CN115367862B - 一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备及应用 - Google Patents
一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115367862B CN115367862B CN202210800304.0A CN202210800304A CN115367862B CN 115367862 B CN115367862 B CN 115367862B CN 202210800304 A CN202210800304 A CN 202210800304A CN 115367862 B CN115367862 B CN 115367862B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sponge
- ceramic
- cyclodextrin
- carrier
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 109
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N schardinger α-dextrin Chemical group O1C(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(O)C2O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC2C(O)C(O)C1OC2CO HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims abstract description 10
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 claims abstract description 7
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 46
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 30
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 25
- 229920000858 Cyclodextrin Polymers 0.000 claims description 22
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 19
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 12
- -1 alkyl glycoside Chemical class 0.000 claims description 11
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 11
- PFKFTWBEEFSNDU-UHFFFAOYSA-N carbonyldiimidazole Chemical compound C1=CN=CN1C(=O)N1C=CN=C1 PFKFTWBEEFSNDU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 9
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 8
- CUJVBAPGYBSBHJ-YWBSARSQSA-N 2-[[(1R,3R,5R,6S,8R,10R,11S,13R,15R,16S,18R,20R,21R,23R,25R,26R,28R,30R,31R,33R,35R,36R,37R,38R,39R,40R,41R,42R,43R,44R,45R,46R,47R,48R,49R)-36,38,40,42-tetrakis(carboxymethoxy)-10,15-bis(carboxymethoxymethyl)-37,39,41,43,44,45,46,47,48,49-decahydroxy-20,25,30,35-tetrakis(hydroxymethyl)-2,4,7,9,12,14,17,19,22,24,27,29,32,34-tetradecaoxaoctacyclo[31.2.2.23,6.28,11.213,16.218,21.223,26.228,31]nonatetracontan-5-yl]methoxy]acetic acid Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H]2O[C@H]3[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@@H]3COCC(O)=O)O[C@H]3[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@@H]3COCC(O)=O)O[C@H]3[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@@H]3COCC(O)=O)O[C@@H]3[C@@H](CO)O[C@H](O[C@@H]4[C@@H](CO)O[C@H](O[C@@H]5[C@@H](CO)O[C@H](O[C@H]1[C@H](OCC(O)=O)[C@H]2O)[C@H](O)[C@H]5OCC(O)=O)[C@H](O)[C@H]4OCC(O)=O)[C@H](O)[C@H]3OCC(O)=O CUJVBAPGYBSBHJ-YWBSARSQSA-N 0.000 claims description 7
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 7
- DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N aluminum;potassium;oxygen(2-);silicon(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[K+] DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 7
