一種用于水中除氮除磷的材料及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于水中除氮除磷的材料，是至少一個(gè)方向的厚度小于1mm的片狀材料，且含有10-100％重量份的生物降解高分子。本發(fā)明的水中除氮除磷的材料，可在污水凈化領(lǐng)域應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】
一種用于水中除氮除磷的材料及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，涉及一種用于水中除氮除磷的材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 富營(yíng)養(yǎng)化是指湖泊、河流、水庫(kù)等水體中氮磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過(guò)多所引起的 水質(zhì)污染現(xiàn)象。由于水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的富集，引起藻類及其他浮游生物的迅速繁殖，使 水體溶解氧含量下降，造成藻類、浮游生物、植物、水生物和魚(yú)類衰亡甚至絕跡的污染現(xiàn)象。
[0003] 2013年，中國(guó)湖泊（水庫(kù)）中，富營(yíng)養(yǎng)的比例為27. 8%，湖泊、水庫(kù)、河流中，氮、磷 超標(biāo)現(xiàn)象普遍。凈化水體、除氮除磷的方法，主要有化學(xué)法、絮凝劑法、生物反應(yīng)器法、過(guò)濾 膜法、微生物法等。其中，微生物法是較常用的方法，一般，微生物除氮是通過(guò)硝化和反硝化 作用使水中的氮元素變成氮?dú)忉尫诺酱髿庵?；微生物除磷是將有機(jī)磷通過(guò)礦化作用轉(zhuǎn)化成 無(wú)機(jī)磷。微生物的生長(zhǎng)需要碳源，甲醇、淀粉等小分子有機(jī)物是較常用的碳源，但是該類碳 源的效果不佳。CN103145210A公開(kāi)了一種脫氮除磷凈化劑，是一種2-5mm的球狀顆粒。
[0004] 聚羥基烷酸酯（PHA)等生物降解高分子被認(rèn)為是一種高效的碳源。CN101928069A 公開(kāi)了一種含PHA的除去水中氮、磷的污水凈化劑，該凈化劑是一種0. 5-3mm的微球。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由于球體的比表面積小，所以球狀顆粒作為碳源具有先天的除氮除 磷效率低的缺點(diǎn)。所以鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種用于水中除氮除磷的材 料，其除氮除磷效率要高于現(xiàn)有技術(shù)水平。
[0006] 本發(fā)明提供一種用于水中除氮除磷的材料，所述材料是至少一個(gè)方向的厚度小于 1_的片狀材料，且含有10-100%重量份的生物降解高分子。
[0007] 通過(guò)現(xiàn)有的加工技術(shù)，相對(duì)于減小球形顆粒的直徑，降低片狀材料的厚度更容易 做到，當(dāng)體積相同時(shí)，較薄的片狀材料相比球型顆粒，具有更大的表面積。表面積大，可以有 效促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，進(jìn)而提高微生物除氮除磷的效率。
[0008] 所述的片狀材料，是指一維線性尺度（厚度）小于其他二維尺寸（長(zhǎng)度和寬度） 的一半的固體材料，如薄膜、織物、或無(wú)紡布，由薄膜、織物、和/或無(wú)紡布形成的雙層或多 層復(fù)合材料。
[0009] 所述的生物降解高分子即GBT20197-2006定義的生物分解塑料，是"在自然界如 土壤和/或沙土等條件下，和/或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng) 液中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳或/和甲烷、水 及其所含元素的礦化無(wú)機(jī)鹽以及新的生物質(zhì)的塑料"。
[0010] 具體而言，所述的生物降解高分子選自于生物降解聚酯、生物降解聚碳酸酯、生物 降解聚醚、生物降解聚氨脂、聚乙烯醇、多糖、纖維素、或含上述化學(xué)結(jié)構(gòu)的共聚物中的一種 或幾種。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的生物降解高分子，優(yōu)選自聚乳酸、聚乙交酯、聚羥基丁酸酯、聚羥 基丁酸戊酸酯、聚羥基丁酸己酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯、聚己內(nèi) 酯、聚對(duì)苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸己二酸丙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酸丁 二醇酯、聚乙撐碳酸酯、聚丙撐碳酸酯、聚碳酸亞環(huán)己酯、聚乙烯醇、淀粉、纖維素、或含上述 化學(xué)結(jié)構(gòu)的共聚物中的一種或幾種。
