CN101973642B

CN101973642B - 利用低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法

Info

Publication number: CN101973642B
Application number: CN201010545661A
Authority: CN
Inventors: 汪群慧; 刘建国; 王爽; 李朋; 田艳丽
Original assignee: YIXING HUIYANG ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: YIXING HUIYANG ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2030-11-16
Also published as: CN101973642A

Abstract

本发明公开了一种利用低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法，其采用可生物降解的聚乳酸、廉价淀粉按一定比例粉碎搅拌均匀，加入到升温至100～180℃注塑机，使其重新注塑成型，然后随之冷却固化的方法制得。本发明的产品具有缓释、无二次污染特性，可以克服目前水处理领域碳源供给不均匀造成的微生物营养不平衡、导致的代谢功能下降、进而致使其处理效率下降的问题；本发明的方法亦可用于缓释农药、化肥等方面；本发明工艺简单，不需添加其他辅助物质，成本相对低廉。

Description

利用低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其是熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法。

背景技术

由于碳源补充能为微生物的生长代谢提供足量的营养源，在水处理领域逐渐成为研究的热点。目前，地下水脱氮、废水处理厌氧硝化与反硝化阶段均存在碳源补充不足或供给不稳定的问题，成为制约生物脱氮效率的重要因素，要获得理想脱氮效果需要考虑外加碳源以补充反硝化脱氮电子供体的要求。有关碳源补充的研究，较为成熟、应用最多的主要为液态碳源，如甲醇、乙醇、葡萄糖等短链的有机碳，但其高成本、有毒性、投加量不确定以及运输困难等问题也让研究者开始对外加补充碳源进行新的探索和尝试。热点多集中在如何优化传统碳源，如在脱氮工艺前加水解酸化工艺，提高原污水的可生化性和处理率；开发非传统碳源作为反硝化脱氮工艺中可选择的碳源，如工业废水、初沉污泥水解产物、垃圾渗滤液、植物秸秆等。但是，这些碳源均存在补充量调节难把握或初期补充过量后期不足等问题，影响微生物代谢，进而影响处理效果。

缓释碳源是近年来兴起的一种新技术，主要思路是利用有机聚合物做骨架，包裹各种碳源使其缓慢释放，达到稳定供给的目的，保证微生物的旺盛代谢力，提高污染物的去除效率。因而聚合物的选取，成为制约缓释碳源发展的关键因素之一。聚合物除了要满足对碳源的包裹缓释作用，还要满足释放速率相对平稳且不造成二次污染、价格低廉、来源广泛等条件。当前，研究较多的聚合物主要有聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚烯烃等。其中，聚乳酸由于其降解产物为乳酸，是人体正常代谢所需物质，具有无毒无副作用的特点，因此，在医学领域药物缓释方面有大量的研究及应用，但在水处理领域做缓释材料骨架的研究未见报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种释放量变化范围较广、具有稳定的缓释性能的、由熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法。

为实现上述目的，本发明熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法，具体为：

1)制得的分子量1～10万的聚乳酸；

2)在质量比范围1～4内，称取聚乳酸和淀粉，混合后搅拌均匀；

3)利用注塑法，设定注塑温度为100～180℃，缓慢均匀加入上述混匀的聚乳酸和淀粉，挤出成型，在10～40℃下冷却，制得缓释碳材料。

进一步，所述步骤1)中的聚乳酸采用有机废弃物发酵液提取的乳酸、再经熔融聚合制得。

进一步，所述步骤1)中的聚乳酸采用餐厨垃圾发酵液提取的乳酸、再经熔融聚合制得。

进一步，所述步骤2)中的淀粉包括小麦淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉或甘薯淀粉，淀粉的平均粒径为80～110nm。

进一步，所述聚乳酸和淀粉的优选质量比为：8∶2、7∶3、6∶4或5∶5。

进一步，所述步骤2)中聚乳酸和淀粉经高速粉碎搅拌机粉碎搅拌均匀。

进一步，所述缓释碳材料的表面均布有微孔。

进一步，所述缓释碳材料的优选形状为柱体形，其直径为0.3～0.8cm、长度为1.0～4.0cm。

本发明的优点在于：本发明中的聚合物使用分子量较低的聚乳酸，可以由有机废弃物发酵制得的乳酸熔融聚合而成，具有缓释、无二次污染特性，可以克服碳源供给不均造成的微生物营养不平衡、而导致的代谢功能下降、降低了污染物去除效率的问题。本发明工艺简单，不需添加其他辅助物质，成本相对低廉，可操作性强。同时，本发明的方法亦可用于缓释农药、化肥等领域。