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 7
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 6
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 6
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 5
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- ZJFKKPDLNLCPNP-UHFFFAOYSA-N N-hexanoyl-L-homoserine lactone Natural products CCCCCC(=O)NC1CCOC1=O ZJFKKPDLNLCPNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229930182470 glycoside Natural products 0.000 claims description 4
- JKEJEOJPJVRHMQ-UHFFFAOYSA-N N-octanoyl-L-homoserine lactone Natural products CCCCCCCC(=O)NC1CCOC1=O JKEJEOJPJVRHMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- JKEJEOJPJVRHMQ-JTQLQIEISA-N n-(2-oxotetrahydrofuran-3-yl)octanamide Chemical compound CCCCCCCC(=O)N[C@H]1CCOC1=O JKEJEOJPJVRHMQ-JTQLQIEISA-N 0.000 claims description 3
- 229940045944 sodium lauroyl glutamate Drugs 0.000 claims description 3
- IWIUXJGIDSGWDN-UQKRIMTDSA-M sodium;(2s)-2-(dodecanoylamino)pentanedioate;hydron Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCC(=O)N[C@H](C([O-])=O)CCC(O)=O IWIUXJGIDSGWDN-UQKRIMTDSA-M 0.000 claims description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 3
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 claims description 3
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QGKBSGBYSPTPKJ-UZMKXNTCSA-N 2,6-di-o-methyl-β-cyclodextrin Chemical compound COC[C@H]([C@H]([C@@H]([C@H]1OC)O)O[C@H]2O[C@@H]([C@@H](O[C@H]3O[C@H](COC)[C@H]([C@@H]([C@H]3OC)O)O[C@H]3O[C@H](COC)[C@H]([C@@H]([C@H]3OC)O)O[C@H]3O[C@H](COC)[C@H]([C@@H]([C@H]3OC)O)O[C@H]3O[C@H](COC)[C@H]([C@@H]([C@H]3OC)O)O3)[C@H](O)[C@H]2OC)COC)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](OC)[C@@H]3O[C@@H]1COC QGKBSGBYSPTPKJ-UZMKXNTCSA-N 0.000 claims description 2
- FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyliminomethylidene-ethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CCN=C=NCCCN(C)C FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MCLXOMWIZZCOCA-UHFFFAOYSA-N 3-[methoxy(dimethyl)silyl]propan-1-amine Chemical compound CO[Si](C)(C)CCCN MCLXOMWIZZCOCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001116 FEMA 4028 Substances 0.000 claims description 2
- ZJFKKPDLNLCPNP-QMMMGPOBSA-N N-[(3s)-2-Oxotetrahydrofuran-3-Yl]hexanamide Chemical compound CCCCCC(=O)N[C@H]1CCOC1=O ZJFKKPDLNLCPNP-QMMMGPOBSA-N 0.000 claims description 2
- WILLZMOKUUPJSL-CQSZACIVSA-N N-dodecanoyl-L-homoserine lactone Chemical compound CCCCCCCCCCCC(=O)N[C@@H]1CCOC1=O WILLZMOKUUPJSL-CQSZACIVSA-N 0.000 claims description 2