[0012] 進(jìn)一步的，考慮到可以按照實(shí)際需求，便利的調(diào)節(jié)材料的各種性能和性質(zhì)，比如機(jī) 械強(qiáng)度、加工性能、除氮速率、水解速率等，所述的生物降解高分子進(jìn)一步優(yōu)選為聚乳酸、聚 乙交酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基丁酸戊酸酯、聚羥基丁酸己酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二 酸己二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯、聚對(duì)苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸己二酸丙二醇 酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酸丁二醇酯、聚乙撐碳酸酯、聚丙撐碳酸酯、聚碳酸亞環(huán)己酯、聚乙烯 醇、淀粉、纖維素、或含上述化學(xué)結(jié)構(gòu)的共聚物中的兩種或兩種以上?？梢哉{(diào)節(jié)生物降解高 分子的種類和配比，從而調(diào)節(jié)其機(jī)械強(qiáng)度和水解速率，使得用于水中除氮除磷的材料，按照 具體需求，在除氮過(guò)程中發(fā)生或不發(fā)生破碎，并可調(diào)節(jié)該材料對(duì)水中總有機(jī)碳含量（T0C) 的影響。在除氮除磷過(guò)程中，材料保持完整，可以方便之后取出；如果材料不需要被取出，則 可以使材料破碎。破碎程度也可以通過(guò)調(diào)節(jié)生物降解高分子的種類和配比調(diào)節(jié)。
[0013] 考慮到加工性能，所述的生物降解高分子更進(jìn)一步優(yōu)選自聚乳酸/聚羥基丁酸 酯、聚乳酸/聚羥基丁酸戊酸酯、聚乳酸/聚己內(nèi)酯、或聚乳酸/聚對(duì)苯二甲酸己二酸丁二 醇酯共混物中的一種或幾種。
[0014] 本發(fā)明的用于水中除氮除磷的材料中，可以在不妨礙實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的范圍 內(nèi)，添加填充劑、增塑劑、增容劑、封端劑、阻燃劑、成核劑、抗氧化劑、潤(rùn)滑劑、抗靜電劑、防 霧劑、光穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、顏料、防霉劑、或發(fā)泡劑等添加劑中的一種或幾種。
[0015] 進(jìn)一步的，所述的用于水中除氮除磷的材料，進(jìn)一步優(yōu)選為含有多孔結(jié)構(gòu)。通過(guò)在 片狀材料上呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提尚材料的表面積，從而進(jìn)一步提尚微生物除氣除 磷的效率。
[0016] 進(jìn)一步的，所述的用于水中除氮除磷的材料，所述的生物降解高分子的結(jié)晶度優(yōu) 選小于30%。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，降低生物降解高分子的結(jié)晶度，可以有效促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，進(jìn) 而提高微生物除氮除磷的效率。
[0017] 進(jìn)一步的，所述的用于水中除氮除磷的材料，水接觸角小于70°。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，提 高材料的親水性，即降低水接觸角，可以有效促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，進(jìn)而提高微生物除氮除磷 的效率。
[0018] 本發(fā)明的水中除氮除磷的材料，可在污水凈化領(lǐng)域應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 通過(guò)以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述，但所述實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限 制。
[0020] 實(shí)施例與對(duì)比例中使用的測(cè)試方法如下：
[0021] 厚度：使用三洋儀器公司7050型厚度計(jì)測(cè)定，取9個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。
[0022] 平均粒徑：結(jié)晶度（X。）：使用差示掃描量熱儀（DSC)，對(duì)材料以10°C /min的升溫 速率進(jìn)行測(cè)試，在第一次升溫曲線上測(cè)定各熔融焓（A HJ和冷結(jié)晶焓（AHJ。
[0023] 當(dāng)材料中僅含有一種聚合物時(shí)，按下式計(jì)算結(jié)晶度：
[0025] 其中，ΔΗ?是該聚合物晶體的熔融洽，ω是重量含量；
[0026] 當(dāng)材料中含有兩種或兩種以上的聚合物時(shí)，按下式計(jì)算結(jié)晶度：
[0027] Χε=Σ ω (式 2)
[0028] 其中，ω JP X y分別是材料中的某種聚合物的重量含量和按式1計(jì)算的結(jié)晶度。
[0029] 水接觸角：使用JC2000D3型接觸角測(cè)試儀測(cè)定材料的水接觸角。
