[发明专利]一种醌类化合物修饰的尼龙膜生物载体制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于环境工程、化学工程、材料工程领域，涉及一种尼龙膜载体化学手段固定醌类化合物的方法、醌基修饰的尼龙膜及其应用，具体涉及其在加速偶氮染料降解和生物反硝化中的应用。

背景技术

当今社会中，经济的发展和工业的进步使水污染问题逐渐受到人们的关注，大量含氮污水进入水体，对生态环境、人体健康造成严重危害。传统的含氮废水处理方法以物理法、化学法、生物法为主。其中，生物脱氮技术因工艺简单、价格低廉、去除率高、环境友好等特点，受到广泛的应用。但其处理速率低的问题，始终是制约其发展的瓶颈所在。针对该问题，目前研究报道较多的是通过投加氧化还原介体类物质来提高生物脱氮过程中的氧化还原速率，降低水力停留时间，从而降低运行成本。但在此基础上开发的氧化还原介体类物质（以醌类化合物为主），在直接投加污染水体提高降解速率的同时，会因连续投加产生二次污染和运行成本上升的问题。故寻求适宜的醌类化合物固定化方法，成为解决上述问题的关键所在。

Cervantes等采用吸附的方法将AQDS固定在阴离子交换树脂上，能够使偶氮染料的脱色速率提高8.8倍，但是固定的AQDS在环境温度过高或水中含有高浓度的阴离子时就会解吸下来。Li等采用吡咯电聚合-掺杂技术将水溶性蒽醌化合物AQDS固定在活性碳毡上，能够使偶氮染料和硝基芳烃生物转化速率提高2倍以上，但该方法难以规模化生产应用。公告号为CN 101862680 B的专利提供了一种将含有磺酰氯基团的蒽醌化合物固定于多孔无机填料的方法，但是该方法中由于无机填料易碎，给工业化推广应用和安全运行带来一定的隐患。吕红等采用化学的方法将AQDS共价固定在大孔聚合物上，将固定的醌化合物能够提高偶氮染料的脱色速率5倍以上；Yuan等以无机陶粒为载体，采用化学共价法将AQS固定，并考察了其对于偶氮染料厌氧生物脱色的加速作用；lv等以涤纶布为载体，采用化学共价法将AQS固定，并考察了其对于偶氮染料厌氧生物脱色的加速作用，上述三种固定方式采用三种不同载体进行醌基的化学固定，但因载体物质不存在氨基，故首先需对其进行胺化处理，在反应形成氨基的基团后再接醌，反应合成步骤较为复杂，且通过胺化反应制备的氨基在数量、成键能力和稳定性方面存在缺陷；另一方面，大孔聚合物和无机陶粒分别为块状和球状结构，在进行接醌反应时会因接触面积较小而减少醌基的量，且无机陶粒易碎，大孔聚合物使用寿命有限，在工业生产中也会带来安全隐患。

本小组在公告号CN 102060380 B的发明专利中，通过染色的方法，将分散染料修饰在涤纶布、化纤填料或醛化丝上，用于提高微生物反硝化速率，该固定方法简单，固定在涤纶布上的分散染料是通过化学染色的方法将其固定于相关载体上，但在水力冲刷和日常生产中难免会存在活性染料被剥离的现象，从而造成醌含量的下降，影响催化效率，导致产品重复利用性不高，且CN 102060380 B专利中使用载体为化工材料，生物相容性较差，不利于生物附着生长和成膜。

综上可见，选取孔隙率高，机型强度良好，生物相容性好，适于工业生产和推广的载体，以制备成键稳定、接醌量大、耐水力冲刷、催化效率高的醌类化合物固定化产品，成为本领域急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种孔结构性能优良、化学机械性能稳定、无生物毒害性、自带氨基活性基团、成键性能稳定的、表面积大的尼龙膜，对醌类化合物进行固定化，采用将醌基化合物通过化学接枝法修饰到尼龙膜表面从而应用于水污染治理中加速偶氮染料降解和生物反硝化的技术方案，解决了水溶性氧化还原介体连续投加成本高、容易造成二次污染的问题和已报道的醌类化合物固定化方法中易流失、机械强度差、成键性能不稳定和对微生物体系有毒害作用的问题。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案1是：

一种醌类化合物修饰的尼龙膜生物载体制备方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将尼龙膜于盐酸溶液中水解，清洗、干燥，备用；

（2）将经步骤（1）处理的尼龙膜放入NaOH溶液中，并向NaOH溶液中滴加溶解有醌类化合物的二甲基亚砜溶液，搅拌4-6h，得接枝有醌基的尼龙膜；

（3）将步骤（2）中接枝有醌基的尼龙膜取出、依次经二甲基亚砜和水洗涤、烘干，得醌类化合物修饰的尼龙膜。