專利名稱：一種復(fù)合人造纖維材料的制備方法及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合人造纖維材料的制備方法及用途。
背景技術(shù)：
水體富營(yíng)化的治理關(guān)鍵在于從水體生態(tài)系統(tǒng)中除氮、磷和有機(jī)物，即從外環(huán)境和內(nèi)環(huán)境兩條基本途徑去控制富營(yíng)化一是采用外環(huán)境控制措施，截?cái)嗷驕p少水體的外來污染負(fù)荷，主要有污水截流+籌建污水處理廠、補(bǔ)水技術(shù)等方法；二是采用內(nèi)環(huán)境防治措施，主要有底泥疏浚、人工循環(huán)水處理、利用水生生物、微生物或人工水生生物對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控等方法。以上方法在項(xiàng)目實(shí)施中有時(shí)同時(shí)使用，有時(shí)單獨(dú)使用。目前處理有機(jī)質(zhì)水污染較為先進(jìn)的方法是生物修復(fù)法，絕大部分生物修復(fù)方法均離不開水體中微生物的作用。水體微生物是水體生態(tài)系統(tǒng)的分解者(各種自養(yǎng)型和異養(yǎng)型細(xì)菌)和初級(jí)生產(chǎn)者(藻類)，在整個(gè)食物鏈中起到了關(guān)鍵的作用。
但單純采用微生物方法修復(fù)水體環(huán)境，往往效果并不理想。具有代表性的利用微生物法治理水體的有CBS修復(fù)水體技術(shù)和日本環(huán)保專家比嘉照夫的″EM″專利技術(shù)等。EM技術(shù)是利用有效微生物群，將含有光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌、放線菌等10屬80多種微生物在同一體系內(nèi)共同培養(yǎng)而得的活菌劑。當(dāng)它與湖中的生活污水混合時(shí)，能抑制水中腐敗微生物的生長(zhǎng)繁殖及其它病原菌的產(chǎn)生，抑制含氮物、硫化物等惡臭根源，并能促進(jìn)有機(jī)惡臭分解，達(dá)到凈化環(huán)境的目的。此方案不用采取截污，清淤和補(bǔ)水等工程措施，但是治理效果未得到證明，在南寧南湖治理過程中，EM研究機(jī)構(gòu)曾無償援助治理南湖，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)施證明，沒有達(dá)到預(yù)期治理效果。主要原因是投入的菌未能長(zhǎng)期構(gòu)成水體生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，菌的作用只是暫時(shí)的，死亡的菌體甚至?xí)纬啥挝廴?。此外，如何掌握投入的菌量，費(fèi)用等問題也難以解決。
生態(tài)固定微生物方法的原理是采用特殊人工固定介質(zhì)，根據(jù)其表面特殊的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，選擇性地吸附有益的菌群和藻類在其精確工程化的表面區(qū)域上附著生長(zhǎng)和繁殖，并可吸引大量的自然水生動(dòng)物在它的周圍，有效地建立周叢生物群體(periphyton community)。這些生物群體能很快地將水中的N、P營(yíng)養(yǎng)物吸收、消化并轉(zhuǎn)化成為利于魚類和浮游動(dòng)物攝食吸收的資源，從而奪去了藍(lán)綠藻生長(zhǎng)繁殖的所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使得大量的藍(lán)綠藻死亡，水質(zhì)逐漸得到改善。同時(shí)，當(dāng)污水水流通過時(shí)，還具備超強(qiáng)生物過濾能力的生長(zhǎng)在介質(zhì)上的微生物體系和其周叢生物群體具有截污效果，迅速吸收、消化或固定惡劣的水質(zhì)中的有機(jī)污染物和富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，起到水質(zhì)凈化的作用。附著在人工固定介質(zhì)上的微生物相十分豐富，主要由細(xì)菌、真菌、藻類(在有光的條件下)、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物等構(gòu)成了復(fù)雜的生態(tài)體系。微生物體系通過自身的新陳代謝分解水中的有機(jī)污染物，這些代謝產(chǎn)物和生長(zhǎng)在載體上的生物又為其它水生生物生長(zhǎng)提供食料和能量，形成了復(fù)雜的食物網(wǎng)，生物多樣性增加，逐步在水體中建立生態(tài)平衡，增強(qiáng)水體自凈能力，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的作用。微生物借助自身運(yùn)動(dòng)、水力動(dòng)力、布朗運(yùn)動(dòng)、沉降作用被運(yùn)送到載體表面，形成可逆附著(Marshallet al.1971)；通過微生物分泌一些粘性代謝物質(zhì)，形成不可逆附著。