[0030] 總氮、總磷：按水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第4版）的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。
[0031] T0C :使用島津T0C 500型T0C測(cè)試儀測(cè)定。
[0032] 表觀狀態(tài)：肉眼觀察材料在水中是否破碎。以材料破碎成10片或10片以上認(rèn)為 是處于破碎狀態(tài)。
[0033] 對(duì)比例、實(shí)施例中所用原料：
[0034] 聚乳酸PLA1 :日本東麗株式會(huì)社，玻璃化溫度58°C。
[0035] 聚乳酸PLA2 :日本東麗株式會(huì)社，玻璃化溫度42°C。
[0036] 聚羥基丁酸酯PHB :深圳意可曼生物科技有限公司。
[0037] 聚己內(nèi)酯PCL :瑞典柏斯托公司。
[0038] 顆粒的制備：將原料按配比在160_200°C下，用雙螺桿擠出機(jī)擠出，水冷后，用切 粒機(jī)切粒。
[0039] 薄膜的制備：將原料按配比在160-200 °C下，用雙螺桿擠出機(jī)擠出后，在 160-200°C下，用流延機(jī)制膜。
[0040] 對(duì)比例和實(shí)施例
[0041] 分別取20g表1、2、3中所示的材料，倒入裝有500ml城市生活污水的玻璃燒瓶（反 應(yīng)器）中。污水中COD Cr質(zhì)量濃度為50mg/L，總氮的質(zhì)量濃度為15mg/L，總磷的質(zhì)量濃 度2mg/L。30天后，測(cè)試水中的總氮和總磷。通過(guò)30天前后的總氮和總磷數(shù)據(jù)，計(jì)算總氮 (憐）去除率。
[0042] 如表所示，采用本發(fā)明的材料后，相對(duì)于球狀顆粒，在相同的投加量下，除氮除磷 的效果有明顯的提高。
[0043] 表 1
[0044]

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于水中除氮除磷的材料，其特征在于：所述材料是至少一個(gè)方向的厚度小于 1_的片狀材料，且含有10-100%重量份的生物降解高分子。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水中除氮除磷的材料，其特征在于：所述的生物降解高 分子選自于生物降解聚酯、生物降解聚碳酸酯、生物降解聚醚、生物降解聚氨脂、聚乙烯醇、 多糖、纖維素、或含上述化學(xué)結(jié)構(gòu)的共聚物中的一種或幾種。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于水中除氮除磷的材料，其特征在于：所述的生物降解高 分子選自于聚乳酸、聚乙交酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基丁酸戊酸酯、聚羥基丁酸己酸酯、聚丁 二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯、聚對(duì)苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚對(duì) 苯二甲酸己二酸丙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酸丁二醇酯、聚乙撐碳酸酯、聚丙撐碳酸酯、 聚碳酸亞環(huán)己酯、聚乙烯醇、淀粉、纖維素、或含上述化學(xué)結(jié)構(gòu)的共聚物中的一種或幾種。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水中除氮除磷的材料，其特征在于：所述的生物降解高 分子選自于聚乳酸/聚羥基丁酸酯、聚乳酸/聚羥基丁酸戊酸酯、聚乳酸/聚己內(nèi)酯、或聚 乳酸/聚對(duì)苯二甲酸己二酸丁二醇酯共混物中的一種或幾種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水中除氮除磷的材料，其特征在于：所述材料含有多孔 結(jié)構(gòu)。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水中除氮除磷的材料，其特征在于：所述的生物降解高 分子的結(jié)晶度小于30%。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水中除氮除磷的材料，其特征在于：所述材料的水接觸 角小于70°。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水中除氮除磷的材料，其特征在于：所述的材料是薄膜、 織物、無(wú)紡布、或其復(fù)合物。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的用于水中除氮除磷的材料，在污水凈化領(lǐng)域的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C02F3/00GK105985614SQ201510070464
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日
【發(fā)明人】桂宗彥, 阮曉白, 王春, 長(zhǎng)田俊, 長(zhǎng)田俊一
【申請(qǐng)人】東麗先端材料研究開(kāi)發(fā)（中國(guó)）有限公司