CN109179632B - 一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法，属于水处理材料技术领域。本发明将钛酸四丁酯与无水乙醇搅拌混合，得稀释液将处理酶与明胶液恒温搅拌混合，升温灭酶，得酶解明胶液，保温备用；向上述所得酶解明胶液中滴加冰醋酸调节pH，接着滴加上述所得稀释液，保温搅拌反应，待稀释液滴加完毕后，滴加尿素调节pH，冷却，过滤，干燥，充氮保温保压炭化，降温，粉碎，过100目的筛，得炭化碎料，将聚丙烯树脂混炼，接着加入炭化碎料，防老剂和塑化剂继续混炼，挤出造粒，即得微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料。本发明技术方案制备的微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料具有优异的水处理效果的特点。

Description

一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法
技术领域
本发明公开了一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法，属于水处理材料技术领域。
背景技术
悬浮填料主要用于饮用水膜法的预处理，废水厌氧、好氧膜法处理，生物膜流化床等，与现有其它类似填料相比，具有其特殊的有点，主要体现在以下几方面：
（1）微生物容易附着在滤料表面形成生物膜，挂膜迅速；
（2）其特殊的结构，易于在全池流化，耗气少、动力省，有良好的通气过水性能，易于生物膜的生成与脱落，厌氧、好氧池均可使用。其合理的比重，使其能够不结团、不堵塞、不堆积，安装非常简单，直接投入水体内即可；
（3）由于填料本身结构上的不稳定性，使其具有极大的流化性，既提高了充氧效率，同时又能提高气、液、固三相的传质效率；
（4）悬浮填料密度接近于1，在一定量的曝气作用下在水中可以呈流化状态，大大提高了溶解氧的传质效率，有利于生物膜的不断更新，促进氨氮和有机物的降解；
（5）适合在不影响正常生产的情况下，通过对现有设施进行改造，可以方便地通过调节填料的投放比来处理不同的污水，以适应不同水质的变化。
聚丙烯（PP），是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。聚丙烯无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度、耐热性较好，常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用。聚丙烯来源丰富，价格便宜，是应用最广泛的五大通用塑料之一，在家用电器、汽车工业、农业设施、机械和建筑等领域中得到广泛的使用。
然而，为了进一步提高生物滤料的性能，一般可通过添加具有光催化效能的无机催化剂，如TiO2，而PP为高分子有机聚合物，采用常规挤出工艺将无机催化剂和PP共挤出过程中，存在无机催化剂和PP相容性以及无机催化剂，尤其是纳米尺寸的无机催化剂在PP基体中容易团聚，分散性较差的问题，从而导致产品光催化效果无法进一步提高，因此，如何使纳米尺寸的无机光催化剂在PP树脂基体中良好分散成为了本技术领域亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料在制备时，纳米颗粒在PP基体中容易团聚，分散性较差，从而导致产品光催化效果无法进一步提高的缺点，提供了一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：
（1）将钛酸四丁酯与无水乙醇按质量比1：8～1：15搅拌混合，得稀释液；
（2）将处理酶与明胶液按质量比1：30～1：50恒温搅拌混合，升温灭酶，得酶解明胶液，保温备用；
（3）向上述所得酶解明胶液中滴加冰醋酸调节pH至2.3～2.6，接着滴加上述所得稀释液，保温搅拌反应，待稀释液滴加完毕后，冷却，过滤，干燥，充氮保温保压炭化，降温，粉碎，过100目的筛，得炭化碎料，
（4）按重量份数计，依次取40～60份聚丙烯树脂，20～30份炭化碎料，5～8份防老剂，5～8份塑化剂，将聚丙烯树脂混炼，接着加入炭化碎料，防老剂和塑化剂继续混炼，挤出造粒，即得微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料。
步骤（2）所述处理酶为胰蛋白酶，糜蛋白酶或弹性蛋白酶中的任意一种。
步骤（2）所述明胶液的制备方法为：将明胶与水按质量比1：30～1：50混合，静置溶胀，加热搅拌溶解，得明胶液。
步骤（2）所述保温条件为：温度为40～45℃。
步骤（3）所述滴加速率为3～5mL/min。
步骤（3）所述充氮保温保压炭化条件为：氮气充入速率为100～200mL/min，温度为450～650℃，压力为20～30MPa，炭化时间为2～3h。