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- WHGYBXFWUBPSRW-FOUAGVGXSA-N beta-cyclodextrin Chemical compound OC[C@H]([C@H]([C@@H]([C@H]1O)O)O[C@H]2O[C@@H]([C@@H](O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O3)[C@H](O)[C@H]2O)CO)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]3O[C@@H]1CO WHGYBXFWUBPSRW-FOUAGVGXSA-N 0.000 claims description 2
- 235000011175 beta-cyclodextrine Nutrition 0.000 claims description 2
- 229960004853 betadex Drugs 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- ODLHGICHYURWBS-LKONHMLTSA-N trappsol cyclo Chemical compound CC(O)COC[C@H]([C@H]([C@@H]([C@H]1O)O)O[C@H]2O[C@@H]([C@@H](O[C@H]3O[C@H](COCC(C)O)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](COCC(C)O)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](COCC(C)O)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](COCC(C)O)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O3)[C@H](O)[C@H]2O)COCC(O)C)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]3O[C@@H]1COCC(C)O ODLHGICHYURWBS-LKONHMLTSA-N 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 27
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 11
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010865 sewage Substances 0.000 abstract description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000032770 biofilm formation Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 21
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000018612 quorum sensing Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 3
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- UKAUYVFTDYCKQA-UHFFFAOYSA-N -2-Amino-4-hydroxybutanoic acid Natural products OC(=O)C(N)CCO UKAUYVFTDYCKQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001550224 Apha Species 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YRYOXRMDHALAFL-UHFFFAOYSA-N OHHL Natural products CCCC(=O)CC(=O)NC1CCOC1=O YRYOXRMDHALAFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001052560 Thallis Species 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 230000023402 cell communication Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000007269 microbial metabolism Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009280 upflow anaerobic sludge blanket technology Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
- C02F3/105—Characterized by the chemical composition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
- C04B38/0615—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances the burned-out substance being a monolitic element having approximately the same dimensions as the final article, e.g. a porous polyurethane sheet or a prepreg obtained by bonding together resin particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/36—After-treatment
- C08J9/40—Impregnation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/36—After-treatment
- C08J9/40—Impregnation
