CN112897706A - 增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体及其制备方法和应用。该载体中，通过在聚氨酯载体表面接枝多层羧基化石墨烯，增大了聚氨酯载体的比表面积和表面粗糙度，改善微生物表面附着过程，提高载体的生物负载能力；并且，通过羧基化石墨烯为聚氨酯载体引入羧基、羟基等表面活性官能团，提高改性后的聚氨酯生物载体的亲水性，从而增强载体的生物亲和性，有助于缩短改性生物载体表面的生物膜发展过程。因而，本发明提供的改性聚氨酯载体，具有热稳定性强、生物膜生成时间短、生物膜生成量多等特点，在生物反应污水处理系统中具有很好的应用前景。

Description

增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及水处理领域，其主要涉及一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体及其制备方法和应用。

背景技术

在废水的生物处理工艺中，生物膜法是通过引入微生物载体，从而为污水处理微生物提供大量的附着位点，将游离状态的微生物细胞定位于载体空间范围内，以达到净化水环境的目的。目前，聚氨酯类是应用最广泛的生物载体填料。

然而，在实际应用当中，常用的聚氨酯类微生物载体的亲水性和生物附着性较差，导致微生物挂膜速度较慢，从而降低了污水处理效率。虽然本领域技术人员对聚氨酯进行了改性，以提高处理污水中微生物的效率，然而，现有技术中，通常是对聚氨酯载体进行的一维或二维改性，得到的改性聚氨酯载体的生物负载量并未有较大程度的提高。

因此，本领域技术亟需一种新型的聚氨酯载体，以解决现有聚氨酯类微生物载体所存在的生物负载量较低的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种新型的增强型增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体及其制备方法和应用，该载体借助硅烷偶联剂APTS的桥联作用，将三层羧基化石墨烯共价接枝到聚氨酯表面，以提高其表面的生物亲和性高、比表面积和表面粗糙度等，从而解决现有微生物载体中存在的生物负载量件较低的问题。具体内容如下：

第一方面，本发明提供了一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体，所述增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体，是以硅烷偶联剂作连接桥，在聚氨酯载体表面接枝三层羧基化石墨烯得到的。在保留大量羧基化石墨烯表面能够促进生物膜附着的活性含氧基团的同时，通过三层接枝的方式改善羧基化石墨烯溶液改性的效果，强化对挂膜的促进作用。

第二方面，本发明提供了一种制备上述第一方面所述的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的方法，所述方法包括：

步骤1，通过紫外灯对第一后处理的聚氨酯载体，进行照射，得到第一中间产物；

步骤2，配置6wt％的硅烷偶联剂乙醇溶液，超声震荡10min，使溶液充分分散；

步骤3，通过氢氧化钠和一氯乙酸，对氧化石墨烯进行羧基化，得到羧基化石墨烯；

步骤4，将所述第一中间产物放入所述硅烷偶联剂乙醇溶液中并完全浸没，置于40℃反应温度下搅拌反应12h；反应结束后用去离子水洗涤，干燥，得到第二中间产物；

步骤5，用NaOH配置pH＝9的乙醇溶液，并向所述乙醇溶液中加入所述羧基化石墨烯，置于超声波清洗器中震荡30min，分散均匀，得到羧基化石墨烯分散液；

步骤6，将所述第二中间产物置于所述羧基化石墨烯分散液中，置于恒温磁力搅拌器上反应，并对反应结束后所得的固体产物进行超声清洗、干燥，得到基于羧基化石墨烯改性的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体。

