[发明专利]一种聚丙烯生物填料的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明属于城镇污水处理工艺改进技术领域，具体涉及一种用于污水处理的移动床生物膜反应器悬浮生物填料的表面改性强化脱氮技术领域。进一步地说，是涉及是聚丙烯生物填料的表面改性方法。 

背景技术

移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR)是介于活性污泥法和固定生物膜法之间的高效新型反应器。它是在生物接触氧化和生物流化床的基础上，由挪威KaldnesMijecptekn公司与SINTEF研究机构联合开发的一种高效生物膜处理装置。反应器的核心是载体，其他关键组成包括出水装置、反应器池体和曝气系统或搅拌系统。它的原理是：生物填料在水流和(或)气流以及机械搅拌作用下在水中自由运动，微生物在填料上附着生长形成生物膜，通过异养和自养作用利用水中的C、N、P等进行新陈代谢，从而在污水经过反应器时起到净化作用。 

目前移动床生物膜反应器常用的生物填料多为表面疏水性的高分子聚合材料。其常见的形状为柱状、方块、颗粒、球状等，材料如聚丙烯、聚乙烯、聚氨醋、橡胶等。由于填料表面强烈疏水(接触角接近90°)，而微生物作为亲水相存在，故微生物很难在短时间附着在填料表面，造成现有填料挂膜周期长，生物膜易脱落的现象。 

因此，需要对这种高分子聚合材料的填料表面进行改性。目前报道的高分子聚合填料的表面亲水化改性方法主要有：(1)化学接枝改性法：指通过化学方法发生聚合或交联，形成聚合物网络，在膜表面引人亲水性基团如羟基、羧基、磺酸基等来改善膜的亲水性的方法。此改性方法的特点是利用化学键在膜 表面或内部键合上接枝物质。袁晓燕等(高分子多孔膜的表面改性与抗污染研究[J]化学工业与工程，2003，20(2)：95-99.)用羟基化预处理、铈盐引发对聚砜膜和聚丙烯腈膜进行表面接枝丙烯酰胺的改性，并对改性后的膜性能进行了测试，结果表明，预处理和接枝丙烯酞胺后的聚矾和聚丙烯腈膜的亲水性得到了改善，抗污染能力得到了进一步的提高。陈炜等人(聚偏氟乙烯微孔膜的改性和应用研究进展[J]功能材料，2003，34(1)：13-14.)在存在相转移催化剂的条件下，采用KOH/KMnO₄体系脱去聚偏氟乙烯微孔膜表面的HF(氟化氢)形成双键和三键，再经酸性还原环境中的亲核反应，在膜表面形成大量羟基，进而引入一些更大的亲水性基团或侧链，使膜表面形成稳定的亲水层。黄征青(聚丙烯中空纤维膜亲水化的研究[J]膜科学与技术，2000，20(6)：33-35.)使用质量分数为75％的乙醇和1％H₂SO₄的混合溶液作为亲水化试剂，通过加压法能得到透水量大的聚丙烯亲水化的膜。董春华等人(接枝丙烯酸亲水化改性聚砜超滤膜及其在多肽分离中的应用[J]化工学报，2007，58(6)：1501-1506.)将丙烯酸、磷酸和四氯化锡按不同比例配制，并置于恒温水浴(30～50e)中保温至反应温度，再将处理好的膜片放入其中反应3～60min，来对膜表面进行亲水化改性，改性膜的红外检测表明羧基已成功接枝于膜表面，扫描电镜分析证明膜骨架和膜面均未受损，但膜孔有所减少。 

当KOH质量分数、反应温度或反应时间超过一定值时，膜面发黑，说明长时间和高浓度碱处理会使膜表面炭化，从而破坏膜的部分结构和功能。目前已报道文献中，更多技术关注在改性后膜表面的亲水性效果，而少有关注改性可能对膜结构的破坏，以及改性溶液的稳定性和生物利用性。 

(2)等离子体改性法：其原理是利用离子体中富集的各种活性粒子，如离子、电子、自由基、激发态原子或分子等轰击高分子材料的表面，使表面形成活性自由基，利用活性自由基引发功能性单体使之在表面聚合或接枝到表面。利用等离子体处理疏水性较强的膜材料，可以提高膜表面的能量，同时也可方便地使膜表面带上羧基、羟基等极性基团，以增强膜表面的极性而对材料本体 损伤较小。 

(3)高能辐照接枝改性：辐照激发是在辐射能的作用下使膜的结构发生变化，分子键断裂，产生一些亲水性基团，如羧基、乙烯基等。这些亲水性基团的增加使膜表面的亲水性基团增多，通量增大，但截留率和膜的强度略有下降。 

(4)表面活性剂改性技术：表面活性剂改性方法是应用“双亲”性表面活性剂，将亲油基与疏水性有机材料相联，将亲水基暴露在表面，使材料的表面显示出亲水性。这种改性技术的关键在于表面活性剂的选择，通常可根据各种疏水性有机高分子材料的性质及污染介质来确定所用的表面活性剂。 

发明内容：