采用生態(tài)固定微生物的方法修復(fù)污染水體，固定介質(zhì)上能形成良好的微生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但能長(zhǎng)期工作，而且工作效率也大大高于傳統(tǒng)的游離微生物修復(fù)方法。在此基礎(chǔ)上通過引入水生植物類(生產(chǎn)者)或水生動(dòng)物類(消費(fèi)者)，就能達(dá)到整體水體生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)的效果。
目前國(guó)內(nèi)外采用微生物固定方法修復(fù)污染水體的報(bào)道較少，普遍缺乏系統(tǒng)和全面的觀點(diǎn)。如李正魁研究了應(yīng)用低溫輻射技術(shù)引導(dǎo)玻璃態(tài)單體丙烯酸羥乙脂2-Hydroxyethylacrylate(HEA)與聚乙二醇二甲基丙烯酸脂制備高分子載體固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)(INCB)，在貴陽紅楓湖物理生態(tài)工程(PEEN)實(shí)驗(yàn)區(qū)的進(jìn)行了除氮試驗(yàn)。還有許多采用傳統(tǒng)的微生物固定介質(zhì)，如海藻酸鈉、多孔硅膠等固定藻類和微生物的報(bào)道。這些試驗(yàn)未從建立固定化微生物生態(tài)的角度出發(fā)，所固定的往往是單一的菌類或藻類，而且材料價(jià)格昂貴，在大水體中很難實(shí)現(xiàn)。值得一提的是生物膜法處理污水，雖然在膜上建立了一定的微生態(tài)系統(tǒng)，但仍不全面，處理的方法采用的異位處理法，用于大規(guī)模污染水體處理，工程量十分浩大，費(fèi)用很高。
大量研究表明，微生物固定化介質(zhì)的表面特性是微生物選擇性附著生長(zhǎng)的關(guān)鍵條件。目前國(guó)內(nèi)外越來越多研究人員進(jìn)行新型人工固定介質(zhì)載體的研究，通過改變載體的表面特性，創(chuàng)造成三維結(jié)構(gòu)為硅藻屬、細(xì)菌凝聚團(tuán)和其他有益藻類提供各自的生存發(fā)展空間和良好的生長(zhǎng)繁殖基質(zhì)，結(jié)合其上微生物生態(tài)體系的巨大的食物制造能力和生物過濾能力，達(dá)到并長(zhǎng)期保持水質(zhì)凈化效果。此方案工程實(shí)施簡(jiǎn)單，只需將人工生物載體固定設(shè)置在湖底。無需采用截污、清淤和補(bǔ)水等工程措施，不用考慮工程占地的問題，同時(shí)能耗很低，大大減少了工程的運(yùn)行費(fèi)用。預(yù)期可達(dá)到比水生生物法治理水體更好的效果，而且能通過增加減少人工載體的數(shù)量來調(diào)節(jié)污染負(fù)荷承受的承受能力，靈活方便，還避免發(fā)生二次污染問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合人造纖維材料的制備方法及用途。
復(fù)合人造纖維材料的制備方法一種復(fù)合人造纖維材料的制備方法，其特征在于，將長(zhǎng)度為1～10cm，直徑為3～50μm的聚丙綸或滌綸短纖維先用梳綿機(jī)成網(wǎng)，再用針刺機(jī)兩面復(fù)合固定在聚乙烯泡沫上，復(fù)合材料的克數(shù)為50～500g/m2，其中聚乙烯泡沫克數(shù)為20-300g/m2，將該復(fù)合材料用5～30％的NaOH處理10～120min，處理溫度為50～90℃，水洗至中性，脫水干燥制得復(fù)合人造纖維材料；或者該復(fù)合材料用等離子技術(shù)處理，使其表面改性制得復(fù)合人造纖維材料。
所述的該復(fù)合材料用等離子技術(shù)處理，使其表面改性的方法是將上述復(fù)合材料，懸掛于等離子處理室，等離子氣體的激發(fā)電極的頻率為13.56MHz，開啟真空抽氣閥，通入工作氣體，工作氣體分別為氧氣或氮?dú)猓ぷ鳉鈮簽?5～30Pa，射頻電源功率為50～200W復(fù)合人造纖維材料用于富營(yíng)養(yǎng)水體的污染治理。