- C08J9/42—Impregnation with macromolecular compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3427—Silicates other than clay, e.g. water glass
- C04B2235/3463—Alumino-silicates other than clay, e.g. mullite
- C04B2235/3472—Alkali metal alumino-silicates other than clay, e.g. spodumene, alkali feldspars such as albite or orthoclase, micas such as muscovite, zeolites such as natrolite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/349—Clays, e.g. bentonites, smectites such as montmorillonite, vermiculites or kaolines, e.g. illite, talc or sepiolite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
- C08J2375/04—Polyurethanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2401/00—Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08J2401/08—Cellulose derivatives
- C08J2401/26—Cellulose ethers
- C08J2401/28—Alkyl ethers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Abstract
本发明属于水处理领域，公开了一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备及应用。本发明在海绵陶瓷表面进行化学修饰，使得所获得的海绵陶瓷载体表面具有丰富的氨基与环糊精结构，环糊精结构可以通过超分子作用力吸收微生物信号分子；载体表面的氨基与微生物表面所带的电荷相反，有利于通过静电作用吸引微生物附着于载体表面；载体表面的环糊精结构可以缓慢释放信号分子，有利于促进载体表面生物膜的形成。所制备的亲水性陶瓷基生物挂膜材料生产操作简单,所需仪器普遍,能有效提高厌氧氨氧化等水处理工艺中生物膜的挂膜效率，且挂膜效率优于目前常规的挂膜材料，有利于提高污水总体的处理效率，能够广泛应用于生物膜法污水处理领域。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域，特别涉及一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备及应用。
背景技术
厌氧氨氧化是一种环境友好的新型生物脱氮工艺，有效解决了传统生物脱氮工艺碳源需求大和能耗成本高的问题，具有运行成本低、脱氮效率高、不造成二次污染等优点。然而，厌氧氨氧化菌自身倍增时间较长,细胞产量低，其生长及代谢状况极易受到外界环境条件的影响，对外界环境的要求十分苛刻，使得厌氧氨氧化工艺在实际应用中不得不面临启动时间长，菌种来源匮乏等问题，极大地限制了厌氧氨氧化工程应用。
微生物固定化技术的使用能够在保持微生物代谢活性的同时，提高微生物对外界环境不利因素的抗逆性能，与此同时，载体表面生物膜的形成有利于减少微生物的空间移动，减少生物质的损失，有利于微生物的增殖并进一步提高反应器的性能，在厌氧氨氧化等水处理工艺中已经得到一定程度的应用。不同的生物填料载体材质特性往往具有差异，使得在其表面形成生物膜的时间长短与性能差别较大，对反应器性能的影响也各有迥异。
现有的挂膜材料大多数由有机高分子聚合物制成，其表面过于光滑，表面电荷与微生物相同，不利于生物膜的附着，其结构大多为环状与丝状，无法有效拦截水中的微生物，且由于基体材料强度小，缺少自支撑结构，在挂膜初期易随污水大幅晃动，因此而产生水剪切力，导致挂膜失败。
群体感应又称细胞交流，是指菌体自身产生化学信号并且感知信号浓度变化从而进行微生物种间或种内信息交流的特殊调控系统。目前已经发现细菌抗生素抗性、色素的产生和生物膜的形成都受到群体感应系统的调控。已有研究表明基于酰基高丝氨酸内酯的群体感应系统能调控厌氧氨氧化生物膜的形成，其中己酰-L-高丝氨酸内酯与N-3-氧-己酰高丝氨酸内酯效果最为显著，通过促进微生物代谢与胞外聚合物的合成加速了厌氧氨氧化生物膜的形成过程。
综上，现有微生物载体存在挂膜时间长，挂膜效果差等问题，关于微生物挂膜载体的研究主要集中于改善载体的结构与形貌，未见基于群体感应原理对微生物载体表面进行信号分子修饰，提高载体表面微生物生长速度，缩短挂膜及启动时间，提高水处理效率的研究及应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备方法。本发明创新的在海绵陶瓷表面进行化学修饰，通过接枝包合酰基高丝氨酸内酯的环糊精分子层实现了微生物信号分子的缓释，能够提升微生物挂膜速率，改善生物质流失问题，同时提升出水水质。
本发明另一目的在于提供上述方法制备的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体。
本发明再一目的在于提供上述信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体在生物膜法处理废水中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚氨酯海绵化学改性得到改性海绵；
(2)将制备陶瓷的原料在球磨机内湿磨制成陶瓷浆料；
(3)将预处理后的聚氨酯海绵浸没于陶瓷浆料中，待海绵充分吸收陶瓷浆料后使用辊压法排出海绵孔隙中多余的浆料制成海绵陶瓷生胚；
(4)将海绵陶瓷生胚自然烘干后置于惰性气氛烧结炉中烧结成型，即得到海绵陶瓷基底；
(5)使用硅烷偶联剂处理海绵陶瓷基底使其表面具有氨基；
(6)将环糊精或环糊精衍生物接枝于步骤(5)所得的表面具有氨基的海绵陶瓷基底；
(7)将步骤(6)所得接枝环糊精的海绵陶瓷基底浸没于生物信号分子溶液中，获得具有表面信号分子缓释的海绵陶瓷载体。
