公布日：2022.12.20
申請日：2022.06.21
分類號：C02F3/00(2006.01)I;B01J20/16(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I
摘要
本發(fā)明涉及水處理技術領域，尤其涉及IPCC2F9領域，更具體地，涉及一種改性生物填料及其在污水處理中的應用。通過選用有機玻璃廢料作為基材，在特定的改性材料、發(fā)泡劑、助熔劑、穩(wěn)泡劑的輔助下，制備了改性生物填料，該改性生物填料不僅比表面積大，穩(wěn)定性好，對水體中氮磷的吸附性強，且把廢棄物回收進行二次利用，變廢為寶，降低了制備成本，實現(xiàn)了資源的可持續(xù)發(fā)展。
權利要求書
1.一種改性生物填料，其特征在于，按重量份計，其制備原料包括：基材65-85份、改性材料5-15份、發(fā)泡劑5-15份、助熔劑0.1-3份、穩(wěn)泡劑0.5-5份。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種改性生物填料，其特征在于，所述基材選自聚丙烯、有機玻璃、聚氨酯、聚氯乙烯中的一種或多種。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種改性生物填料，其特征在于，所述改性材料質選自淀粉、硅藻土、膨潤土、凹凸棒土、紅壤、活性炭、氧化鋁、沸石、氧化鐵中的一種或多種。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種改性生物填料，其特征在于，所述沸石的NH4+交換量為100-150mg/100g，孔隙率≥40％。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種改性生物填料，其特征在于，所述硅藻土的比重為2-3g/cm3，二氧化硅含量為85-90wt％。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種改性生物填料，其特征在于，所述發(fā)泡劑為碳酸鈣、碳酸氫鈣、碳酸鎂、泡花堿、碳酸氫鈉、十二烷基硫酸鈉、碳化硅中的一種或多種。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種改性生物填料，其特征在于，所述助熔劑為碳酸鈉、硫酸鋇、四硼酸鈉、氟硅酸鈉中的一種或多種。
8.根據(jù)權利要求4所述的一種改性生物填料，其特征在于，所述穩(wěn)泡劑為纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、淀粉、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉中的一種或多種。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種改性生物填料，其特征在于，所述改性生物填料的制備方法為：將原料混合后研磨至粒徑小于70μm，干燥后燒結，即得。
10.一種根據(jù)權利要求1-9任一項所述的改性生物填料在污水處理中的應用。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明第一方面提供了一種改性生物填料，按重量份計，其制備原料包括：基材65-85份、改性材料5-15份、發(fā)泡劑5-15份、助熔劑0.1-3份、穩(wěn)泡劑0.5-5份。
優(yōu)選的，所述基材選自聚丙烯、有機玻璃、聚氨酯、聚氯乙烯中的一種或多種；進一步優(yōu)選的，為有機玻璃。
所述有機玻璃來源于玻璃廠生產(chǎn)殘留的有機玻璃廢料，購買廠家不做具體限定。例如供應商東莞市橋頭震興有機玻璃店生產(chǎn)的有機玻璃廢料。
優(yōu)選的，所述改性材料質選自淀粉、硅藻土、膨潤土、凹凸棒土、紅壤、活性炭、氧化鋁、沸石、氧化鐵中的一種或多種；進一步優(yōu)選的，為沸石和硅藻土。
優(yōu)選的，所述沸石的NH4+交換量為100-150mg/100g，孔隙率≥40％；進一步優(yōu)選的，所述沸石的NH4+交換量為120.45mg/100g，孔隙率≥48％。
在一些優(yōu)選的方案中，所述沸石購買自供應商青島鑫和源濾料有限公司生產(chǎn)的沸石。
優(yōu)選的，所述硅藻土的比重為2-3g/cm3，二氧化硅含量為85-90wt％；進一步優(yōu)選的，所述硅藻土的比重為2.1-2.3g/cm3，二氧化硅含量為88.6wt％。
在一些優(yōu)選的方案中，所述沸石購買自供應商青島川山新材料有限公司生產(chǎn)的硅藻土助濾劑。
優(yōu)選的，所述沸石和硅藻土的重量比為1：(1-3)；進一步優(yōu)選的，為1:2。
申請人意外發(fā)現(xiàn)，選用特定的沸石和硅藻土作為改性材料應用于制備改性生物填料，且沸石和硅藻土的重量比為1：(1-3)時，能夠在提高對氮磷的吸附效果的同時，還能夠有助于降低水體中的COD含量。這可能是由于沸石和硅藻土都具有較大的比表面積和較強的滲透率，兩者協(xié)同作用，能夠在吸附氮磷的同時，還能夠促進微生物對難降解物質的降解，從而使得制備出的改性填料在具有優(yōu)異的吸附效果的同時，還使得水體具有較低的COD值。
所述發(fā)泡劑為碳酸鈣、碳酸氫鈣、碳酸鎂、泡花堿、碳酸氫鈉、十優(yōu)選的，二烷基硫酸鈉、碳化硅中的一種或多種；進一步優(yōu)選的，為碳酸鈣和泡花堿。
優(yōu)選的，所述碳酸鈣為重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、活性碳酸鈣、納米碳酸鈣中的一種或多種；進一步優(yōu)選的，為重質碳酸鈣。
優(yōu)選的，所述重質碳酸鈣的粒徑為500-2000目，比表面積為1-10m2/g；進一步優(yōu)選的，所述重質碳酸鈣的粒徑為600目，比表面積為5m2/g。
在一些優(yōu)選的方案中，所述重質碳酸鈣購買自供應商廣東拾傳拾美新材料有限公司生產(chǎn)的600目超細重質碳酸鈣。
優(yōu)選的，所述泡花堿的模數(shù)為2-5，二氧化硅含量為20-30wt％；進一步優(yōu)選的，所述泡花堿的模數(shù)為3.1-3.4，二氧化硅含量為26wt％。
在一些優(yōu)選的方案中，所述泡花堿購買自供應商廣東科凝科技有限公司生產(chǎn)的水玻璃。
優(yōu)選的，所述碳酸鈣和泡花堿的重量比為(1-2)：(1-2)；進一步優(yōu)選的，為1:1。
在一些優(yōu)選的方案中，選用粒徑為500-2000目，比表面積為1-10m2/g的重質碳酸鈣作為發(fā)泡劑，能夠使得制備出的改性生物填料比表面積大，呈疏松多孔的結構，有助于其吸附。這可能是由于碳酸鈣在高溫下會分解產(chǎn)生二氧化碳，使得改性生物填料膨脹多孔，但是僅僅只有碳酸鈣對于材料孔徑大小的調(diào)節(jié)還是不夠的，申請人意外發(fā)現(xiàn)，選用一定量模數(shù)為2-5，二氧化硅含量為20-30wt％的泡花堿與重質碳酸鈣復配，且碳酸鈣和泡花堿的重量比為(1-2)：(1-2)時，不僅能夠在高溫時釋放出氣體而發(fā)泡，還能使得制備出的改性生物填料中成分均一化，有助于提高改性生物填料的穩(wěn)定性。
優(yōu)選的，所述發(fā)泡劑的重量為改性生物填料重量的6-12％。
優(yōu)選的，所述助熔劑為碳酸鈉、硫酸鋇、四硼酸鈉、氟硅酸鈉中的一種或多種；進一步優(yōu)選的，為四硼酸鈉和氟硅酸鈉。
優(yōu)選的，所述四硼酸鈉和氟硅酸鈉的重量比為(2-4)：1；進一步優(yōu)選的，為3:1。
優(yōu)選的，所述發(fā)泡劑和助熔劑的重量比為(5-15)：1；進一步優(yōu)選的，為10:1。
在一些優(yōu)選的方案中，選用發(fā)泡劑和助熔劑的重量比為(5-15)：1，能夠進一步提高材料的比表面積和疏松多孔特性。這可能是由于發(fā)泡劑和助熔劑復配作用，在降低基材熔點和軟化溫度的同時，還能夠增加發(fā)泡溫度范圍，使得原料能夠在更大的溫度區(qū)間內(nèi)發(fā)泡，從而改善氣孔結構，使得孔徑均勻細小，有助于微生物和有機氮磷的吸附。但是發(fā)泡劑過多會導致基材軟化慢，且分解產(chǎn)生的氣體無法固定在改性生物填料中發(fā)泡，影響最紅改性生物填料的生成。
優(yōu)選的，所述穩(wěn)泡劑為纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、淀粉、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉中的一種或多種；進一步優(yōu)選的，為磷酸二氫鈉和六偏磷酸鈉。
優(yōu)選的，所述磷酸二氫鈉和六偏磷酸鈉的重量比為(1-2)：1；進一步優(yōu)選的，為3:2。
所述改性生物填料的制備方法為：將原料混合后研磨至粒徑小于70μm，干燥后燒結，即得。
燒結過程為：升溫至500-600℃后保溫0.5-2h，然后繼續(xù)升溫至1000-1200℃保溫10-30min后，降溫至800℃以下取出，冷卻至室溫即得。
本發(fā)明第二方面提供了一種改性生物填料的應用，可應用于污水處理領域。
有益效果：
1、通過選用特定的沸石和硅藻土作為改性材料應用于制備改性生物填料，且沸石和硅藻土的重量比為1：(1-3)時，能夠在提高對氮磷的吸附效果的同時，還能夠有助于降低水體中的COD含量。
2、通過選用粒徑為500-2000目，比表面積為1-10m2/g的重質碳酸鈣作為發(fā)泡劑，能夠使得制備出的改性生物填料比表面積大，呈疏松多孔的結構，有助于其吸附。
3、通過選用一定量模數(shù)為2-5，二氧化硅含量為20-30wt％的泡花堿與重質碳酸鈣復配，且碳酸鈣和泡花堿的重量比為(1-2)：(1-2)時，不僅能夠在高溫時釋放出氣體而發(fā)泡，還能使得制備出的改性生物填料中成分均一化，有助于提高改性生物填料的穩(wěn)定性。
4、通過選用發(fā)泡劑和助熔劑的重量比為(5-15)：1，能夠進一步提高材料的比表面積和疏松多孔特性。
5、本申請選用有機玻璃廢料作為基材制備改性生物填料，把廢棄物回收進行二次利用，變廢為寶，降低了制備成本，實現(xiàn)了資源的可持續(xù)發(fā)展。
6、本發(fā)明可應用在污水處理領域。
（發(fā)明人：夏冰）