用于富營(yíng)養(yǎng)水體的污染治理方法是將復(fù)合人造纖維材料裁成長(zhǎng)0.3～1.2m、寬1～5cm的條狀物，復(fù)合人造纖維材料的一端固定在重物上，放入富營(yíng)養(yǎng)水體中，復(fù)合人造纖維材料上會(huì)自然選擇地附著微生物，微生物包括細(xì)菌、藻類和原生動(dòng)物。
本發(fā)明能建立一種原位的微生物種群生態(tài)固定方法，并在此固定介質(zhì)上形成良好的微生態(tài)體系，使其工作效率大大高于傳統(tǒng)的游離微生物修復(fù)方法。項(xiàng)目的核心思想是在人工的固定介質(zhì)上采用順其自然、因勢(shì)利導(dǎo)的方法培育水體微生物生態(tài)種群，將原來荒漠化水域中以水土界面為主的好氧-厭氧，硝化-反硝化等條件，擴(kuò)大到水體中人工固定化介質(zhì)界面，并形成細(xì)菌、藻類等微生物的共生生態(tài)群落，形成水體中生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者三者的平衡，以增加系統(tǒng)自然凈化能力并降低治理的費(fèi)用，促進(jìn)整體水體生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)并保持可持續(xù)性


圖1是未變性纖維表面電鏡照片。
圖2是實(shí)施例1中纖維堿變性后表面電鏡照片。
圖3是實(shí)施例2中纖維堿變性后表面電鏡照片。
圖4是實(shí)施例5中材料放入富營(yíng)養(yǎng)水體中，材料熟化后局部照片。
圖5是實(shí)施例6中材料放入富營(yíng)養(yǎng)水體中，材料熟化后整體照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用滌綸和丙綸短纖維為原料，采用非織造技術(shù)編織成型氈狀?yuàn)y材料。在將此材料復(fù)合在發(fā)泡材料上，如聚乙烯珍珠棉，以增加水中浮力。將制成的復(fù)合材料進(jìn)行改性處理?？梢苑謩e采用堿處理或等離子技術(shù)改性。
堿處理的原理是皂化反應(yīng)，OH-使滌綸纖維中的酯鍵水解斷裂，纖維結(jié)晶度下降，親水基團(tuán)增加，有利于微生物的附著。方法是用5～30％的NaOH處理10～120min，溫度為50～90℃，水洗至中性，脫水干燥即可。
等離子體處理的原理是由于等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的分子原子、自由基及紫外光等活性粒子，用非聚合性氣體的等離子體表面處理，使用的工作氣體有反應(yīng)性氣體(如O2、N2等)，可使材料表面產(chǎn)生大量自由基，并將一些含氧的基團(tuán)引人材料表面，如羰基(C＝O)、羧基(-COOH)和羥基(-OH)等，這些都是親水性的基團(tuán)，它們的引入使材料表面的浸潤(rùn)性得到增強(qiáng)，吸水性得到極大的改善，同時(shí)，材料在等離子體作用下織物表面粗糙化，增加表面及，這些特點(diǎn)也有利于微生物的附著。方法是將丙綸纖維制成的復(fù)合材料懸掛于等離子處理室，開啟真空抽氣閥，通入工作氣體，工作氣體分別為空氣和氮?dú)?。將真空度調(diào)到所需的工作氣壓，打開射頻電源，調(diào)至所需功率，處理一定時(shí)間后將試樣取出即可。
處理后的復(fù)合材料使用方法是將材料剪成寬2～3cm，長(zhǎng)30～40cm的長(zhǎng)條形，低端綁上重物，放如水底或水面，并使長(zhǎng)條材料懸浮于水中。約三四天后，微生物在表面成膜，復(fù)合材料開始發(fā)揮作用，經(jīng)過1～3月，材料熟化，表面可見大量的菌膜和藻類，在顯微鏡下還可以觀察到原生動(dòng)物。材料可長(zhǎng)期在水體中使用。
實(shí)施例1制備滌綸復(fù)合材料取滌綸短纖維適量，長(zhǎng)度為1cm，直徑為3μm，顏色為白色、黑色和灰色等。將上述纖維采用用梳綿機(jī)成網(wǎng)，再用針刺機(jī)兩面復(fù)合固定在聚乙烯泡沫EPE(Expand aple poly ephylene，珍珠棉)上，復(fù)合材料的克數(shù)為50g/m2，其中聚乙烯泡沫克數(shù)為20g/m2。復(fù)合材料分為兩面，其中一面顏色較深，為灰黑色；一面顏色較淺，為灰白色。不同的顏色可以自然選擇不同特點(diǎn)的微生物。
將制成的復(fù)合材料，置于5％NaOH溶液中，90℃保溫10min，洗滌至中性，干燥即可。在此條件下纖維表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，如圖2所示，圖1是未變性纖維對(duì)照照片。