步骤(1)中所述的化学改性具体包括以下步骤：将聚氨酯海绵浸没于氢氧化钠水溶液中4-24h，取出洗净烘干后再浸没于表面活性剂溶液中4-24小时，取出烘干，得到改性海绵。其中，所述的氢氧化钠水溶液的质量百分浓度为10％-20％；所述的表面活性剂为烷基糖苷、月桂酰谷氨酸钠、羧甲基纤维素中的至少一种，表面活性剂溶液的溶剂为水，表面活性剂溶液的质量百分浓度为1％-5％。
步骤(1)中所述的聚氨酯海绵的孔径为20PPI-50PPI，其中PPI是指一平方英寸上面孔的数量，即孔数量/平方英寸。
步骤(2)中所述的制备陶瓷的原料包括麦饭石、氧化铝、高岭土、膨润土、钾长石、流变剂(优选为羧甲基纤维素、硅溶胶、聚乙烯醇中的至少一种)、分散剂(优选为聚丙烯酰胺)等原料，优选为麦饭石70-80份、氧化铝粉8-12份、高岭土3-7份、膨润土1-3份、钾长石3-7份、添加剂1-2份；更优选为麦饭石粉75份、氧化铝粉10.5份、高岭土粉7份、膨润土粉2.5份、钾长石粉5份、羧甲基纤维素0.5份、聚丙烯酰胺0.5份，上述份数均为质量份。
步骤(2)中所得陶瓷浆料的含固率为60％-65％。
步骤(2)中所得陶瓷浆料的pH取决于步骤(1)中表面活性剂的种类，选用烷基糖苷时陶瓷浆料的pH＝4，选用其他表面活性剂时陶瓷浆料的pH控制在6-10之间。
步骤(4)中所述的烧结成型是指在1000℃-1200℃烧结而成；优选的，所述的烧结是指置于氮气气氛中烧结，升温模式为：1-5℃/min由室温升温至200℃，1-2℃/min由200℃升温至400℃，3-8℃/min由400℃升温至1150℃，1150℃保温2小时，烧结成形后即得到海绵陶瓷基底。
步骤(5)中所述的使用硅烷偶联剂处理海绵陶瓷基底具体包括以下步骤：将海绵陶瓷基底浸没到硅烷偶联剂的溶液中，室温下反应1-3h后取出洗净烘干，即得表面具有氨基的海绵陶瓷基底。其中硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、3-氨基丙基二甲基甲氧基硅烷中的至少一种，硅烷偶联剂的溶液中溶剂为醇和水的混合物，其中醇为乙醇、甲醇中的至少一种，醇水比例(体积比)为6:1-8:1；硅烷偶联剂的溶液中硅烷偶联剂的体积百分浓度为10％-30％。
步骤(6)中具体包括以下步骤：将表面具有氨基的海绵陶瓷基底浸没于0.5-5g/L环糊精或环糊精衍生物的水溶液中，并加入EDC[1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐]与NHS(N-羟基丁二酰亚胺)行反应，反应液中EDC的浓度为0.5-25g/L,NHS的浓度为0.5-15g/L,反应3-5小时后清洗并烘干；或者将环糊精或环糊精衍生物溶于DMF(二甲基甲酰胺)中配成体积摩尔浓度为0.05-0.1mol/L的溶液A，再将CDI(N,N-碳酰二咪唑)溶于DMF配制成体摩尔浓度为0.15-0.5mol/L的溶液B，将等体积的溶液A和溶液B混合反应2-4h后再将表面具有氨基的海绵陶瓷基底浸没于其中，反应3-5小时后清洗并烘干；其中环糊精或环糊精衍生物为β-环糊精、羧甲基β-环糊精、2,6-二-O-甲基-β-环糊精、2-羟丙基-β-环糊精中的至少一种；
优选的，当使用EDC与NHS作为活化剂，EDC的使用量(质量)为环糊精或环糊精衍生物的1-5倍，NHS的使用量(质量)为环糊精或环糊精衍生物的1-3倍；环糊精或环糊精衍生物的溶液的浓度为0.5-5g/L，溶液的溶剂为水；
优选的，当使用DMF作为溶剂、CDI作为活化剂，CDI的使用量(物质的量)为环糊精或环糊精衍生物的3-5倍，DMF作为溶剂使用，溶液A中环糊精或环糊精衍生物的浓度为0.05-0.1mol/L。
步骤(7)中所述的生物信号分子溶液是指浓度为10-100mg/L的酰基高丝氨酸内酯的溶液，酰基高丝氨酸内酯为N-3-氧-己酰高丝氨酸内酯、N-己酰基-L-高丝氨酸内酯、N-辛酰基-L-高丝氨酸内酯、N-十二烷酰-L-高丝氨酸内酯中的至少一种，溶剂为甲醇或体积比为1：1的水/二甲基亚砜溶液；浸没时间为2-3h；浸没后捞出烘干得到具有表面信号分子缓释能力的海绵陶瓷载体，即信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体。
一种由上述方法制备得到的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体。所述的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体包括海绵陶瓷基底，以及所述海绵陶瓷基底表面接枝的生物信号分子层。
上述的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体在生物膜法处理废水中的应用。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明提供了一种以海绵陶瓷为基底，表面包覆微生物信号分子缓释层的生物挂膜载体，所述海绵陶瓷为微生物生长提供立体空间，有效提高单位载体体积附着的微生物量，有利于提升污水处理负荷并截留生长缓慢的功能微生物；化学改性通过活化载体表面的羟基，使羟基与硅烷偶联剂反应在载体表面引入氨基，以便后续与环糊精及环糊精衍生物通过化学反应形成化学键，最终通过化学改性，使得所获得的海绵陶瓷载体表面具有丰富的氨基与环糊精结构，环糊精结构可以通过超分子作用力包合微生物信号分子；载体表面的氨基与微生物表面所带的电荷相反，有利于通过静电作用吸引微生物附着于载体表面；载体表面的环糊精结构可以缓慢释放信号分子，有利于促进载体表面生物膜的形成。
附图说明
图1为实施例1海绵陶瓷基底的制作过程。
图2为实施例1海绵陶瓷表面改性的过程。
图3为实施例1、实施例2、实施例3制备的生物挂膜载体挂膜前后的对比图。
图4为实施例1、对比例1、对比例2作为载体时出水氮去除负荷图。
图5为实施例1、对比例1、对比例2作为载体时出水氮去除率图。
图6为实施例1、对比例1、对比例2作为载体时载体挂膜量图。
图7为实施例1作为载体时挂膜前后的电镜图。
图8为实施例1不同化学改性步骤所得载体的红外光谱图，其中a为未改性的海绵陶瓷，b为接枝KH550后的海绵陶瓷，c为接枝环糊精后的海绵陶瓷，d为固定信号分子后的海绵陶瓷。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
实施例1
改性海绵陶瓷生产方法，包括如下步骤：
