[发明专利]改性聚氨酯海绵填料、及其制备方法和用途

说明书

本发明属于废气生物处理技术领域，具体公开了一种改性聚氨酯海绵填料、及其制备方法和用途。本发明采用孔隙率和比表面积较大的聚氨酯海绵作为主体，首先在高锰酸钾硫酸溶液中浸泡腐蚀使填料表面粗糙度显著提高；然后将粉末活性炭负载到填料表面，增大比表面积并对污染物具有一定吸附能力；而后在三氯化铁壳聚糖溶液中浸泡使填料表面具有正电荷，改性的聚氨酯海绵和带有相反电荷的细菌因为静电相互作用而吸引，促进微生物附着挂膜；经过洗涤干燥后得到改性聚氨酯海绵填料。本发明制备的改性聚氨酯海绵填料对废气和细菌均具备较强吸附性，在保证处理效率的同时，解决了现有的废气生物处理中传质速率低、挂膜时间长等问题，提高了废气处理效果。

技术领域

本发明涉及废气生物处理技术领域，具体涉及改性聚氨酯海绵填料、及其制备方法和用途。

技术背景

有机废气的净化处理是大气污染控制的一个重要方面，最近30年来，随着我国经济的迅速发展，从有机化工、石油化工、冶金药剂、煤化工以及橡胶再生、油漆涂料等工业过程排放到大气中的挥发性有机化合物(VOCs)数量和种类与日俱增，工业源VOCs已经成为灰霾天气形成的重要原因。

在VOCs多种治理方式中，生物法处理有机废气是近年来逐渐发展起来的污染控制技术，已成为中低浓度废气处理的主流技术之一，利用生物滴滤塔进行生物法废气净化是目前大气污染控制领域的研究热点，主要通过附着生长在填料上的微生物的新陈代谢过程，把污染物降解为CO₂、水和无机盐等物质，并利用废气作为营养或能源生成新的微生物细胞质，形成稳定平衡的微生态环境。相比于吸收法、吸附法、催化燃烧法、中和法和氧化法等传统物化法，生物法具有效果好、操作稳定、运行费用低、无二次污染等优势，特别适合处理大流量、低浓度废气，已越来越受人们的关注。

生物滴滤塔废气处理系统中，填料对于生物滴滤塔中生物膜的形成非常重要，因为它提供了微生物可以在其上栖息、生长、繁殖的场所，并且其吸附作用还确保了气态污染物与微生物之间的接触。其中，聚氨酯海绵填料与其他同类材料相比，能够在保持足够的菌体数量的同时实现与水良好的分离，比表面积较高，内部有功细菌附着生长的良好空间，孔隙率97％以上，同时由于其易于获取，成本低，回弹力强等优势而被广泛使用。然而，聚氨酯海绵的表面由于其氧化膜和光滑性，微生物与聚氨酯海绵的吸附力较弱，微生物在喷淋液的冲刷作用下易流失，生物量积累速率慢，不利于生物膜的形成，限制了生物滴滤塔的应用和性能。本发明旨在提供一种改性聚氨酯海绵填料，以加强生物滴滤塔处理废气的性能。

中国专利文献CN202010353688.7公开了一种发泡海绵填料及其制备方法，在聚氨酯预聚体反应液中加入植物纤维分散相，再将混合物加入密炼机中密炼后于开炼、造粒，造粒后混合物进行发泡及定型，该发明实现对聚氨酯海绵填料的密度和表面粗糙度的控制，虽然在一定程度上易于微生物的附着和生长，但该方案存在以下缺点：聚氨酯海绵填料与微生物之间仍是直接接触，吸附力弱，其固定化微生物细胞容易脱落，导致聚氨酯海绵填料上生物量积累速率慢，挂膜时间长，导致处理废气的传质速率低，废气处理效果不佳。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供改性聚氨酯海绵填料、及其制备方法和用途，对微生物的吸附效果好，有利于微生物附着挂膜，可提高废气处理效果。

本发明人发现，活性炭由于其内部结构疏松多孔，比表面积大，且有静电引力，将其包覆于聚氨酯海绵填料表面可增大对微生物的吸附量及吸附力，通过对聚氨酯海绵进行金属阳离子电荷改性，能够与细菌表面带负电的相关基团发生强烈的静电相互作用，促进微生物的附着挂膜；聚氨酯海绵为泡沫密度低于18 kg/m³的低密度PU，孔隙率在97％以上，由于孔隙多且深，活性炭粉末不易于深入聚氨酯海绵内部的孔隙，以及由于工艺等原因，活性炭可能出现未能完全包覆聚氨酯海绵外表面的情况，而金属阳离子受孔隙孔径大小及深度的限制小，可弥补活性炭未覆盖的聚氨酯海绵与微生物的吸附位点，两者结合有效增强了填料对微生物的吸附容量及吸附力，从而缩短了微生物到填料表面的定殖成膜时间，提高了废气处理效率，基于此，完成了本申请的创造。