實(shí)施例2制備滌綸復(fù)合材料取滌綸短纖維適量，長(zhǎng)度為10cm，直徑為50μm，顏色為白色、黑色和灰色等。將上述纖維采用用梳綿機(jī)成網(wǎng)，再用針刺機(jī)兩面復(fù)合固定在聚乙烯泡沫EPE(Expand aple poly ephylene，珍珠棉)上，復(fù)合材料的克數(shù)為500g/m2，其中聚乙烯泡沫克數(shù)為300g/m2。
將制成的復(fù)合材料，置于30％NaOH溶液中，50℃保溫120min，洗滌至中性，干燥即可。在此條件下纖維表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，如圖3所示，圖1是未變性纖維對(duì)照照片。。
實(shí)施例3制備丙綸復(fù)合材料取丙綸短纖維適量，長(zhǎng)度為3.5cm，直徑為20μm，顏色為白色、黑色和灰色等。將上述纖維采用用梳綿機(jī)成網(wǎng)，再用針刺機(jī)兩面復(fù)合固定在聚乙烯泡沫EPE(Expand aple poly ephylene，珍珠棉)上，復(fù)合材料的克數(shù)為230g/m2，其中聚乙烯泡沫克數(shù)為90g/m2。
將上述復(fù)合材料，懸掛于等離子處理室，等離子氣體的激發(fā)電極的頻率為13.56MHz，開啟真空抽氣閥，通入工作氣體，工作氣體分別為氧氣，工作氣壓為15Pa，射頻電源功率為50W。
實(shí)施例4制備丙綸復(fù)合材料取丙綸短纖維適量，長(zhǎng)度為4cm，直徑為35μm，顏色為白色、黑色和灰色等。將上述纖維采用用梳綿機(jī)成網(wǎng)，再用針刺機(jī)兩面復(fù)合固定在聚乙烯泡沫EPE(Expand aple poly ephylene，珍珠棉)上，復(fù)合材料的克數(shù)為350g/m2，其中聚乙烯泡沫克數(shù)120g/m2。
將上述復(fù)合材料，懸掛于等離子處理室，等離子氣體的激發(fā)電極的頻率為13.56MHz，開啟真空抽氣閥，通入工作氣體，工作氣體分別為氮?dú)?，工作氣壓?0Pa，射頻電源功率為200W。
實(shí)施例5變性后復(fù)合材料的使用處理后的復(fù)合材料使用方法是將材料剪成寬0.5cm，長(zhǎng)20cm的長(zhǎng)條形，低端綁上重物，放如水底或水面，并使長(zhǎng)條材料懸浮于水中。約三四天后，微生物在表面成膜，復(fù)合材料開始發(fā)揮作用，經(jīng)過1～3月，材料熟化，如圖4。材料表面可見大量的菌膜和藻類(見表1、2)，在顯微鏡下還可以觀察到原生動(dòng)物。
表1復(fù)合材料表面細(xì)菌總數(shù) 環(huán)境溫度(26～33℃，夏季)

表2復(fù)合材料藻類總數(shù)和分類 環(huán)境溫度(26～33℃，夏季)

實(shí)施例6變性后復(fù)合材料的在魚缸中的使用在1.0×0.6×0.6m(長(zhǎng)寬高)的玻璃魚缸中按照0.1m2/m3加入復(fù)合材料水體生態(tài)系統(tǒng)和水質(zhì)情況。魚缸于8月建立，魚缸不用過濾和光照等，無水生植物、無加氧裝置。投入熱帶觀賞魚后，在開始的一個(gè)半月內(nèi)，進(jìn)行了兩三次換水，主要是由于藻類爆發(fā)影響到了水質(zhì)。此時(shí)天氣炎熱，水體生態(tài)平衡未完全建立。九月中旬在魚缸加入復(fù)合材料，交換一次水后，魚缸中的生態(tài)平衡基本建立，魚缸定時(shí)投料(3、4天一次)，水溫保持25～26℃，除因蒸發(fā)補(bǔ)充少量水外，魚缸未再進(jìn)行換水，熱帶觀賞魚生長(zhǎng)健康，個(gè)體變大，水質(zhì)清澈，藻類沒有暴發(fā)生長(zhǎng)現(xiàn)象。
從圖5可以看出，復(fù)合材料已經(jīng)成為魚較為喜歡的棲息場(chǎng)所，同時(shí)，魚也可在復(fù)合材料上和周圍捕食。這是由于復(fù)合材料上和周圍有較多的浮游生物，為其提供食物。魚缸和復(fù)合材料上的藻類主要是有益的硅藻類，影響水質(zhì)的藍(lán)藻和綠藻沒有爆發(fā)生長(zhǎng)，說明復(fù)合材料有一定的抑藻作用。
實(shí)施例7變性后復(fù)合材料污水處理效果在120升的塑料水桶中加入污水(取自杭州四堡污水處理廠二級(jí)處理水)，靜置一天后加入復(fù)合材料，將復(fù)合人造纖維材料裁成長(zhǎng)1.2m、寬5cm的條狀物，復(fù)合人造纖維材料的一端固定在重物上，放入富營(yíng)養(yǎng)水體中，復(fù)合人造纖維材料上會(huì)自然選擇地附著微生物。對(duì)照組不加，在室溫下放置一段時(shí)間后，比較水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)時(shí)間在10～12月之間，當(dāng)室內(nèi)平均氣溫低于15℃時(shí)，用加熱棒加熱，維持溫度在22～28℃之間。