S100、将原料麦饭石粉75g、氧化铝粉10.5g、高岭土粉7g、膨润土粉2.5g、钾长石粉5g、羧甲基纤维素0.5g、聚丙烯酰胺0.5g在球磨机内湿磨配制为含固量为60％的陶瓷浆料，并调节pH为4。
S200、将孔隙率为20PPI的聚氨酯海绵浸没于质量百分浓度为的10％氢氧化钠水溶液中4小时，取出洗净烘干后再浸没于质量百分浓度为5％的烷基糖苷溶液中5小时，取出烘干。
S300、将S200所得海绵浸没于S100所得陶瓷浆料中，待海绵充分吸收陶瓷浆料后使用辊压法排出海绵孔隙中多余的浆料制成海绵陶瓷生胚，室温烘干48小时后，置于氮气气氛中烧结，1℃/min由室温升温至200℃，1℃/min由200℃升温至400℃，3℃/min由400℃升温至1150℃，1150℃保温2小时，烧结成形后即得到海绵陶瓷基底。
S400、将S300所得的生物载体浸入预先配好的KH550醇水溶液(乙醇，KH550，水的体积比例为7:2:1)中浸没，室温反应1小时后取出用无水乙醇洗净，60℃烘干。
S500、将S400所得的生物载体浸没于羧甲基β-环糊精溶液(羧甲基β-环糊精溶液的浓度为0.5g/L)中，并添加适量的EDC与NHS，使羧甲基β-环糊精，EDC，NHS的质量比为1:1:1，反应5小时后用去离子水冲洗3次后烘干，并置于10mg/L的N-己酰基-L-高丝氨酸内酯甲醇溶液(即将10mg的N-己酰基-L-高丝氨酸内酯溶解于1L甲醇)中浸没3小时后捞出烘干，得到所述接枝生物信号分子海绵陶瓷基生物挂膜载体。
实施例2
改性海绵陶瓷生产方法，包括如下步骤
S100、将原料麦饭石粉80g、氧化铝粉8g、高岭土粉4g、膨润土粉2.5g、钾长石粉5g、硅溶胶0.5g、聚丙烯酰胺0.5g配制为含固量为62％的陶瓷浆料，并调节pH为8。
S200、将孔隙为40PPI的聚氨酯海绵浸没于质量百分浓度为12％氢氧化钠溶液中4小时，取出洗净烘干后再浸没于质量百分浓度为1％羧甲基纤维素溶液中5小时，取出烘干。
S300、将S200所得海绵浸没于S100所得陶瓷浆料中，待海绵充分吸收陶瓷浆料后使用辊压法排出海绵孔隙中多余的浆料制成海绵陶瓷生胚，室温烘干48小时后，置于氮气气氛中烧结，升温模式为：3℃/min由室温升温至200℃，2℃/min由200℃升温至400℃，5℃/min由400℃升温至1150℃，1150℃保温2小时，烧结成形后即得到海绵陶瓷基底。
S400、将S300所得的生物载体浸入预先配好的KH550醇水溶液(乙醇，KH550，水的体积比例为7.5:1.5:1)中浸没，室温反应1小时后取出用乙醇洗净，60℃烘干。
S500、将适量环糊精配置成0.1mol/L的环糊精DMF溶液A液，并配置0.3mol/L的CDI的DMF溶液B液，室温条件下将B液逐滴加入等体积的A液中缓慢反应2h后得到C液，将S400所得的生物载体浸没于C液中，反应5小时后用DMF冲洗3次后烘干，并置于50mg/L的N-3-氧-己酰高丝氨酸内酯溶液(溶剂为1：1的水/二甲基亚砜溶液)中浸没3小时后捞出烘干，得到所述接枝生物信号分子海绵陶瓷基生物挂膜载体。
实施例3
改性海绵陶瓷生产方法，包括如下步骤：
S100、将原料麦饭石粉80g、氧化铝粉7g、高岭土粉5g、膨润土粉2.5g、钾长石粉5g、聚乙烯醇0.5g、聚丙烯酰胺0.5g配制为含固量为65％的陶瓷浆料，并调节pH为6。
S200、将孔隙为50PPI的聚氨酯海绵浸没于质量体积浓度为20％氢氧化钠溶液中4小时，取出洗净烘干后再浸没于质量体积浓度为5％月桂酰谷氨酸钠水溶液中5小时，取出烘干。
S300、将S200所得海绵浸没于S100所得陶瓷浆料中，待海绵充分吸收陶瓷浆料后使用辊压法排出海绵孔隙中多余的浆料制成海绵陶瓷生胚，室温烘干48小时后，置于氮气气氛中烧结，升温模式为：5℃/min由室温升温至200℃，2℃/min由200℃升温至400℃，8℃/min由400℃升温至1150℃，1150℃保温2小时，烧结成形后即得到海绵陶瓷基底。
S400、将S300所得的生物载体浸入预先配好的3-氨基丙基二甲基甲氧基硅烷醇水溶液中浸没(甲醇，硅烷偶联剂，水的体积比例6:3:1)，室温反应1小时后取出用甲醇洗净，60℃烘干。
S500、将S400所得的生物载体浸没于3g/L的羧甲基β-环糊精水溶液中，并添加适量的EDC与NHS，使羧甲基β-环糊精、EDC以及NHS质量比为1:3:2，反应5小时后用去离子水冲洗3次后烘干，并置于100mg/L的N-辛酰基-L-高丝氨酸内酯甲醇溶液中浸没3小时后捞出烘干，得到所述接枝生物信号分子海绵陶瓷基生物挂膜载体。
对比例1
反应器内不添加微生物挂膜填料，其它条件相同。
对比例2
市售生物挂膜材料，厂家为威亚环保，型号为K3，形状为蜂窝状轻质HDPE(高密度聚乙烯)载体，为市面主流生物挂膜载体，具有稳定的微生物挂膜能力，其它条件相同。
准备3个规格相同的UASB反应器，将实施例1及对比例2共2种载体分别放置于1-2号反应器，3号反应器中不添加任何载体，对应对比例1。采用等量的厌氧氨氧化种泥接种反应器后在相同进水条件下运行。每日定时监测载体的挂膜情况并检测出水各项指标，检测方法参考APHA美国水和废水的标准检测方法。当氮去除负荷达到1.4(kg-N·d-1·m3)视为反应器启动成功。试验进水采用模拟废水，主成分NH4Cl和NaNO2的浓度随时间变化，第0-9天主成分NH4Cl和NaNO2浓度分别为383.5mg/L、494.8mg/L，第10-19天NH4Cl和NaNO2浓度分别为460.2mg/L、591.4mg/L。其他组分如下:KH2PO4为32mg/L，MgSO4为310mg/L，CaCl2为80mg/L，NaHCO3为500mg/L，微量元素液Ⅰ、Ⅱ用量为1mL/L。其中，微量元素液Ⅰ由EDTA、FeSO4配制，浓度均为5g/L；微量元素液Ⅱ由EDTA、H3BO4、MnCl2·4H2O、CuSO4·5H2O、ZnSO4·7H2O、NiCl2·6H2O、NaSeO3、NaMoO4·2H2O组成，浓度分别为15、0.015、1.05、0.2、0.46、0.16、0.98、0.26g/L。
出水氮去除负荷如图4所示，出水氮去除率如图5所示，载体挂膜量如图6所示。由图4、图5、图6中数据可知，使用本发明制备的微生物挂膜载体，相比于不使用挂膜载体以及使用市售挂膜材料，挂膜时间明显缩短，对污水中总氮的去除率明显提高，具有广阔的应用前景。
图3中(a)、(c)、(e)为实施例1、实施例2、实施例3挂膜前的微生物载体，图3中(b)、(d)、(f)为实施例1、实施例2、实施例3挂膜后使用清水冲洗3次的微生物载体。
