申請(qǐng)日2015.10.10

　　公開(kāi)(公告)日2016.01.06

　　IPC分類號(hào)C02F3/10; C02F3/28

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種天然高分子基水處理材料及其制備方法，制備方法包括如下步驟：(1)將絲瓜絡(luò)經(jīng)堿處理后用去離子水沖洗至中性，晾干;(2)將晾干后的絲瓜絡(luò)先用單體處理后再進(jìn)行等離子體表面處理;或?qū)⒘栏珊蟮慕z瓜絡(luò)采用單體與等離子體同時(shí)進(jìn)行表面處理;(3)將經(jīng)步驟(2)處理后的絲瓜絡(luò)置于金屬鹽溶液中水浴反應(yīng)，水浴反應(yīng)所得產(chǎn)品用去離子水洗凈后即得。本發(fā)明對(duì)絲瓜絡(luò)先進(jìn)行疏水改性以大大延長(zhǎng)其使用周期，再通過(guò)表面陽(yáng)離子化過(guò)程增強(qiáng)其微生物親和性和親水性，加快掛膜速度以實(shí)現(xiàn)高效處理污水。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種天然高分子基水處理材料的制備方法，其特征在于，包括如 下步驟：

　　(1)將絲瓜絡(luò)經(jīng)堿處理后用去離子水沖洗至中性，晾干;

　　(2)將晾干后的絲瓜絡(luò)先用單體處理后再進(jìn)行等離子體表面處理; 或?qū)⒘栏珊蟮慕z瓜絡(luò)采用單體與等離子體同時(shí)進(jìn)行表面處理;

　　(3)將經(jīng)步驟(2)處理后的絲瓜絡(luò)置于金屬鹽溶液中水浴反應(yīng)，水 浴反應(yīng)所得產(chǎn)品用去離子水洗凈后即得。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述天然高分子基水處理材料的制備方法，其特 征在于，所述堿處理為：在質(zhì)量濃度為1-6%的堿液中處理1-3h。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述天然高分子基水處理材料的制備方法，其特 征在于，所述單體為有機(jī)硅、有機(jī)氟和硅氟材料中的一種或幾種的混合物。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述天然高分子基水處理材料的制備方法，其特 征在于，步驟(2)中選擇第一種處理方式時(shí)：先將晾干后的絲瓜絡(luò)在液 態(tài)單體中浸泡，洗凈烘干后在固定頻率為13.56MHZ、功率為50-200W 下進(jìn)行等離子體表面處理30-300s。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述天然高分子基水處理材料的制備方法，其特 征在于，步驟(2)中選擇第二種處理方式時(shí)：在固定頻率為13.56MHZ、 功率為50-200W下將晾干后的絲瓜絡(luò)在通入氣態(tài)單體的氛圍中進(jìn)行等離 子體表面處理30-300s。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述天然高分子基水處理材料的制備方法，其特 征在于，氣態(tài)單體的通入速度為5-80sccm。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述天然高分子基水處理材料的制備方法，其特 征在于，所述的金屬鹽溶液為鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽中的至少一種。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述天然高分子基水處理材料的制備方法，其特 征在于，水浴處理時(shí)間為30～90min，水浴處理溫度為45-80℃。

　　9.一種如權(quán)利要求1～8任一權(quán)利要求所述制備方法制備得到的天然 高分子基水處理材料。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種天然高分子基水處理材料及其制備方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型天然高分子基水處理材料的制備方法。

　　背景技術(shù)

　　填料在水處理領(lǐng)域獨(dú)特的性能，國(guó)內(nèi)外的水處理工作者一直不斷的研制、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用各種不同的填料，提高水處理技術(shù)，滿足各種需求。20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)開(kāi)發(fā)了許多種類的填料，包括彈性填料、生物填料、纖維填料以及各種新型填料等，各種填料由于自身的特點(diǎn)，有著不同的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，為水處理提供了選擇的空間。但是隨著水處理標(biāo)準(zhǔn)和水處理技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)的填料已經(jīng)不足以滿足目前水處理技術(shù)需求，并且資源短缺和環(huán)境污染已成為當(dāng)今世界兩個(gè)主要的問(wèn)題，因此，開(kāi)發(fā)環(huán)境友好、處理性能良好、價(jià)格低廉的填料具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　絲瓜絡(luò)纖維是絲瓜果實(shí)中的維管束，主要由纖維素、半纖維素及木質(zhì)素組成，它具有獨(dú)特的多孔性物理結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，并在我國(guó)江、浙、滬、豫、贛、陜等很多地方廣泛種植。絲瓜絡(luò)纖維外觀為中空?qǐng)A柱體形，比表面積比較大，且呈現(xiàn)交織密布的天然網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)纖維規(guī)則分布，這種天然植物結(jié)構(gòu)特性有利于生物膜掛膜，很適合作載體使用，能有效抵抗水力沖刷。最重要的是其價(jià)格便宜，具有廣泛的水處理應(yīng)用前景。

