專利名稱：廢水脫氮多孔與大比表面積的填料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于廢水處理功能材料領域，具體涉及一種廢水脫氮多孔與大比表面積的 填料及其制備方法，填料具有親水性和親微生物性，其脫氮能力較好。
背景技術：
水是人類賴以生存的寶貴資源。隨著經濟的快速發(fā)展，由于合成的洗滌劑、化肥和 農藥的廣泛使用，會使大量復雜的污染物進入水體，其中氮元素的排放量猛增。水體的氮素 污染對人類生存的環(huán)境造成了巨大危害，水體生態(tài)環(huán)境日趨惡化，氮磷污染尤為普遍，富營 養(yǎng)化現象極其嚴重。不僅影響了人類正常生活，還制約著經濟發(fā)展，而且給人們造成巨大的 直接和間接經濟損失。因此，受污染水體的修復的研究工作迫在眉睫。填料是廢水處理中生物膜廢水處理的核心技術之一，隨著水源水污染日趨嚴峻， 生物填料越來越多地應用于微污染水處理中。填料的性能也對廢水處理過程的效率、能耗、 穩(wěn)定性及可靠性均有直接影響，因此填料在廢水處理中一直受到高度重視。目前國內軟性填料具有微生物附著困難、實際表面積不大、中心繩易斷等弊病，應 用受到限制。其性能與德國和日本產的填料水平相比，還具有相當大的差距，且至今仍沒有 專門脫氮的軟性填料，開發(fā)具有自主知識產權的脫氮填料具有很重要的意義。為解決國內填料的脫氮性能不好、親水性能不強和微生物親和性不強，以及微生 物附著困難、實際表面積不大、中心繩易斷等弊病，依據微生物的化學組成結構研發(fā)仿生材 料。分析脫氮微生物的相結構和成分，以微生物的分子式和組成為藍本，進行元 素組分定量與組成結構測定，如細胞組成為水占80%和干物質占20%’其中干物質中有機 物占90%和無機物占1096，有機物以現有的微生物分子式C6tlH87O23N12P、C18H19O9N^ C11H29O7N 和C5Hp2N為基礎，確定各個元素百分比例為C 45. 99 54. 96%、H 4. 83 10. 10%、0 26. 78 39. 02%、N 4. 89 12. 89% 和 P 2. 26%,以及無機物比例為 P 50%、S 15%、Na 11%、 Ca 9%、Mg 8%、K 6%和狗1%等，進行廢水高效脫氮有機填料的合成，確定有機填料組成和 相應分子結構，設計合適的高效脫氮有機填料組成結構。因其化學結構的同源性，使微生物易于在其表面附著生長，縮短微生物培養(yǎng)馴化 時間，又因為在材料的表面上粘附了少量無機納米粉體，可以增加材料表面粗糙度。即本發(fā) 明提供了一種仿生高效廢水脫氮表面多孔、大比表面積和親水性的填料，其斷裂強度較大 及脫氮效率穩(wěn)定持久。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種廢水脫氮多孔與大比表面積的填料及其制備方法。 多孔和親水的絲束。在經過編織成特定形狀，就得到成品。本發(fā)明提出的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料，由溶劑、聚合成樹脂用單體、引 發(fā)劑、鏈轉移劑和無機納米粉體組成，其組份的重量百分比為溶劑 引發(fā)劑 鏈轉移劑
60% 85% ； 0. 01% 0. 2% ； 0. 1% ；
無機納米粉體 0. 01% 洲；
其余為聚合成樹脂用單體，其總重量滿足100%。其中所述溶劑為二甲亞砜、丙酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的任意一種或 幾種復配，所述聚合成樹脂用單體為烯烴腈、烯烴酸、烯烴酸酯和烯烴磺酸鹽，其中以烯烴 腈為第一單體，其碳原子數在3 4之間，其總和占單體分量的60% 80% ；烯烴酸及烯烴酸 酯占單體分量的10% 25%，各官能團之間鏈段碳原子數為1到4之間，烯烴酸磺酸鹽占單 體分量的5% 25%，烯烴碳原子數為3到5之間；其中烯烴腈占單體分量的60% 80%，、 烯烴酸及烯烴酸酯占單體分量的10% 25%，其余為烯烴磺酸鹽，其總分量為100%。