可选地，在所述步骤1中，所述第一后处理包括：

将聚氨酯海绵放入超声波清洗器中震荡洗涤，再用去离子水清洗，得到洁净的聚氨酯载体；

将洁净的聚氨酯载体置于烘箱中干燥，得到洁净、干燥的聚氨酯载体；

其中，所述震荡洗涤的时间为30～40min。

可选地，在所述步骤3中，所述氧化石墨烯是按照以下步骤制备的：

将9:1硫酸/磷酸混合溶液与石墨粉进行混合，得到第一混合溶液；

将所述第一混合溶液置于冰水浴中，并向所述第一混合溶液中加入高锰酸钾，搅拌，得到第二混合溶液；

将所述第二混合溶液置于50℃条件下，搅拌反应12h，得到第一反应体系；

向所述第一反应体系中加入冰水并置于冰水浴中冷却；

向冷却后的第一反应体系中加入过氧化氢溶液，直至第一反应体系的混合液变为亮黄色，得到第二反应体系；

对所述第二反应体系进行第二后处理，得到氧化石墨烯。

可选地，所述石墨粉与所述高锰酸钾的质量比为1:6；

所述第一反应体系与所述冰的体积比为1:1；

所述过氧化氢溶液的质量分数浓度为0.5％；

所述第二后处理包括：对所述第二反应体系进行高速离心，得到沉淀物，再依次用去离子水、10％盐酸、无水乙醇对所述沉淀物进行离心洗涤，接着在50℃条件下对洗涤后的沉淀物进行真空干燥。

可选地，在所述步骤3中，所述通过氢氧化钠和一氯乙酸，对氧化石墨烯进行羧基化，得到羧基化石墨烯，包括：

在冰浴条件下，将氧化石墨烯超声溶解于去离子水中，得到2mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

向所述氧化石墨烯水溶液中加入氢氧化钠和一氯乙酸，于30℃下超声12h，得到第三混合液；

对所述第三混合液12000rpm/min离心30min，得到沉淀；

通过去离子水将所述沉淀洗涤至中性，并对洗涤后的沉淀进行50℃真空干燥，得到羧基化石墨烯。

可选地，在所述步骤5中，所述羧基化石墨烯分散液的溶度为0.2～1.0mg/mL。

可选地，在所述步骤6中，所述反应的反应温度65℃，反应时间为36h；

所述干燥的温度为40℃；

所述超声清洗的清洗剂包括去离子水。

第三方面，本发明提供了一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的应用，将上述第一方面所述的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体应用于污水处理中；或

将上述第一方面所述的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体应用于微生物固化中。

本发明提供了一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体及其制备方法和应用。基于硅烷偶联剂的结构特点，在聚氨酯载体表面接枝三层羧基化石墨烯，不仅提高了载体的热稳定性，而且较高程度地增大了聚氨酯载体的比表面积和表面粗糙度，改善微生物表面附着过程，同时极大地提高了载体的生物负载能力；并且，通过羧基化石墨烯为聚氨酯载体引入羧基、羟基等表面活性官能团，提高改性后的聚氨酯生物载体的亲水性，从而增强载体的生物亲和性，有助于缩短改性生物载体表面的生物膜发展过程。再者，通过实验证明，相对于未改性的载体而言，本发明提供的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的生物负载量，是未改性的载体的生物负载量的2.86倍。

因而，本发明提供的改性聚氨酯载体，具有热稳定性强、生物膜生成时间短、生物膜生成量多等优点，在生物反应污水处理系统中具有很好的应用前景。

附图说明

图1示出了本发明实施例中的一种增强型增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的制备方法的方法流程图；

图2示出了本发明实施例中的一种三层增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的主要反应过程图；

图3示出了未改性的聚氨酯载体的SEM图；

图4示出了本实施1中制备的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的SEM图；

图5示出了未改性的聚氨酯载体生物挂膜培养试验的SEM图；

图6示出了对本实施1制备的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体进行挂膜培养试验后的SEM图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

本发明通过硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，利用层数较少、分散性强、能够在一定程度上克服层与层之间团聚问题的羧基化石墨烯，实现聚氨酯填料的表面功能化改性。首先，羧基化石墨烯中的羧基含量较大，而羧基在生物附着方面有着非常重要的作用，有助于改善细胞在载体表面粘附和生长的能力；其次，由于羧基等含氧活性亲水性基团的引入，使得改性后的聚氨酯载体的亲水性能有较大提高，有利于增强载体的生物亲和性；最后，由于微生物细胞必须与载体发生适当的粘附后才能在生物载体的表面进行生长，乃至分化、增殖，最终形成生物膜。而改性聚氨酯的表面结构得到改善，粗糙度提高，因此增加了细胞在载体表面附着的作用点，能够加速载体表面细胞的粘附、附着过程，缩短污水生物膜处理工艺的挂膜时间，从而实现增强填料生物亲和性的改性。

