮填料為聚乙烯懸浮填料；
[0026]b.以二氯甲烷溶劑，以左旋聚乳酸為溶質，配制成質量體積比為3%的左旋聚乳酸溶液；
[0027]c.在b步驟制得的左旋聚乳酸溶液加入氯化鈉至飽和，然后進行水浴加熱至左旋聚乳酸完全溶解，所述水浴加熱的溫度為65°C ；
[0028]d.將經過c步驟處理的左旋聚乳酸溶液冷卻至室溫，然后將經過a步驟處理的懸浮填料浸沒在冷卻到室溫的左旋聚乳酸溶液中并攪拌左旋聚乳酸溶液，使得懸浮填料的表面負載一層左旋聚乳酸溶液；
[0029]e.將經過d步驟處理的懸浮填料在通風櫥中放置24小時，使得懸浮填料表面的溶劑揮發。
[0030]實施例2
[0031]a.將懸浮填料用去離子水清洗干凈，然后烘干后備用，所述懸浮填料為聚丙烯懸浮填料中；
[0032]b.以三氯甲烷為溶劑，以左旋聚乳酸為溶質，配制成質量體積比為I %的左旋聚乳酸溶液；
[0033]c.在b步驟制得的左旋聚乳酸溶液加入氯化鉀至飽和，然后進行水浴加熱至左旋聚乳酸完全溶解，所述水浴加熱的溫度為58°C ；
[0034]d.將經過c步驟處理的左旋聚乳酸溶液冷卻至室溫，然后將經過a步驟處理的懸浮填料浸沒在冷卻到室溫的左旋聚乳酸溶液中并攪拌左旋聚乳酸溶液，使得懸浮填料的表面負載一層左旋聚乳酸溶液；
[0035]e.將經過d步驟處理的懸浮填料在通風櫥中放置24小時，使得懸浮填料表面的溶劑揮發。[0036]實施例3
[0037]a.將懸浮填料用去離子水清洗干凈，然后烘干后備用，所述懸浮填料為聚乙烯懸浮填料；
[0038]b.以二氯甲烷，以左旋聚乳酸為溶質，配制成質量體積比為2%的左旋聚乳酸溶液；
[0039]c.在b步驟制得的左旋聚乳酸溶液加入氯化鉀至飽和，然后進行水浴加熱至左旋聚乳酸完全溶解，所述水浴加熱的溫度為55°C ；
[0040]d.將經過c步驟處理的左旋聚乳酸溶液冷卻至室溫，然后將經過a步驟處理的懸浮填料浸沒在冷卻到室溫的左旋聚乳酸溶液中并攪拌左旋聚乳酸溶液，使得懸浮填料的表面負載一層左旋聚乳酸溶液；
[0041]e.將經過d步驟處理的懸浮填料在通風櫥中放置24小時，使得懸浮填料表面的溶劑揮發。
[0042]實施例4
[0043]取實施例1制得的改性聚乙烯懸浮填料、以及改性前所采用的聚乙烯懸浮填料，然后分別對其性能進行檢測，將其與改性前的性能進行比較。
[0044]選用掃描電鏡實驗觀察其表面形貌。由圖1可知，在懸浮填料改性處理后，表面粗糙度增加，呈溝壑狀，填料 的比表面積隨之增加(圖1中的a為改性前的懸浮填料表面結構和圖1中的b為改性后的懸浮填料表面結構)，從而改性填料表面為細菌的生長提供了更多的空間。以上結果的原因是PLLA負載于填料后鈉鹽或鉀鹽逐漸從其表面溶解，進而增加了表面粗糙度。
[0045]反應器啟動一段時間后，細菌粘附生長于到改性懸浮填料表面，菌種種類較之未改性的呈現多樣化，包括短桿菌、長桿菌、球菌等(圖1中的c為改性前的懸浮填料表面微生物生長狀況和圖1中的d改性后的懸浮填料表面微生物生長狀況)，可以看出改性后的懸浮填料更有利于微生物的附著和生長；