本發(fā)明中，所述烯烴腈采用丙烯腈或丁烯腈中一到二種。本發(fā)明中，烯烴酸采用丙烯酸或丁烯酸中一至兩種，烯烴酸酯采用丙烯酸甲酯、丙 烯酸乙酯或丁烯酸甲酯等中任一至幾種。本發(fā)明中，烯烴酸磺酸鹽采用丙烯酸磺酸鈉、丙烯酸磺酸鉀或甲基丙烯酸磺酸鈉 等中一至幾種。本發(fā)明中，所述弓ι發(fā)劑為偶氮二異丁腈或過硫酸鉀中的任一種。本發(fā)明中，所述鏈轉移劑為十二硫醇。本發(fā)明中，所述無機納米粉體為納米碳酸鈣或納米碳酸鎂中一至兩種。本發(fā)明提出的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料的制備方法，具體步驟如下 用溶劑溶解一定比例的單體、引發(fā)劑、鏈轉移劑，一并放入反應釜中高速攪拌，進行聚
合反應，制備出紡絲原液；將制備的紡絲原液裝入反應釜中，經噴絲頭壓入凝固浴中，凝固 浴中添加質量分數為1% 25%的無機納米粉體，凝固浴中的溶劑為二甲基甲酰胺(DMF)溶 液，凝固浴內的溫度為10°C 15°C，停留時間為Imin IOmin ；納米材料就會附在絲束的 表面，添加了納米材料的絲束在經過拉伸浴后進入酸洗浴中，酸洗浴中的溶液為5% 20% 的硝酸溶液或者鹽酸溶液，酸洗浴內的溫度為50°C 80°C。絲束在酸洗浴中的停留時間為 5min 30min，最后經過水洗浴清洗，水洗浴內的溫度為50°C 100°C，停留時間為5min 30min，即得所需產物。本發(fā)明中，聚合反應溫度為500C 90°C，為防止爆聚，反應升溫速度不可過快，反 應溫度不可過高。本發(fā)明中，聚合反應前0.池 池攪拌速度為lOOr/min 600r/min，聚合反 應中攪拌轉速逐漸提升至800r/min 1200r/min，攪拌4 10h。本發(fā)明中，將制備成的紡絲原液經噴絲頭壓入凝固浴中，凝固浴中的無機納 米粉體就會粘附到絲束的表面，無機納米粉體在凝固浴中的質量分數為1% 25%，無機納 米粉體可以是納米碳酸鈣、納米碳酸鎂中的一種或者是它們的混合物。添加了無機納米粉 體的絲束在經過拉伸浴進入酸洗浴中，酸洗浴中的5% 20%的硝酸或鹽酸就會和絲束表面 的納米無機粉體發(fā)生復分解反應，生成易溶于水的鹽、二氧化碳和水，就會使大部分無機納 米粉體發(fā)生復分解反應，使表面的納米粉體的量減少，殘余的無機納米粉體在絲束表面所 占的比例為0. 01% 進而使絲束的表面變得粗糙和使有機物氰基水解為羧基，最后經過水洗浴，清洗絲束的表面，就制得表面多孔和親水的絲束。上述反應的元素和羧基吸附的 元素的組合體的比例，基本與微生物的元素比例相同，具有化學結構的同源性，使微生物易 于在其表面附著生長。
具體實施例方式下面結合實例來進一步解釋發(fā)明的技術方案和技術效果，但這些實例的實施 并非限制本發(fā)明的其它實施方式。本發(fā)明中所有試劑皆為市售分析純或化學純試劑。具體 試劑的品種及生產廠家如下所示。新材料用試劑的品種及生產廠家
權利要求
1. 一種廢水脫氮多孔與大比表面積的填料，其特征在于由溶劑、聚合成樹脂用單體、引 發(fā)劑、鏈轉移劑和無機納米粉體組成，其組份的重量百分比為溶劑 60% 85% ；引發(fā)劑 0. 01% 0. 2% ；鏈轉移劑 0. 1% 2%；無機納米粉體 0. 01% 2%；其余為聚合成樹脂用單體，其總重量滿足100% ；其中所述溶劑為二甲亞砜、丙酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的任意一種或幾種 復配，所述聚合成樹脂用單體為烯烴腈、烯烴酸、烯烴酸酯和烯烴磺酸鹽，其中以烯烴腈為 第一單體，其碳原子數在3 4之間，其總和占單體分量的60% 80% ；烯烴酸及烯烴酸酯 占單體分量的10% 25%，各官能團之間鏈段碳原子數為1到4之間，烯烴酸磺酸鹽占單體 分量的5% 25%，烯烴碳原子數為3到5之間；其中烯烴腈占單體分量的60% 80%，烯烴 酸及烯烴酸酯占單體分量的10% 25%，其余為烯烴磺酸鹽，其總分量為100%。