步骤（4）所述防老剂为防老剂4010，防老剂RD或防老剂4020中任意一种。
步骤（4）所述塑化剂为邻苯二甲酸二辛酯，乙二酸二辛酯或乙酰基柠檬酸三丁酯中任意一种。
本发明的有益效果是：
本发明技术方案，在制备过程中，首先，本明胶经过处理酶的处理，使得明胶中的活性基团得以充分暴露，接着向酶解液中滴加卡波姆调节体系的pH至2.3～2.6，使得钛酸四丁酯水解处于适宜环境，同时，明胶溶胶呈收缩状态，在偏离等电点时，可随环境的pH的改变而发生膨胀或收缩，当接触酸性物质时，溶胶周围pH下降，溶胶中的氨基质子化，带同种正电荷相互排斥，溶胶发生膨胀，使得水解得到的纳米二氧化钛良好地分散在溶胶体系中，接着，干燥凝胶块经过保温保压炭化，使得炭化过程中产生的焦油能够部分保留在炭化料中，在混炼过程中，炭化料的存在，起到良好的润滑作用，有效改善了聚丙烯树脂与二氧化钛的相容性，同时，焦油起到良好的增塑作用，使得二氧化钛良好的分散在体系中，从而增加了聚丙烯树脂与二氧化钛间的相容性，从而进一步提升产品的光催化效果。
具体实施方式
将明胶与水按质量比1：30～1：50置于1号烧杯中混合，用玻璃棒搅拌10～20min，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80～85℃，转速为300～500r/min条件下，加热搅拌溶解30～50min，得明胶液；将钛酸四丁酯与无水乙醇按质量比1：8～1：15置于2号烧杯中，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合30～50min，得稀释液；将处理酶与明胶液按质量比1：30～1：50置于3号烧杯中，并将3号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40～45℃条件下，恒温搅拌混合40～60min，接着将烧杯中温度升至80～95℃，于转速为300～500r/min条件下，灭酶10～20min，降温至40℃，得酶解明胶液，于温度为40～45℃条件下，保温备用；向所得酶解明胶液中滴加冰醋酸调节pH至2.3～2.6，接着以3～5mL/min的速率向所得酶解明胶液滴加上述所得稀释液，于温度为40～45℃条件下，保温搅拌反应40～60min，待稀释液滴加完毕，冷却至室温，过滤，得凝胶块，接着将凝胶块置于真空冷冻干燥箱中干燥，得干燥凝胶块，将干燥凝胶块置于炭化炉中，并以100～200mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为450～650℃，压力为20～30MPa条件下，保温炭化2～3h后，随炉降至室温，得炭化料，接着将炭化料置于球磨机中粉碎，过100目的筛，得炭化碎料；按重量份数计，依次取40～60份聚丙烯树脂，20～30份炭化碎料，5～8份防老剂，5～8份塑化剂，将聚丙烯树脂置于混炼机中，于温度为160～180℃条件下，混炼10～20min，接着向混炼机中加入炭化碎料，防老剂和塑化剂，于温度为160～180℃条件下，继续混炼30～50min后，挤出造粒，即得微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料。所述处理酶为胰蛋白酶，糜蛋白酶或弹性蛋白酶中的任意一种。所述防老剂为防老剂4010，防老剂RD或防老剂4020中任意一种。所述塑化剂为邻苯二甲酸二辛酯，乙二酸二辛酯或乙酰基柠檬酸三丁酯中任意一种。
将明胶与水按质量比1：50置于1号烧杯中混合，用玻璃棒搅拌20min，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，得明胶液；将钛酸四丁酯与无水乙醇按质量比1：10置于2号烧杯中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合50min，得稀释液；将处理酶与明胶液按质量比1：50置于3号烧杯中，并将3号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为45℃条件下，恒温搅拌混合60min，接着将烧杯中温度升至95℃，于转速为500r/min条件下，灭酶20min，降温至40℃，得酶解明胶液，于温度为45℃条件下，保温备用；向所得酶解明胶液中滴加冰醋酸调节pH至2.6，接着以5mL/min的速率向所得酶解明胶液滴加上述所得稀释液，于温度为45℃条件下，保温搅拌反应60min，待稀释液滴加完毕，冷却至室温，过滤，得凝胶块，接着将凝胶块置于真空冷冻干燥箱中干燥，得干燥凝胶块，将干燥凝胶块置于炭化炉中，并以200mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为650℃，压力为30MPa条件下，保温炭化3h后，随炉降至室温，得炭化料，接着将炭化料置于球磨机中粉碎，过100目的筛，得炭化碎料；按重量份数计，依次取60份聚丙烯树脂，30份炭化碎料，8份防老剂，8份塑化剂，将聚丙烯树脂置于混炼机中，于温度为180℃条件下，混炼20min，接着向混炼机中加入炭化碎料，防老剂和塑化剂，于温度为180℃条件下，继续混炼50min后，挤出造粒，即得微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料。所述处理酶为胰蛋白酶。所述防老剂为防老剂4010。所述塑化剂为邻苯二甲酸二辛酯。