说明书附图

图1为本发明制备的缓释碳材料的释放范围曲线图。

具体实施方式

本发明针对目前水处理领域微生物碳源补给存在的问题，提供一种低分子量聚乳酸制备缓释碳材料及其制备的方法。旨在通过聚乳酸的骨架、包裹作用，克服碳源供给不均匀造成的微生物营养不平衡、不稳定，导致的代谢功能下降。

本发明具有以下特征：有机聚合物的骨架采用有机废弃物，如餐厨垃圾等的发酵液提取的乳酸、再经熔融聚合制得的分子量1～10万的聚乳酸；包裹的缓释碳源采用淀粉，如小麦淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉或甘薯淀粉；聚乳酸降解后成乳酸，也是极易被硝化菌利用的优良碳源。制成的缓释碳源材料的形状可为体积相近的球形或其他立体几何形状，其形状优选为柱体形，并且柱体形的尺寸优选为：直径为0.3～0.8cm、长度为1.0～4.0cm。本发明制成的缓释碳源材料是表面具有微孔的聚合材料，其利于提高缓释性能的稳定性。聚乳酸和淀粉的质量比范围为1～4，其优选质量比为：8∶2、7∶3、6∶4或5∶5，聚乳酸和淀粉经高速粉碎搅拌机粉碎搅拌均匀。

本发明的实施方式：

实施例1：按每份20g称取，选分子量为2万的聚乳酸，聚乳酸与淀粉按质量比8∶2配比，经高速粉碎机中粉碎、搅拌均匀后，缓慢匀速加入到已升温至100～180℃注塑机中，挤出成直径为0.3～0.8cm的圆柱体，在室温下冷却后，制成长度为1.0～4.0cm的短小柱体。

实施例2：按每份20g称取，选分子量为2万的聚乳酸，聚乳酸与淀粉按质量比7∶3配比，在高速粉碎机中粉碎、搅拌均匀后，缓慢匀速加入到已升温至100～180℃注塑机中，挤出成直径为0.3～0.8cm的圆柱体，在室温下冷却后，制成长度为1.0～4.0cm的短小柱体。

实施例3：按每份20g称取，选分子量为2万的聚乳酸，聚乳酸与淀粉按质量比6∶4配比，在高速粉碎机中粉碎、搅拌均匀后，缓慢匀速加入到已升温至100～180℃注塑机中，挤出成直径为0.3～0.8cm的圆柱体，在室温下冷却后，制成长度为1.0～4.0cm的短小柱体。

实施例4：按每份20g称取，选分子量为2万的聚乳酸，聚乳酸与淀粉按质量比5∶5配比，在高速粉碎机中粉碎、搅拌均匀后，缓慢匀速加入到已升温至100～180℃注塑机中，挤出成直径为0.3～0.8cm的圆柱体，在室温下冷却后，制成长度为1.0～4.0cm的短小柱体。

其他实施例(注塑条件及产品形状同以上实施例)及阶段平均释放速率见下表、释放速率范围见图1：

本发明利用普通淀粉作为有机固体碳源，利用实验室通过发酵有机废弃物制得的乳酸聚合而成的低分子量聚乳酸为骨架，在一定条件下，通过注塑制得了碳源释放速率较为稳定的缓释碳材料。由附表释放性能的数据可知，不同分子量聚乳酸及各种比例配置制备的缓释碳缓释速率曲线变化趋势具有一定的相似性，附图的释放范围说明释放量变化范围较广，表明该缓释碳材料能满足水处理过程中不同微生物对碳源的各种需求量，其较为稳定的缓释性能也能为微生物的旺盛生长提供必要条件。

Claims

1.熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法，其特征在于，该方法具体为：

1)制得的分子量2～8万的聚乳酸；

2)在聚乳酸和淀粉的质量比范围为1～4内，称取聚乳酸和淀粉，混合后搅拌均匀；

3)利用注塑法，设定注塑温度为100～180℃，缓慢均匀加入上述混匀的聚乳酸和淀粉，挤出成型，在10～40℃下冷却，制得缓释碳材料；

所述步骤1)中的聚乳酸采用餐厨垃圾发酵液提取的乳酸、再经熔融聚合制得；所述步骤2)中的淀粉包括小麦淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉或甘薯淀粉，淀粉的平均粒径为80～110nm。

2.如权利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法，其特征在于，所述聚乳酸和淀粉的优选质量比为：8∶2、7∶3、6∶4或5∶5。

3.如权利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法，其特征在于，所述步骤2)中聚乳酸和淀粉经高速粉碎搅拌机粉碎搅拌均匀。

4.如权利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法，其特征在于，所述缓释碳材料的表面均布有微孔。

5.如权利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制备缓释碳材料的方法，其特征在于，所述缓释碳材料的优选形状为柱体形，其直径为0.3～0.8cm、长度为1.0～4.0cm。