2.根據權利要求1所述的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料，其特征在于所述烯烴腈 采用丙烯腈或丁烯腈中一至二種。
3.根據權利要求1所述的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料，其特征在于烯烴酸采用 丙烯酸或丁烯酸中一至兩種，烯烴酸酯采用丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丁烯酸甲酯中任一 至幾種。
4.根據權利要求1所述的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料，其特征在于烯烴酸磺酸 鹽采用丙烯酸磺酸鈉、丙烯酸磺酸鉀或甲基丙烯酸磺酸鈉中一至幾種。
5.根據權利要求1所述的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料，其特征在于所述引發(fā)劑 為偶氮二異丁腈或過硫酸鉀中的任一種。
6.根據權利要求1所述的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料，其特征在于所述鏈轉移 劑為十二硫醇。
7.根據權利要求1所述的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料，其特征在于所述無機納 米粉體為納米碳酸鈣或納米碳酸鎂中一至兩種。
8.—種如權利要求1所述的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料的制備方法，其特征在 于具體步驟如下用溶劑溶解一定比例的單體、引發(fā)劑、鏈轉移劑，一并放入反應釜中高速攪拌，進行聚 合反應，制備出紡絲原液；將制備的紡絲原液裝入反應釜中，經噴絲頭壓入凝固浴中，凝固 浴中添加質量分數為1% 25%的無機納米粉體，凝固浴中的溶劑為二甲基甲酰胺溶液，凝 固浴內的溫度為10°C 15°C，停留時間為Imin IOmin ；納米材料就會附在絲束的表面， 添加了納米材料的絲束在經過拉伸浴后進入酸洗浴中，酸洗浴中的溶液為5% 20%的硝酸 溶液或者鹽酸溶液，酸洗浴內的溫度為50°C 80°C ；絲束在酸洗浴中的停留時間為5min 30min，最后經過水洗浴清洗，水洗浴內的溫度 為50°C 100°C，停留時間為5min 30min，即得所需產物。
9.根據權利要求8所述的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料的制備方法，其特征在于 聚合反應溫度為50°C 90°C。
10.根據權利要求1所述的廢水脫氮多孔與大比表面積的填料的制備方法，其特征在于聚合反應前0. 2h 池攪拌速度為lOOr/min 600r/min，聚合反應中攪拌轉速逐漸提升 至 800r/min 1200r/min，攪拌 4 10h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢水脫氮多孔和大比表面積的填料及其制備方法，該填料包括親水性樹脂、粘結在所述親水性樹脂上的無機納米粉體，所述無機納米粉體在凝固浴中添加到所述親水性樹脂的表面，這種無機納米粉體可以是納米碳酸鈣、納米碳酸鎂中的一種或者是它們的混合物。這種無機納米粉體在酸洗浴中被復分解后，殘余的無機納米粉體在絲束表面所占的比例為0.01%～2%。經過酸洗，增加了纖維表面的粗糙程度，使其具有羧酸基團，更有利于銨離子吸附在材料表面，又由于親水性較好，微生物也容易吸附在纖維的表面，從而提高廢水的脫氮效率。
文檔編號D01D5/06GK102060372SQ20101055705
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權日2010年11月24日
發(fā)明者劉景明, 朱志榮 申請人:同濟大學