[发明专利]用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法

说明书

本发明提供了用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法。主要步骤如下：(1)首先通过碱法水解制革废弃皮边角料提取明胶，然后利用甲基丙烯酸酐对其进行改性制得分子链上具有碳碳双键的改性明胶；(2)以步骤(1)的改性明胶为原料，通过冷冻‑紫外辐照聚合法制得天然生物膜载体。本发明提供的方法具有工艺简单，高度经济，环境友好的优点。且本方法制备的生物膜载体是以天然生物质为原料制备的多孔材料，可避免合成高分子生物膜载体所引起的微塑料污染问题；其结构中含有可促进微生物黏附的精氨酸―甘氨酸―天冬氨酸(RGD)序列，这使其作为生物膜载体具有独特的优势，有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及表面活性剂废水处理和天然生物膜载体制备技术领域，具体为用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法。

背景技术

表面活性剂作为一种工业助剂广泛应用于国民经济的各个行业中，但同时产生的表面活性剂废水也带来了生态环境问题。在我国表面活性剂被列为第二类污染物质，且根据我国城镇污水处理厂排放标准，其最高排放标准为5 mg/L。因此在表面活性剂废水排放到自然环境中前，必须对其进行有效的处理。生物膜法是表面活性剂废水处理的主要方法之一，其核心是能够为微生物提供黏附、生长繁殖场所的载体。

目前，用于废水处理的生物膜载体根据性质可以分为无机材料类和有机合成高分子材料类。无机材料类主要包含沸石、陶粒、焦炭、活性炭、膨胀硅铝酸盐等，是最早使用的生物膜载体，具有良好的化学稳定性和机械稳定性，但其存在比表面积小和孔隙率低等问题。有机合成高分子材料类主要包含聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等，是当前应用最普遍的生物膜载体，具有良好的机械稳定性，但存在不易降解、亲水性差、生物相容性差、不易于微生物在其表面黏附和生长成膜等问题。而且，有研究表明废弃后的聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等塑料经过机械磨损后产生的塑料碎片容易带来微塑料污染问题。近年来，“限塑令”的颁布使得研究开发出具有良好生物相容性、易于微生物黏附和生长繁殖、废弃后在环境中能完全降解的天然生物膜载体具有重要的意义。

明胶是制革产业和肉食加工业的副产物，是当前应用最广泛的生物质材料之一，具有来源广泛、无生物毒性、可生物降解性等特点。有研究表明明胶分子链中含有大量可以介导水体微生物在其材料表面黏附的RGD多肽序列。且明胶本身和其降解产物可以作为微生物生长繁殖的碳源和氮源。鉴于此，将明胶制备成天然生物膜载体用于表面活性剂废水的处理具有良好的应用前景。

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决塑料生物膜载体废弃后在环境中难降解及其产生的微塑料污染问题，提供用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法。本发明中，我们以废弃皮边角料中提取的明胶为原料，采用操作简单和环境友好的冷冻-紫外辐照聚合法制备了天然生物膜载体。本方法制备的天然生物膜载体具有连通的大孔结构，且其结构中含有可促进微生物黏附的RGD序列，有利于微生物在其表面的负载。据文献调研，本申请发明的用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法目前并未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法。本发明方法具有操作简单、高度经济性和环境友好性等优点，且以其制备的天然生物膜载体具有可生物降解性，可解决现有合成高分子生物膜载体所存在的微塑料污染问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

（1）采用碱法水解从制革废弃皮边角料中提取明胶；

（2）取一定量的明胶溶于磷酸盐缓冲溶液（pH=7.5），配置成浓度为4.0% ~6.0% w/v的溶液，然后向其中加入甲基丙烯酸酐，明胶与甲基丙烯酸酐质量比为1：（0.04~0.12），反应温度为40~60 ℃，反应时间为3~5 h；反应结束后加入适量磷酸盐缓冲液进行稀释以终止反应；将反应产物放入透析袋中于40 ℃恒温培养箱中透析3~5 d后冷冻干燥，得到含有碳碳双键（C=C）的甲基丙烯酰化改性明胶；