因而，基于硅烷偶联剂结构的特殊性和羧基化石墨烯的强生物亲和性，本发明实施例提供了一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体。具体内容如下：

第一方面，本发明提供了一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体，该增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体，是以硅烷偶联剂作连接桥，在聚氨酯载体表面接枝三层羧基化石墨烯得到的。相比氧化石墨烯，羧基化石墨烯的氧化程度更高，石墨烯基层上环氧基含量下降，对生物附着起关键作用的羟基和羧基含量上升。同时，由于在接枝过程中，羧基化石墨烯中缺电子的环氧基图与交联了硅烷偶联剂的聚氨酯载体第二中间产物表面能够提供电子的氨基和羟基通过亲核反应化学连接，最终形成一个反应点上接枝三层羧基化石墨烯。本发明中既保留了羧基化石墨烯的亲水性、生物亲和性能，同时又通过接枝三层羧基化石墨烯增强了改性载体的挂膜性能。

本发明实施例中，借助硅烷偶联剂KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷，APTS)的桥连作用，对聚氨酯载体进行表面功能化改性，通过在载体表面接枝羧基化石墨烯，增大了聚氨酯载体的比表面积和表面粗糙度，减缓了水力冲刷对微生物细胞附着在载体表面的阻碍，提高了细胞与载体表面的接触几率，缩短了微生物在改性聚氨酯载体表面的附着过程，；通过羧基化石墨烯为聚氨酯载体引入羧基、羟基等表面活性官能团，提高改性后的聚氨酯微生物载体的亲水性，从而增强载体的生物亲和性，增强了聚氨酯载体的生物负载能力，从而有助于实现改性生物载体表面生物膜快速成熟，提高污水反应处理设施的处理效率。

第二方面，本发明实施例提供了一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的制备方法，如图1所示，具体可以包括如下步骤：

步骤1(S11)，通过紫外灯对第一后处理的聚氨酯海绵，进行照射，得到第一中间产物。

本实施例中，第一后处理的聚氨酯海绵具有洁净、干燥的特点。具体实施时，将洁净、干燥的聚氨酯海绵平铺于紫外灯下方照射30～60min，在紫外灯的照射过程中，聚氨酯中的酰胺键断裂，羧酸基团形成，得到第一中间产物。

可选地，在本实施例的步骤1中，该第一后处理包括：

将聚氨酯海绵放入超声波清洗器中震荡洗涤30～40min，再用去离子水清洗，得到洁净的聚氨酯海绵；将洁净的聚氨酯海绵置于烘箱中干燥，得到洁净、干燥的聚氨酯海绵。

步骤2(S12)，配置6wt％的硅烷偶联剂乙醇溶液，超声震荡10min，使溶液充分分散。

具体实施时，将硅烷偶联剂KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷，APTS)加入到乙醇溶液中，超声震荡10min，使溶液充分分散，得到6wt％的硅烷偶联剂乙醇溶液。

步骤3(S13)，通过氢氧化钠和一氯乙酸，对氧化石墨烯进行羧基化，得到羧基化石墨烯。

具体实施时，在冰浴条件下，将氧化石墨烯超声溶解于去离子水中，得到2mg/mL的氧化石墨烯水溶液；向氧化石墨烯水溶液中加入氢氧化钠和一氯乙酸，于30℃下超声12h，得到第三混合液；对第三混合液12000rpm/min离心30min，弃上清液，得到沉淀；沉淀用去离子水洗涤至中性；最终的沉淀物在真空干燥箱中，50℃真空干燥，最终产物即为羧基化石墨烯。