　　例如，公告號(hào)為CN203803168U的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)一種采用絲瓜絡(luò)纖維進(jìn)行污水一級(jí)A過(guò)濾處理或企業(yè)污水初步過(guò)濾處理的系統(tǒng)，包括絲瓜絡(luò)過(guò)濾導(dǎo)水裝置、緩沖水池，所述絲瓜絡(luò)過(guò)濾導(dǎo)水裝置設(shè)置在緩沖水池出水口處。

　　公告號(hào)為CN201003006Y的中國(guó)實(shí)用新型專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種絲瓜絡(luò)載體生物接觸氧化床，包括床體、支架、溢流堰、曝氣管道、絲瓜絡(luò)填料，用支架將絲瓜絡(luò)填料懸放置氧化床中，絲瓜絡(luò)填料與活性污泥相接觸,在活性污泥的底部設(shè)有曝氣管道，污水中的有機(jī)物在生物膜和懸浮污泥中微生物的聯(lián)合作用下被吸附降解。

　　公開(kāi)號(hào)為CN104446417A的發(fā)明專利公開(kāi)了一種基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其制備方法，首先將完整的絲瓜絡(luò)曬干，浸泡于鐵氧體前驅(qū)液中;隨后將產(chǎn)物在高溫下熱分解在植物脈絡(luò)中原位合成鐵氧體，從而得到具有一定機(jī)械強(qiáng)度的多孔塊狀鐵氧體材料。制得的多孔塊狀鐵氧體在吸附劑、難降解廢水處理方面具有潛在的用途。

　　公開(kāi)號(hào)為CN102086058A的發(fā)明專利介紹了一種用于微污染水源水生物預(yù)處理的絲瓜絡(luò)填料及預(yù)處理方法：(1)將成熟絲瓜去皮、去籽,剪掉兩端較細(xì)部分，將剩余部分剪成厚度2cm左右的柱狀絲瓜絡(luò),用高強(qiáng)度玻璃纖維絲將其系牢并串聯(lián)在一起，將其固定在反應(yīng)器中作填料使用;(2)將接種污泥泵入反應(yīng)器中與絲瓜絡(luò)填料充分接觸，采用連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水、持續(xù)曝氣的方式對(duì)絲瓜絡(luò)上的微生物進(jìn)行培養(yǎng)、馴化后,用蠕動(dòng)泵將微污染源水泵入反應(yīng)器，反應(yīng)器底部曝氣裝置持續(xù)曝氣，軟性絲瓜絡(luò)填料上的微生物將水中有機(jī)物和氨氮氧化去除。

　　但絲瓜絡(luò)作為一種純天然的高分子材料，直接應(yīng)用于水處理中容易造成過(guò)快降解，需要頻繁更換，造成出水水質(zhì)的不穩(wěn)定，在工程應(yīng)用上受到了一定的限制。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為了延長(zhǎng)絲瓜絡(luò)材料的使用壽命，本發(fā)明提供一種天然高分子基水處理材料及其制備方法。

　　一種天然高分子基水處理材料的制備方法，包括如下步驟：

　　(1)將絲瓜絡(luò)經(jīng)堿處理后用去離子水沖洗至中性，晾干;

　　(2)將晾干后的絲瓜絡(luò)先用單體處理后再進(jìn)行等離子體表面處理;或?qū)⒘栏珊蟮慕z瓜絡(luò)采用單體與等離子體同時(shí)進(jìn)行表面處理;(3)將經(jīng)步驟(2)處理后的絲瓜絡(luò)置于金屬鹽溶液中水浴反應(yīng)，水浴反應(yīng)所得產(chǎn)品用去離子水洗凈后即得。

　　本發(fā)明對(duì)絲瓜絡(luò)先進(jìn)行疏水改性以大大延長(zhǎng)其使用周期，再通過(guò)表面陽(yáng)離子化過(guò)程增強(qiáng)其微生物親和性和親水性，加快掛膜速度以實(shí)現(xiàn)高效處理污水。據(jù)此方法所制備材料可作為微生物掛膜載體用于城鎮(zhèn)生活污水治理、工業(yè)廢水處理、生態(tài)溝渠、河道、湖泊以及其它受污染景觀水體的修復(fù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)和資源再利用。

　　堿處理是為了去除絲瓜絡(luò)表面的果膠等雜物，利于后續(xù)處理;優(yōu)選地，所述堿處理為：在質(zhì)量濃度為1-6%的堿液中處理1-3h。進(jìn)一步地，所述堿液為NaOH溶液。

　　優(yōu)選地，所述低表面能單體有機(jī)硅、有機(jī)氟和硅氟材料中的的一種或幾種的混合物。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述有機(jī)硅為硅烷偶聯(lián)劑;所述有機(jī)氟為CF4。

　　所述低表面能單體可以為氣態(tài)和液態(tài)，當(dāng)所述低表面能單體為液態(tài)時(shí)，步驟(2)中采用的處理方式為：將晾干后的絲瓜絡(luò)先用單體處理后再進(jìn)行等離子體表面處理;當(dāng)所述低表面能單體為氣態(tài)時(shí)，步驟(2)中選擇的處理方式為：或?qū)⒘栏珊蟮慕z瓜絡(luò)采用單體與等離子體同時(shí)進(jìn)行表面處理。

