[发明专利]纳米铁/凹土/聚乙烯醇多孔材料及其生物膜载体

说明书

 

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种纳米铁/凹土/聚乙烯醇多孔载体及制备方法。

背景技术

目前，在废水处理技术领域，固定微生物的载体主要分为无机载体和有机载体。常见的无机载体有石英砂、陶粒、焦炭、生物活性炭、膨胀硅铝酸盐等；有机载体有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。无机载体由于表面积不大，强度差和外部光滑，微生物固定量少，形成的生物膜容易脱落，固定化效果差，生物的耐冲击能力比较差，不适应于难降解有机废水的处理过程；而有机载体主要以塑料为主，虽然质轻，但是载体与微生物间的相容性较差，且价格昂贵。随着材料技术的发展，多孔载体技术备受关注，Xue Bai等人 (XueBai ,ZhengfangYe ,YanfengLi ,LiuqingYang ,YanzhiQu ,XiaozheYang.Preparationandcharacterizationofanovelmacroporousimmobilizedmicro-organismcarrier.Biochemical Engineering Journal 2010, 49,264-270.)通过在聚乙烯醇中添加海藻酸钠制备固定微生物的多孔微球；戴捷等人（戴捷，龚爱萍.聚乙烯醇-壳聚糖/活性炭多孔材料的制备及性能研究.长江大学学报（自然科学版）2009,6（3）150-153.）通过壳聚糖、活性炭为主要载体，聚乙烯醇为泡体，甲醛为交联剂制备可降解泡沫多孔材料，上述聚乙烯醇多孔载体固定微生物的能力得到明显增强，但是多孔材料固定普通微生物处理难生物降解有机废水效果不好，只有固定特异性的工程菌才能发挥作用，由于工程菌价格高昂，所以限制了多孔载体在废水处理领域的广泛应用。

 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种纳米铁/凹土/聚乙烯醇多孔材料及制备方法，以及该多孔材料用作生物膜载体。用该多孔材料作为生物膜载体增强了对微生物的亲和性和负载量，具有良好的吸附性能、化学还原性能、微生物固载能力，使多孔载体成为具有复合功能性的生物载体。

本发明的技术解决方案是：

一种纳米铁/凹土/聚乙烯醇多孔材料，由下列质量份配比的组分制备而成，FeSO₄·5H₂O0.5-1、凹土5-10、聚乙烯醇与水的混合物95-100；包括下列制备步骤：

（1）将聚乙烯醇和水混合，沸水浴下搅拌使其充分溶解，然后冷却至室温；向混合物中加入FeSO₄·5H₂O、凹土，搅拌呈泡沫状；

（2）将步骤（1）得到的泡沫状混合物采用冷冻-解冻循环的方式形成多孔材料；

（3）将步骤（2）得到的多孔材料剪切成块，置于还原溶液中反应，使材料中的Fe²⁺转化为纳米铁；

（4）再通过化学交联反应使聚乙烯醇形成稳定的交联结构，得到产品多孔材料。

所述聚乙烯醇与水的混合物的混合质量比为：聚乙烯醇8-14、水95-100。

所述纳米铁的粒径为20-100nm。

所述凹土的粒径为60-140nm。

所述冷冻-解冻循环的方式形成多孔材料，是指在-10℃以下冷冻12-24h，在室温条件下自然解冻3-4h，如此至少循环2次。

解冻后的多孔材料浸没在5-10%的NaBH₄溶液中，在室温条件下反应10-12h生成纳米铁。

所述化学交联反应，是指将转化为纳米铁后的多孔材料浸没在饱和硼酸或戊二醛溶液中，在室温条件下交联反应24-30h。

上述的多孔材料用作生物膜载体。

本发明的纳米铁/凹土/聚乙烯醇多孔材料作为固定微生物的载体，除具有良好的固定微生物的能力外，同时，凹土对废水中的大多数有机物都具有良好的吸附能力，纳米铁对难降解有机物或者对微生物有毒害作用的有机物有化学还原能力，还原的中间产物毒性得到降低，使废水的可生化性得到提高。由于本发明的多孔材料中的凹土、纳米铁具有上述功能，因此用本发明的纳米铁/凹土/聚乙烯醇多孔材料作为生物膜载体，无需固定价格高昂的工程菌，只需固定城市污水处理厂的普通活性污泥微生物即可高效发挥生物处理功能。多孔载体同时具备凹土吸附、纳米铁还原、生物降解作用，三效协同使本发明的多孔载体在废水处理领域具备优势。

综上，本发明具有以下优点：