水處理實(shí)驗(yàn)表明，用復(fù)合材料凈化處理的水質(zhì)好于對(duì)照組，COD、氨氮、總氮等指標(biāo)均有下降，(見表3、4)。使用復(fù)合材料處理的廢水在使用三天后，水體的澄清度明顯好于對(duì)照。COD檢測(cè)第二次檢測(cè)水為第一水處理后的適當(dāng)補(bǔ)水，并添加營(yíng)養(yǎng)，由于外界溫度低，水箱中保持25～26℃，并用水泵使水循環(huán)。第二次COD下降明顯主要原因于使用加熱管和水泵有關(guān)。
表3 COD、水澄清度檢測(cè)數(shù)據(jù)

表4氨氮、總磷、總氮檢測(cè)結(jié)果

權(quán)利要求
1.一種復(fù)合人造纖維材料的制備方法，其特征在于，將長(zhǎng)度為1～10cm，直徑為3～50μm的聚丙綸或滌綸短纖維先用梳綿機(jī)成網(wǎng)，再用針刺機(jī)兩面復(fù)合固定在聚乙烯泡沫上，復(fù)合材料的克數(shù)為50～500g/m2，其中聚乙烯泡沫克數(shù)為20-300g/m2，將該復(fù)合材料用5～30％的NaOH處理10～120min，處理溫度為50～90℃，水洗至中性，脫水干燥制得復(fù)合人造纖維材料；或者該復(fù)合材料用等離子技術(shù)處理，使其表面改性制得復(fù)合人造纖維材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合人造纖維材料的制備方法，其特征在于，所述的該復(fù)合材料用等離子技術(shù)處理，使其表面改性的方法是將上述復(fù)合材料，懸掛于等離子處理室，等離子氣體的激發(fā)電極的頻率為13.56MHz，開啟真空抽氣閥，通入工作氣體，工作氣體分別為氧氣或氮?dú)?，工作氣壓?5～30Pa，射頻電源功率為50～200W。
3.一種如權(quán)利要求1所述方法制備的復(fù)合人造纖維材料的用途，其特征在于它用于富營(yíng)養(yǎng)水體的污染治理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復(fù)合人造纖維材料的用途，其特征在于，所述用于富營(yíng)養(yǎng)水體的污染治理方法是將復(fù)合人造纖維材料裁成長(zhǎng)0.3～1.2m、寬1～5cm的條狀物，復(fù)合人造纖維材料的一端固定在重物上，放入富營(yíng)養(yǎng)水體中，復(fù)合人造纖維材料上會(huì)自然選擇地附著微生物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種復(fù)合人造纖維材料的用途，其特征在于，所述微生物包括細(xì)菌、藻類和原生動(dòng)物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合人造纖維材料的制備方法及用途。方法為將長(zhǎng)度為1～10cm，直徑為3～50μm的聚丙綸或滌綸短纖維先用梳綿機(jī)成網(wǎng)，再用針刺機(jī)復(fù)合固定在聚乙烯泡沫上。該復(fù)合材料用5～30％的NaOH處理10～120min，處理溫度為50～90℃，水洗至中性，脫水干燥制得復(fù)合人造纖維材料；或者該復(fù)合材料用等離子技術(shù)處理，使其表面改性制得復(fù)合人造纖維材料。復(fù)合人造纖維材料可用于富營(yíng)養(yǎng)水體的污染治理。本發(fā)明制備的材料在富營(yíng)養(yǎng)水體中能形成良好的微生態(tài)體系，進(jìn)而促進(jìn)水體中生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者的平衡，以增加系統(tǒng)自然凈化能力并降低治理的費(fèi)用，促進(jìn)整體水體生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)并保持可持續(xù)性。
文檔編號(hào)C02F3/10GK101058460SQ20071006720
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者王軼雄, 方序, 李東風(fēng), 邊若谷 申請(qǐng)人:浙江天科高新技術(shù)發(fā)展有限公司