[0046]本發明通過X-射線光電子能譜觀察未改性及改性后PLLA懸浮填料樣品表面的化學成分(見圖2和圖3)。由XPS Cls的區域的譜圖結果可知，改性后填料的譜圖由單峰向雙峰轉變，譜峰形狀變化明顯，說明表面改性使原子能級發生了變化。利用PC分峰軟件擬合后，改性在填料表面引入羰基(C = O)、羧基(O = C-0)、羥基(C-OH)活性基團，其峰面積分別為12.76%,11.07%和55.12%，填料表面的活性基團可對細菌的結合和粘附產生積極的促進作用，從而可幫助改性填料表面硝化生物膜的快速形成；
[0047]眾所周知，胞外聚合物主要由胞外蛋白和胞外多糖組成，填料表面較高的蛋白吸附能力有助于胞外聚合物的快速形成及其向填料表面的粘附過程，從而幫助生物膜形成完整的三維結構。由圖4可知，改性前后填料表面對牛血清白蛋白的吸附量分別為6.24μ g/cm2和7.31 μ g/cm2,吸附量增加了 17% ;對于纖維蛋白原改性前后分別為19.88 μ g/cm2和25.25 μ g/cm2，蛋白吸附量增加了 27%。結果表明，表面改性增加了填料的蛋白吸附量，這是由于改性增加了填料表面的粗糙度，并且在表面引入的活性基團，從物理吸附和新的化學鍵形成的兩個角度促進了蛋白吸附量的增多；
[0048]圖5和圖6分別為填料改性前后NH3-N、TN的去除情況。由圖5可知，反應器啟動的32天內，改性前后NH3-N的平均去除率分別為68.06%和71.70%，運行第24天，其去除率首次達到71.83%和94.17%，改性懸浮填料NH3-N的平均去除率超過78%，穩定運行期其平均去除率大于90%，結果表明改性提高了反應器啟動期NH3-N的去除效果，加速了反應器的啟動過程。同樣地從圖6可以看出，改性的填料表面TN的去除率也得到了提高，改性前后TN的平均去除率分別為34.54%和39.02%，平均去除率提高了 13%，結果表明表面改性不僅強化了硝化作用，同時促進了反硝化作用。
[0049]上述實施方式僅為本發明的優選實施方式，不能以此來限定本發明保護的范圍，本領域的技術人員在本發明的基礎上所做的任何非實質性的變化及替換均屬于本發明所要求保護的 范圍。
【權利要求】
1.一種懸浮填料的改性方法，其特征包括如下步驟: a.將懸浮填料用去離子水清洗干凈，然后烘干后備用， b.以左旋聚乳酸為溶質，加入到揮發性溶劑中配制成質量體積比為1-3%的左旋聚乳酸溶液； c.在b步驟制得的左旋聚乳酸溶液加入氯化鈉或氯化鉀至飽和，然后進行水浴加熱至左旋聚乳酸完全溶解，所述水浴加熱的溫度為55-65°C ； d.將經過c步驟處理的左旋聚乳酸溶液冷卻至室溫，然后將經過a步驟處理的懸浮填料浸沒在冷卻到室溫的左旋聚乳酸溶液中并攪拌左旋聚乳酸溶液； e.利用揮發法去除經過d步驟處理的懸浮填料表面的溶劑。
2.根據權利要求1所述的懸浮填料的改性方法，其特征在于:所述懸浮填料為聚乙烯懸浮填料和聚丙烯懸浮填料中的一種。
3.根據權利要求1所述的懸浮填料的改性方法，其特征在于:所述b步驟中的揮發性溶劑為二氯甲烷或三氯甲烷。
4.根據權利要求1所述的懸浮填料的改性方法，其特征在于所述e步驟中的揮發法具體為:將經過d步驟處理的懸浮填料在通風櫥中放置至少24小時。
【文檔編號】C08J7/04GK103980517SQ201410240193
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】孫承志, 馮惠, 鄧志新, 鐘寧 申請人:瀚藍環境股份有限公司