[發明專利]一種自降解生物膜填料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210155025.3
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114590886B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 謝超;孔令濤;吳子健
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C02F3/10
• 分類號: C02F3/10;C02F3/00;C02F3/34
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 魏玉嬌

本發明屬于廢水處理技術領域。提供了一種自降解生物膜填料及其制備方法和應用，將聚乳酸、共聚改性劑、增塑劑、熱穩定劑和成核劑共混，得到聚乳酸基材；堿洗聚乳酸基材得到微納材料；將微納材料浸漬在聚合物溶液中，得到復合材料；將復合材料進行等離子體接枝，即得所述自降解生物膜填料。本發明通過調節聚乳酸和共聚改性劑的比例實現聚乳酸作為碳源的釋放速率可控。堿洗聚乳酸基材在表面形成多個微納級的缺陷，增大了材料的比表面積，通過等離子體轟擊接枝了親水性基團，提高生物膜填料的親水性。本發明提供的生物膜填料在水中緩慢釋放脫落外層膜，內部活躍區又形成高活性生物膜，填料表面不斷更新，使微生物活性保持高速增長。

技術領域

本發明屬于廢水處理領域的生物膜填料制備技術。具體涉及一種自降解生物膜填料及其制備方法和應用。

背景技術

生物膜法具有占地面積小、去除污染物效果好、脫氮效率高等優點，廣泛應用在工業廢水和生活污水領域。填料作為生物膜技術最主要的組成部分，對微生物的生長環境起著決定性影響。當前國內外學者對于生物膜填料的研究主要在填料改性，如通過表面引入親水基團、增加填料表面粗糙度、內部摻雜營養元素、填料內部磁改性影響微生物活性。如公開號為CN111647189A的發明專利采用的一種增強氧化石墨烯改性生物膜填料掛膜性能的方法，通過引入極性基團，增加表面能，提高填料表面粗糙度提升了掛膜效率。公開號為CN108751391A的發明專利經過生物膠修飾惰性填料基材增加了親水性和親生物性。公開號為CN201810677116.7的發明專利申請介紹了一種復合緩釋碳源的制備方法，該碳源為玉米芯顆?；蚧ㄉ鷼ゎw粒，人工合成高分子有機碳源為聚已內酯固體顆粒或聚丁二酸丁二醇酯固體顆粒然而，作為碳源為微生物生長繁殖。目前關于微生物填料的應用方面但仍存填料表面需定期清理、碳源不能充分分解、碳源易腐敗失效等問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明的目的之一是提供一種自降解生物膜填料的制備方法，制得的生物膜填料不需要定期清理，作為載體和碳源被微生物充分利用，防止了碳源腐敗失效，同時可加速掛膜、提升營養傳質效率。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種自降解生物膜填料的制備方法，包括如下步驟：

S1、將聚乳酸、共聚改性劑、增塑劑、熱穩定劑和成核劑混合，混合料加熱后經擠出裝置擠出冷卻，制得聚乳酸基材；

S2、將步驟S1的聚乳酸基材在聚合物溶液中浸漬后取出干燥，制得復合材料，將復合材料進行等離子體接枝，即制得自降解生物膜填料。

作為自降解生物膜填料的制備方法進一步的改進：

優選的，步驟S1中所述聚乳酸、共聚改性劑、增塑劑、熱穩定劑和成核劑的混合質量比為(50-70):(10-20):(5-10):(1-5):(1-5)。

優選的，步驟S1中所述共聚改性劑為聚乙二醇或己內酯；或者，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯或鄰苯二甲酸二辛酯；或者，所述熱穩定劑為蓖麻油酸鈣、環氧大豆油和馬來酸酐中的一種或兩種以上；或者，所述成核劑為二羧酸鈉、苯甲酸鈉或納米二氧化硅，粒徑為5-20nm。

優選的，步驟S1中對混合料加熱的方式為梯度升溫加熱，溫度范圍為110-170℃，相鄰梯度溫度的差值為10℃，在每個梯度溫度下的保溫時間為5-10min。

優選的，在步驟S2之前對步驟S1的聚乳酸基材進行堿洗，在聚乳酸基材表面形成多個微納級的缺陷區域。

優選的，步驟S1中對聚乳酸基材進行堿洗的溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，濃度為10-30wt％，堿洗方式為浸泡，浸泡時間為3-5h。

優選的，步驟S2所述的聚合物溶液中包含丙烯酸、殼聚糖和無水乙醇，無水乙醇為溶劑，所述聚合物溶液中丙烯酸的濃度為2-10wt％、殼聚糖的濃度為1-5wt％；所述丙烯酸與步驟S1中所述聚乳酸的質量比為(5-10):(50-70)；所述浸漬的時間為5-10min。