将明胶与水按质量比1：50置于1号烧杯中混合，用玻璃棒搅拌20min，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，得明胶液；将钛酸四丁酯与无水乙醇按质量比1：10置于2号烧杯中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合50min，得稀释液；向所得酶解明胶液中滴加冰醋酸调节pH至2.6，接着以5mL/min的速率向所得酶解明胶液滴加上述所得稀释液，于温度为45℃条件下，保温搅拌反应60min，待稀释液滴加完毕，冷却至室温，过滤，得凝胶块，接着将凝胶块置于真空冷冻干燥箱中干燥，得干燥凝胶块，将干燥凝胶块置于炭化炉中，并以200mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为650℃，压力为30MPa条件下，保温炭化3h后，随炉降至室温，得炭化料，接着将炭化料置于球磨机中粉碎，过100目的筛，得炭化碎料；按重量份数计，依次取60份聚丙烯树脂，30份炭化碎料，8份防老剂，8份塑化剂，将聚丙烯树脂置于混炼机中，于温度为180℃条件下，混炼20min，接着向混炼机中加入炭化碎料，防老剂和塑化剂，于温度为180℃条件下，继续混炼50min后，挤出造粒，即得微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料。所述处理酶为胰蛋白酶。所述防老剂为防老剂4010。所述塑化剂为邻苯二甲酸二辛酯。
将明胶与水按质量比1：50置于1号烧杯中混合，用玻璃棒搅拌20min，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，得明胶液；将钛酸四丁酯与无水乙醇按质量比1：10置于2号烧杯中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合50min，得稀释液；将处理酶与明胶液按质量比1：50置于3号烧杯中，并将3号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为45℃条件下，恒温搅拌混合60min，接着将烧杯中温度升至95℃，于转速为500r/min条件下，灭酶20min，降温至40℃，得酶解明胶液，于温度为45℃条件下，保温备用；以5mL/min的速率向所得酶解明胶液滴加上述所得稀释液，于温度为45℃条件下，保温搅拌反应60min，待稀释液滴加完毕，冷却至室温，过滤，得凝胶块，接着将凝胶块置于真空冷冻干燥箱中干燥，得干燥凝胶块，将干燥凝胶块置于炭化炉中，并以200mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为650℃，压力为30MPa条件下，保温炭化3h后，随炉降至室温，得炭化料，接着将炭化料置于球磨机中粉碎，过100目的筛，得炭化碎料；按重量份数计，依次取60份聚丙烯树脂，30份炭化碎料，8份防老剂，8份塑化剂，将聚丙烯树脂置于混炼机中，于温度为180℃条件下，混炼20min，接着向混炼机中加入炭化碎料，防老剂和塑化剂，于温度为180℃条件下，继续混炼50min后，挤出造粒，即得微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料。所述处理酶为胰蛋白酶。所述防老剂为防老剂4010。所述塑化剂为邻苯二甲酸二辛酯。
将明胶与水按质量比1：50置于1号烧杯中混合，用玻璃棒搅拌20min，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，得明胶液；将钛酸四丁酯与无水乙醇按质量比1：10置于2号烧杯中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合50min，得稀释液；将处理酶与明胶液按质量比1：50置于3号烧杯中，并将3号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为45℃条件下，恒温搅拌混合60min，接着将烧杯中温度升至95℃，于转速为500r/min条件下，灭酶20min，降温至40℃，得酶解明胶液，于温度为45℃条件下，保温备用；向所得酶解明胶液中滴加冰醋酸调节pH至2.6，接着以5mL/min的速率向所得酶解明胶液滴加上述所得稀释液，于温度为45℃条件下，保温搅拌反应60min，待稀释液滴加完毕，冷却至室温，过滤，得凝胶块，接着将凝胶块置于真空冷冻干燥箱中干燥，得干燥凝胶块，将干燥凝胶块置于炭化炉中，随炉降至室温，得炭化料，接着将炭化料置于球磨机中粉碎，过100目的筛，得炭化碎料；按重量份数计，依次取60份聚丙烯树脂，30份炭化碎料，8份防老剂，8份塑化剂，将聚丙烯树脂置于混炼机中，于温度为180℃条件下，混炼20min，接着向混炼机中加入炭化碎料，防老剂和塑化剂，于温度为180℃条件下，继续混炼50min后，挤出造粒，即得微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料。所述处理酶为胰蛋白酶。所述防老剂为防老剂4010。所述塑化剂为邻苯二甲酸二辛酯。
对比例：宜兴某水处理填料厂生产的生物滤料。
将实例1至实例4所得的微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
取COD含量为10mg/L的微污染水，使用上述生物滤料对其进行处理，检测处理后水中的COD含量。
COD去除率测试按GB11914-89《水质化学需氧量的测定-重铬酸钾法》标准进行检测。
具体检测结果如表1所示：
表1微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料具体检测结果
检测项目 实例1 实例2 实例3 实例4 对比例
COD/mg/L 4.3 4.5 5.7 5.9 7.2
COD去除率/% 0.57 0.55 0.43 0.41 0.28
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料具有优异的水处理效果的特点，在水处理材料技术行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (6)

1.一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：
（1）将钛酸四丁酯与无水乙醇按质量比1：8～1：15搅拌混合，得稀释液；
（2）将处理酶与明胶液按质量比1：30～1：50恒温搅拌混合，升温灭酶，得酶解明胶液，保温备用；
（3） 向所得酶解明胶液中滴加冰醋酸调节pH至2.3～2.6，接着以3～5mL/min的速率向所得酶解明胶液滴加上述所得稀释液，于温度为40～45℃条件下，保温搅拌反应40～60min，待稀释液滴加完毕，冷却至室温，过滤，得凝胶块，接着将凝胶块置于真空冷冻干燥箱中干燥，得干燥凝胶块，将干燥凝胶块置于炭化炉中，并以100～200mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为450～650℃，压力为20～30MPa条件下，保温炭化2～3h后，随炉降至室温，得炭化料，接着将炭化料置于球磨机中粉碎，过100目的筛，得炭化碎料；
（4）按重量份数计，依次取40～60份聚丙烯树脂，20～30份炭化碎料，5～8份防老剂，5～8份塑化剂，将聚丙烯树脂混炼，接着加入炭化碎料，防老剂和塑化剂继续混炼，挤出造粒，即得微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料。
2.根据权利要求1所述一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述处理酶为胰蛋白酶，糜蛋白酶或弹性蛋白酶中的任意一种。
3.根据权利要求1所述一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述明胶液的制备方法为：将明胶与水按质量比1：30～1：50混合，静置溶胀，加热搅拌溶解，得明胶液。
4.根据权利要求1所述一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述保温条件为：温度为40～45℃。
5.根据权利要求1所述一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述防老剂为防老剂4010，防老剂RD或防老剂4020中任意一种。
6.根据权利要求1所述一种微污染水用聚丙烯基悬浮生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述塑化剂为邻苯二甲酸二辛酯，乙二酸二辛酯或乙酰基柠檬酸三丁酯中任意一种。
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