图7中(a)为实施例1挂膜前的微生物载体电镜图，图7中(b)为实施例1挂膜10天后使用清水冲洗3次的微生物载体电镜图。
由图3以及图7可知本发明制备的微生物挂膜载体挂膜量大，生物膜稳定性高，具有较高的微生物附着量，能为生长速率较慢的微生物提供优良的生长空间。
图8为实施例1不同化学改性步骤所得载体的红外光谱图，其中a为未改性的海绵陶瓷，b为接枝KH550后的海绵陶瓷，c为接枝环糊精后的海绵陶瓷，d为固定信号分子后的海绵陶瓷。从图8中可以看出，成功制备了信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将聚氨酯海绵化学改性得到改性海绵；
（2）将制备陶瓷的原料在球磨机内湿磨制成陶瓷浆料；
（3）将预处理后的聚氨酯海绵浸没于陶瓷浆料中，待海绵充分吸收陶瓷浆料后使用辊压法排出海绵孔隙中多余的浆料制成海绵陶瓷生胚；
（4）将海绵陶瓷生胚自然烘干后置于惰性气氛烧结炉中烧结成型，即得到海绵陶瓷基底；
（5）使用硅烷偶联剂处理海绵陶瓷基底使其表面具有氨基；
（6）将环糊精或环糊精衍生物接枝于步骤（5）所得的表面具有氨基的海绵陶瓷基底；
（7）将步骤（6）所得接枝环糊精或环糊精衍生物的海绵陶瓷基底浸没于生物信号分子溶液中，获得信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体；
步骤（6）中具体包括以下步骤：将表面具有氨基的海绵陶瓷基底浸没于环糊精或环糊精衍生物的溶液中，并加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基丁二酰亚胺进行反应，反应3-5小时后清洗并烘干；或者将环糊精或环糊精衍生物溶于二甲基甲酰胺中配成溶液A，再将N,N-碳酰二咪唑溶于二甲基甲酰胺配制成溶液B，将等体积的溶液A和溶液B混合反应2-4h后再将表面具有氨基的海绵陶瓷基底浸没于其中，反应3-5小时后清洗并烘干；
其中环糊精或环糊精衍生物为β-环糊精、羧甲基β-环糊精、2,6-二-O-甲基-β-环糊精、2-羟丙基-β-环糊精中的至少一种；
步骤（1）中所述的化学改性具体包括以下步骤：将聚氨酯海绵浸没于氢氧化钠水溶液中4-24h，取出洗净烘干后再浸没于表面活性剂溶液中4-24小时，取出烘干，得到改性海绵；
其中，所述的表面活性剂为烷基糖苷、月桂酰谷氨酸钠、羧甲基纤维素中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备方法，其特征在于：
步骤（1）中所述的聚氨酯海绵的孔径为20PPI-50PPI，其中PPI是指一平方英寸上面孔的数量，即孔数量/平方英寸。
3.根据权利要求1所述的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备方法，其特征在于：
步骤（2）中所述的制备陶瓷的原料包括麦饭石、氧化铝、高岭土、膨润土、钾长石和添加剂；其中添加剂为分散剂、流变剂中的至少一种；
步骤（2）中所得陶瓷浆料的含固率为60%-65%。
4.根据权利要求1所述的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备方法，其特征在于：
步骤（4）中所述的烧结成型是指在1000℃-1200℃烧结而成。
5.根据权利要求4所述的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备方法，其特征在于：
步骤（4）中所述的烧结是指置于氮气气氛中烧结，升温模式为：1-5℃/min由室温升温至200℃， 1-2℃/min由200℃升温至400℃，3-8℃/min由400℃升温至1150℃，1150℃保温2小时，烧结成形后即得到海绵陶瓷基底。
6.根据权利要求1所述的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备方法，其特征在于：
步骤（5）中所述的使用硅烷偶联剂处理海绵陶瓷基底具体包括以下步骤：将海绵陶瓷基底浸没到硅烷偶联剂的溶液中，室温下反应1-3h后取出洗净烘干，即得表面具有氨基的海绵陶瓷基底；
所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基二甲基甲氧基硅烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备方法，其特征在于：
步骤（7）中所述的生物信号分子溶液是指浓度为10-100mg/L的酰基高丝氨酸内酯的溶液，酰基高丝氨酸内酯为N-3-氧-己酰高丝氨酸内酯、N-己酰基-L-高丝氨酸内酯、N-辛酰基-L-高丝氨酸内酯、N-十二烷酰-L-高丝氨酸内酯中的至少一种；浸没时间为2-3h；浸没后捞出烘干得信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体。
9.根据权利要求8所述的信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体在生物膜法处理废水中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210800304.0A CN115367862B (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210800304.0A CN115367862B (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115367862A CN115367862A (zh) | 2022-11-22 |
| CN115367862B true CN115367862B (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=84062094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210800304.0A Active CN115367862B (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115367862B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116903155B (zh) * | 2023-09-13 | 2023-11-28 | 上海同济工程咨询有限公司 | 一种水质改良剂及其制备方法、水体养护方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102173857A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-09-07 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | 一种莫来石网孔泡沫陶瓷过滤器的制备方法 |