　　進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中選擇第一種處理方式時(shí)：先將晾干后的絲瓜絡(luò)在液態(tài)低表面能單體中浸泡，洗凈烘干后在固定頻率為13.56MHZ、功率為50-200W下進(jìn)行等離子體表面處理30-300s。

　　更進(jìn)一步地，絲瓜絡(luò)在液態(tài)低表面能單體中浸泡時(shí)間為30～120min，洗凈后在45-75℃下烘干。

　　液態(tài)低表面能單體的質(zhì)量濃度為3～8%。

　　進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中選擇第二種處理方式時(shí)：在固定頻率為13.56MHZ、功率為50-200W下將晾干后的絲瓜絡(luò)在通入氣態(tài)低表面能單體的氛圍中進(jìn)行等離子體表面處理30-300s。

　　更進(jìn)一步優(yōu)選地，氣態(tài)低表面能單體的通入速度為5-80sccm。

　　在除絲瓜絡(luò)表面的果膠等雜物后，本發(fā)明借助等離子體技術(shù)，通過(guò)輔助低表面能單體物質(zhì)，對(duì)材料表面進(jìn)行疏水改性，實(shí)現(xiàn)絲瓜絡(luò)表面疏水，延長(zhǎng)使用壽命;

　　本發(fā)明中在對(duì)絲瓜絡(luò)進(jìn)行表面疏水改性后再對(duì)材料進(jìn)行表面陽(yáng)離子化，以增強(qiáng)材料的的生物親和性，利于微生物掛膜。優(yōu)選地，所述的金屬鹽溶液為鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽中的至少一種。金屬鹽溶液的質(zhì)量濃度為3～7%。

　　優(yōu)選地，水浴處理時(shí)間為30～90min，水浴處理溫度為45-75℃。

　　最優(yōu)選的制備方法如下：

　　(1)將絲瓜絡(luò)在質(zhì)量濃度為2%的堿液中處理1h后，用去離子水沖洗至中性晾干備用;

　　(2)固定頻率為13.56MHZ,功率設(shè)置為100W，反應(yīng)時(shí)間為180s，將上述烘干后的絲瓜絡(luò)在通入氣態(tài)低表面能單體進(jìn)氣速度為20sccm的條件下進(jìn)行等離子體表面處理;低表面能物質(zhì)為CF4;

　　(3)等離子體處理后，將取出的絲瓜絡(luò)置于金屬鹽溶液中水浴反應(yīng)90min，金屬鹽溶液為CaCl2，質(zhì)量濃度為3%;去離子水洗滌制備后的產(chǎn)品即為強(qiáng)化的水處理材料。

　　該方案制備后的強(qiáng)化水處理材料固定安裝于連續(xù)運(yùn)行的生物膜好氧反應(yīng)器中處理廠區(qū)生活污水，結(jié)果表明其使用壽命較原材料延長(zhǎng)可遠(yuǎn)超過(guò)3年，單位掛膜量較立體彈性填料增加約35%，對(duì)COD、TN的平均去除率分別達(dá)到95%與90%。

　　本發(fā)明還提供一種如所述制備方法制備得到的天然高分子基水處理材料。

　　本發(fā)明首先對(duì)天然絲瓜絡(luò)進(jìn)行堿處理以去除表面雜質(zhì)，進(jìn)而再借助等離子體技術(shù)，通過(guò)輔助低表面能單體物質(zhì)，對(duì)材料表面進(jìn)行疏水改性，實(shí)現(xiàn)絲瓜絡(luò)表面疏水，延長(zhǎng)使用壽命;再進(jìn)一步對(duì)材料進(jìn)行表面陽(yáng)離子化，以增強(qiáng)材料的生物親和性，利于微生物掛膜。各處理步驟之間相互協(xié)同，共同作用，使制備的水處理產(chǎn)品既保留了原材料的三維立體結(jié)構(gòu)，便于微生物附著，又增強(qiáng)了其實(shí)際應(yīng)用和工程使用壽命，且相對(duì)一般的彈性填料、軟性填料以及具有有機(jī)高分子合成材料成分的人工水草等有更多的微生物掛膜量。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、整個(gè)制備過(guò)程步驟簡(jiǎn)單，由于原材料便宜易得，因此產(chǎn)品成本較低;

　　2、制備的產(chǎn)品既保留了原材料的三維立體結(jié)構(gòu)，便于微生物附著，又增強(qiáng)了其實(shí)際應(yīng)用和工程使用壽命，且相對(duì)一般的彈性填料、軟性填料以及具有有機(jī)高分子合成材料成分的人工水草等有更多的微生物掛膜量;

　　3、絲瓜絡(luò)材料可根據(jù)具體污水處理工藝所需，通過(guò)切割加工等制備成各種形狀，作為生活污水、工業(yè)廢水處理設(shè)施厭氧、好氧單元填料，溝渠、河道、湖泊地表景觀水的人工水草載體等方面，實(shí)現(xiàn)水資源的再循環(huán)利用。