本实施步骤中，可选地，氧化石墨烯与氢氧化钠、一氯乙酸的质量比为5:12:10。

本实施步骤中，可选地，氧化石墨烯是按照以下步骤制备的：

将9:1硫酸/磷酸混合溶液与石墨粉进行混合，得到第一混合溶液；将第一混合溶液置于冰水浴中，并向第一混合溶液中加入高锰酸钾，搅拌，得到第二混合溶液；将第二混合溶液置于50℃条件下，搅拌反应12h，得到第一反应体系；向第一反应体系中加入冰水并置于冰水浴中冷却；向冷却后的第一反应体系中加入过氧化氢溶液，直至第一反应体系的混合液变为亮黄色，得到第二反应体系；对第二反应体系进行第二后处理，得到氧化石墨烯。

在上述制备氧化石墨烯的步骤中，可选地，石墨粉与高锰酸钾的质量比为1:6，第一反应体系与所述冰的体积比为1:1，过氧化氢溶液的质量分数浓度为0.5％；

在上述制备氧化石墨烯的步骤中，第二后处理包括：对所述第二反应体系进行高速离心，得到沉淀物，再依次用去离子水、10％盐酸、无水乙醇对所述沉淀物进行离心洗涤，接着在50℃条件下对洗涤后的沉淀物进行真空干燥。

步骤4(S14)，将步骤1制备的第一中间产物放入步骤2制得的硅烷偶联剂乙醇溶液中并完全浸没，置于40℃反应温度下搅拌反应12h；反应结束后用去离子水洗涤，干燥，得到第二中间产物。

步骤5(S15)，用NaOH配置pH＝9的乙醇溶液，并向乙醇溶液中加入步骤3制备的羧基化石墨烯，置于超声波清洗器中震荡30min，分散均匀，得到羧基化石墨烯分散液。

本实施步骤中，可选地，在本实施步骤中，羧基化石墨烯分散液的溶度为0.2～1.0mg/mL。

步骤6(S16)，将步骤4制得的第二中间产物置于步骤5制得的羧基化石墨烯分散液中，置于恒温磁力搅拌器上反应，并对反应结束后所得的固体产物进行超声清洗、干燥，得到基于羧基化石墨烯改性的聚氨酯载体。

本实施步骤中，可选地，在本实施步骤中，反应温度可为65℃，反应时间可为36h；干燥的温度可为40℃；超声清洗的清洗剂包括去离子水。通过本发明实施例提供的一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的制备方法，不仅提高了聚氨酯载体的表面粗糙度，同时增加了羧基、羟基等表面活性官能团，该改性方法具有操作简单方便、性能可靠，能显著提高聚氨酯载体的生物亲和性，缩短改性生物载体表面的生物膜发展过程，提高污水处理生物反应系统的处理效率和稳定性。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过具体的实施例来说明本发明提供的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的制备方法。

实施例1(增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的制备)

(1)将聚氨酯载体切割成直径约1cm的球体，放入超声波清洗器中震荡洗涤30min后，用去离子水清洗，置于烘箱中干燥，得到洁净的聚氨酯载体；

(2)将洁净、干燥的聚氨酯载体平铺于紫外灯下方照射60min，聚氨酯中的酰胺键断裂，形成羧酸基团，得到第一中间产物；

(3)配置6wt％的硅烷偶联剂KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷，APTS)的乙醇溶液，超声震荡10min，使溶液充分分散；

(4)制备羧基化石墨烯：将1.5g石墨粉加入到9:1硫酸/磷酸混合溶液200mL中搅拌均匀并置于冰水浴中；缓慢加入9.0g高锰酸钾，搅拌达到混合均匀，50℃条件下磁力搅拌反应12h；反应结束后向混合溶液中加入冰水并置于冰水浴中冷却；加入质量分数浓度为0.5％过氧化氢溶液直至混合液变为亮黄色；混合液高速离心后取剩余沉淀物，依次用去离子水、10％盐酸、无水乙醇离心洗涤，该沉淀在50℃下真空干燥箱内干燥，所得即氧化石墨烯；取氧化石墨烯冰浴条件下超声溶解于去离子水中，得到2mg/mL的氧化石墨烯水溶液；向氧化石墨烯中加入氢氧化钠和一氯乙酸，于30℃下超声12h；混合液12000rpm/min离心，30min；弃上清液，沉淀用去离子水洗涤至中性；最终的沉淀物在真空干燥箱中，50℃真空干燥，最终产物即为羧基化石墨烯；