| JP2014138923A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Toshiba Corp | 汚染物質除去剤及びその製造方法、並びにこれを用いた汚染物質除去構造体、汚染物質除去方法、汚染物質除去装置 |
| CN110051852A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-07-26 | 中国林业科学研究院木材工业研究所 | 一种高包封性能木质素纳米球及其制备方法及用途 |
| CN111646640A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-11 | 河海大学 | 一种人工水草及其应用 |
-
2022
- 2022-07-08 CN CN202210800304.0A patent/CN115367862B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102173857A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-09-07 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | 一种莫来石网孔泡沫陶瓷过滤器的制备方法 |
| JP2014138923A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Toshiba Corp | 汚染物質除去剤及びその製造方法、並びにこれを用いた汚染物質除去構造体、汚染物質除去方法、汚染物質除去装置 |
| CN110051852A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-07-26 | 中国林业科学研究院木材工业研究所 | 一种高包封性能木质素纳米球及其制备方法及用途 |
| CN111646640A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-11 | 河海大学 | 一种人工水草及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115367862A (zh) | 2022-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Immobilization of activated sludge using improved polyvinyl alcohol (PVA) gel | |
| CN102040281B (zh) | 一种脱氮颗粒污泥的培养方法 | |
| CN115367862B (zh) | 一种信号分子修饰的海绵陶瓷基生物挂膜载体的制备及应用 | |
| CN109095623B (zh) | 一种提高好氧硝化菌及亚硝化菌培养密度的微载体及其制备方法 | |
| CN108892235B (zh) | 一种用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法 | |
| CN113754051A (zh) | 一种生物脱氮缓释碳源复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113522047B (zh) | 一种d-氨基酸化学接枝改性水处理超滤膜及其制备方法 | |
| CN113480002A (zh) | 一种反硝化脱氮生物填料及其制备方法和应用 | |
| CN111333200A (zh) | 一种包埋固定化微生物颗粒、制备方法及污水处理方法 | |
| CN111423051A (zh) | 一种短程反硝化耦合厌氧氨氧化的复合颗粒及其制备方法和应用 | |
| CN109607761B (zh) | 一种电气石/聚氨酯复合填料及制备方法 | |
| CN112744916B (zh) | 同步硝化反硝化生物载体耦合系统处理受污染水体的方法 | |
| CN110317801A (zh) | 一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球及其制备方法和应用 | |
| CN113697950A (zh) | 一种用于生物脱氮的硫自养反硝化基质及其应用方法 | |
| CN117645930A (zh) | 产红青霉菌在制备脲醛塑料降解生物制剂中的应用 | |
| CN112225309A (zh) | 一种污水处理用聚氨酯/陶瓷复合生物填料及制备方法 | |
| CN104651341B (zh) | 一种利用米糠进行生物酶固定的方法 | |
| CN114804351B (zh) | 一种具备兼养反硝化功能的缺氧悬浮载体及其制备方法 | |
| CN114438069B (zh) | 一种培养硝化细菌的双微载体及其制备方法和应用 | |
| CN113663537B (zh) | 一种污水处理用细菌生物膜及其制备方法 | |
| CN114873741A (zh) | 一种脱氮缓释碳源材料及其制备方法和应用 | |
| CN112852007B (zh) | 乙二胺接枝氧化石墨烯改性聚氨酯载体的制备方法和应用 | |
| CN109234265B (zh) | 一种提高硝化细菌培养密度的微载体及其制备方法 | |
| CN112939355A (zh) | 一种具备脱氮除磷功能的人工填料及其制备方法 | |
| CN111573831A (zh) | 一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |