[发明专利]一种自降解生物膜填料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于废水处理技术领域。提供了一种自降解生物膜填料及其制备方法和应用，将聚乳酸、共聚改性剂、增塑剂、热稳定剂和成核剂共混，得到聚乳酸基材；碱洗聚乳酸基材得到微纳材料；将微纳材料浸渍在聚合物溶液中，得到复合材料；将复合材料进行等离子体接枝，即得所述自降解生物膜填料。本发明通过调节聚乳酸和共聚改性剂的比例实现聚乳酸作为碳源的释放速率可控。碱洗聚乳酸基材在表面形成多个微纳级的缺陷，增大了材料的比表面积，通过等离子体轰击接枝了亲水性基团，提高生物膜填料的亲水性。本发明提供的生物膜填料在水中缓慢释放脱落外层膜，内部活跃区又形成高活性生物膜，填料表面不断更新，使微生物活性保持高速增长。

技术领域

本发明属于废水处理领域的生物膜填料制备技术。具体涉及一种自降解生物膜填料及其制备方法和应用。

背景技术

生物膜法具有占地面积小、去除污染物效果好、脱氮效率高等优点，广泛应用在工业废水和生活污水领域。填料作为生物膜技术最主要的组成部分，对微生物的生长环境起着决定性影响。当前国内外学者对于生物膜填料的研究主要在填料改性，如通过表面引入亲水基团、增加填料表面粗糙度、内部掺杂营养元素、填料内部磁改性影响微生物活性。如公开号为CN111647189A的发明专利采用的一种增强氧化石墨烯改性生物膜填料挂膜性能的方法，通过引入极性基团，增加表面能，提高填料表面粗糙度提升了挂膜效率。公开号为CN108751391A的发明专利经过生物胶修饰惰性填料基材增加了亲水性和亲生物性。公开号为CN201810677116.7的发明专利申请介绍了一种复合缓释碳源的制备方法，该碳源为玉米芯颗粒或花生壳颗粒，人工合成高分子有机碳源为聚已内酯固体颗粒或聚丁二酸丁二醇酯固体颗粒然而，作为碳源为微生物生长繁殖。目前关于微生物填料的应用方面但仍存填料表面需定期清理、碳源不能充分分解、碳源易腐败失效等问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的之一是提供一种自降解生物膜填料的制备方法，制得的生物膜填料不需要定期清理，作为载体和碳源被微生物充分利用，防止了碳源腐败失效，同时可加速挂膜、提升营养传质效率。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种自降解生物膜填料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将聚乳酸、共聚改性剂、增塑剂、热稳定剂和成核剂混合，混合料加热后经挤出装置挤出冷却，制得聚乳酸基材；

S2、将步骤S1的聚乳酸基材在聚合物溶液中浸渍后取出干燥，制得复合材料，将复合材料进行等离子体接枝，即制得自降解生物膜填料。

作为自降解生物膜填料的制备方法进一步的改进：

优选的，步骤S1中所述聚乳酸、共聚改性剂、增塑剂、热稳定剂和成核剂的混合质量比为(50-70):(10-20):(5-10):(1-5):(1-5)。

优选的，步骤S1中所述共聚改性剂为聚乙二醇或己内酯；或者，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯或邻苯二甲酸二辛酯；或者，所述热稳定剂为蓖麻油酸钙、环氧大豆油和马来酸酐中的一种或两种以上；或者，所述成核剂为二羧酸钠、苯甲酸钠或纳米二氧化硅，粒径为5-20nm。

优选的，步骤S1中对混合料加热的方式为梯度升温加热，温度范围为110-170℃，相邻梯度温度的差值为10℃，在每个梯度温度下的保温时间为5-10min。

优选的，在步骤S2之前对步骤S1的聚乳酸基材进行碱洗，在聚乳酸基材表面形成多个微纳级的缺陷区域。

优选的，步骤S1中对聚乳酸基材进行碱洗的溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，浓度为10-30wt％，碱洗方式为浸泡，浸泡时间为3-5h。

优选的，步骤S2所述的聚合物溶液中包含丙烯酸、壳聚糖和无水乙醇，无水乙醇为溶剂，所述聚合物溶液中丙烯酸的浓度为2-10wt％、壳聚糖的浓度为1-5wt％；所述丙烯酸与步骤S1中所述聚乳酸的质量比为(5-10):(50-70)；所述浸渍的时间为5-10min。