(5)取紫外辐照过的聚氨酯泡沫，放入6wt％的APTS的乙醇溶液中完全浸没，置于恒温磁力搅拌器上反应，在40℃的温度条件下反应12h。反应结束后用去离子水洗涤，干燥；

(6)用NaOH配置pH＝9的乙醇溶液。加入羧基化石墨烯，置于超声波清洗器中震荡30min，分散均匀，成0.2mg/mL的羧基化石墨烯的乙醇分散液；

(7)将步骤5得到的产物置于步骤6的分散液中，置于恒温磁力搅拌器上，在65℃的温度条件下反应36h。反应结束后，将固体产物利用超声清洗、40℃烘箱中干燥，产物即为生物亲和性强的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体。

图3示出了未改性的聚氨酯载体的SEM图，图4示出了本实施1中制备的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的SEM图。如图3和图4所示，与未改性的聚氨酯载体对照相比，本实施1中制备的改性聚氨酯载体表面，有大量的石墨烯片层结构，且相互交联形成蜂窝状，其多孔的结构使得在相同的培养条件下，为细胞贴壁提供了较大的表面积，另外使已经贴壁在改性聚氨酯载体表面的细胞暴露于相同强度流体剪切力作用下，细胞的损伤大大减轻，能够较快的完成生物膜发展的粘附、附着等阶段。

实施例2(微生物固定化)

利用实施例1制得的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体，进行生物挂膜试验。生物固定化载体先用营养液浸湿，置于500mL玻璃三角瓶中，瓶中加入200mL的营养液。菌剂按4g/L投加。置于恒温振荡器中培养，温度设为30℃。

在培养到第21天时，图5示出了未改性的聚氨酯载体生物挂膜培养试验的SEM图，图6示出了对本实施1制备的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体进行挂膜培养试验后的SEM图。如图5和图6所示，与未改性的聚氨酯载体对照相比，在培养到第21天时，对照组的未改性的聚氨酯载体仅发现少量单细胞粘附在载体表面，而改性载体表面的挂膜量明显增多、且大量生长在石墨烯结构上、发育较快的生物膜，并且，由图5和图6可知，未改性填料表面观察到有独立的球菌粘附在填料表面，且球菌附近有类似EPS(extracellularpolymeric substances，胞外多聚物)结构；基于氧化石墨烯改性的聚氨酯载体表面观察到密集且均匀的球菌生物膜，膜块的宽度达到100～200μm，生物膜结构中发现有突起的石墨烯片层结构。提取挂膜培养过程中填料球上附着的微生物DNA，对总细菌16S rDNA丰度进行定量分析，结果未改性填料上16S rDNA的丰度变化为第5天的1.42×10⁹到第21天的1.22×10¹⁰copies/g carrier；与未改性填料对比，改性填料上的16S rDNA的丰度变化为第5天的3.43×10⁹copies/g carrier，到第21天的3.49×10¹⁰copies/g carrier。相同培养条件下，经过21天的培养后改性载体的生物负载量提高到了未改性对照载体的2.86倍。

其中，“copies/g carrier”是单位，表示：每克填料上的微生物基因丰度的拷贝数。

由上述实施例1和实施例2可知，本发明实施例中的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的制备方法具有工艺简单、成本低、改性载体的热稳定性强等特点，并且，其制备的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体有利于解决生物处理工艺中挂膜时间长、生物负载量件较低等问题，提高污水处理生物反应系统的处理效率和稳定性，在生物反应污水处理系统中具有很好的应用前景。

需要指出的是，本申请的各个实施例中的步骤和方法，不仅限于对应的实施例中，各个实施例的操作细节以及注意事项，互相都是相应的。

第三方面，本发明提供了一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的应用，将上述第一方面所述的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体应用于污水处理中；或

将上述第一方面所述的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体应用于微生物固化中。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。

以上对本发明所提供的一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体及其制备方法和应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体，其特征在于，所述增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体，是以硅烷偶联剂作连接桥，在聚氨酯载体表面接枝三层羧基化石墨烯得到的。

2.一种制备上述权利要求1所述的增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，通过紫外灯对第一后处理的聚氨酯载体，进行照射，得到第一中间产物；

步骤2，配置6wt％的硅烷偶联剂乙醇溶液，超声震荡10min，使溶液充分分散；

步骤3，通过氢氧化钠和一氯乙酸，对氧化石墨烯进行羧基化，得到羧基化石墨烯；

步骤4，将所述第一中间产物放入所述硅烷偶联剂乙醇溶液中并完全浸没，置于40℃反应温度下搅拌反应12h；反应结束后用去离子水洗涤，干燥，得到第二中间产物；

步骤5，用NaOH配置pH＝8.5的乙醇溶液，并向所述乙醇溶液中加入所述羧基化石墨烯，置于超声波清洗器中震荡30min，分散均匀，得到羧基化石墨烯分散液；

步骤6，将所述第二中间产物置于所述羧基化石墨烯分散液中，置于恒温磁力搅拌器上反应，并对反应结束后所得的固体产物进行超声清洗、干燥，得到增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述第一后处理包括：

将聚氨酯海绵放入超声波清洗器中震荡洗涤，再用去离子水清洗，得到洁净的聚氨酯载体；

将洁净的聚氨酯载体置于烘箱中干燥，得到洁净、干燥的聚氨酯载体；

其中，所述震荡洗涤的时间为30～40min。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述氧化石墨烯是按照以下步骤制备的：

将9:1硫酸/磷酸混合溶液与石墨粉进行混合，得到第一混合溶液；

将所述第一混合溶液置于冰水浴中，并向所述第一混合溶液中加入高锰酸钾，搅拌，得到第二混合溶液；

将所述第二混合溶液置于50℃条件下，搅拌反应12h，得到第一反应体系；

向所述第一反应体系中加入冰水并置于冰水浴中冷却；

向冷却后的第一反应体系中加入过氧化氢溶液，直至第一反应体系的混合液变为亮黄色，得到第二反应体系；

对所述第二反应体系进行第二后处理，得到氧化石墨烯。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述石墨粉与所述高锰酸钾的质量比为1:6；

所述第一反应体系与所述冰的体积比为1:1；

所述过氧化氢溶液的质量分数浓度为0.5％；

所述第二后处理包括：对所述第二反应体系进行高速离心，得到沉淀物，再依次用去离子水、10％盐酸、无水乙醇对所述沉淀物进行离心洗涤，接着在50℃条件下对洗涤后的沉淀物进行真空干燥。

6.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述通过氢氧化钠和一氯乙酸，对氧化石墨烯进行羧基化，得到羧基化石墨烯，包括：

在冰浴条件下，将氧化石墨烯超声溶解于去离子水中，得到2mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

向所述氧化石墨烯水溶液中加入氢氧化钠和一氯乙酸，于30℃下超声12h，得到第三混合液；

对所述第三混合液12000rpm/min离心30min，得到沉淀；

通过去离子水将所述沉淀洗涤至中性，并对洗涤后的沉淀进行50℃真空干燥，得到羧基化石墨烯。

7.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在所述步骤5中，所述羧基化石墨烯分散液的溶度为0.2～1.0mg/mL。

8.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在所述步骤6中，所述反应的反应温度60℃，反应时间为24h；

所述干燥的温度为40℃；

所述超声清洗的清洗剂包括去离子水。

9.一种增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体的应用，其特征在于，将上述权利要求1所述增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体应用于污水处理中；或

将上述权利要求1所述增强型羧基化石墨烯改性聚氨酯载体应用于微生物固化中。

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