[发明专利]人工水草

摘要

本发明公开了一种人工水草，水草载体两面四角处均匀分布多个浮子，草体纤维均匀布置在水草载体的表面；草体纤维由分层多孔PAN类活性碳纤维和附载氮掺杂TiO2催化材料的分层多孔PAN类活性碳纤维组成；活性碳纤维具有很大的比表面积，能吸附和截留水中溶解态和悬浮态污染物，同时具有高度的生物亲和性，易于微生物附着、挂膜；氮掺杂TiO2催化材料具有良好的可见光活性，可在自然光催化下将水体中的大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，利于附着在草体表面的微生物降解；基底内填充羧甲基纤维素聚合物，含有大量羧基、羟甲基等基团的胶体，对重金属离子具有一定的吸附能力，能有效去除水体中的重金属离子。

主权项

一种人工水草，其特征在于：包括水草载体、浮子、草体纤维、固定水草载体的基底；水草载体两面四角处均匀分布多个浮子，草体纤维均匀布置在水草载体的表面；所述草体纤维由分层多孔PAN类活性碳纤维和附载氮掺杂TiO2催化材料的分层多孔PAN类活性碳纤维组合制成；所述基底内填充羧甲基纤维素聚合物；所述基底上表面设有多个勾环固定部，所述水草载体的下端设置有相配合的勾环，水草载体的下端通过勾环与基底相连；所述分层多孔PAN类活性碳纤维的制备方法如下：步骤(1)将N,N‑二甲基甲酰胺和二氧化硅/N,N‑二甲基甲酰胺聚合物溶解于聚丙烯腈中，加入二氧化硅进行搅拌，加热至50℃，制得聚合物溶液；聚合物溶液中二氧化硅和N,N‑二甲基甲酰胺的质量分数比为2：5；步骤(2)用内径为1.27mm的针头把步骤(1)制得的聚合物溶液抽入到30cm3的注射器中，然后用静电纺丝装置纺丝，制得样品纤维；其中静电纺丝装置的供电电压为18kV，针尖到收集器的距离为10cm，注射泵的速度为0.3mL/h，收集器转速为500rpm；步骤(3)将样品纤维在温度为260℃的氮气中放置4小时，然后将样品纤维在下列条件的氮气流中热处理碳化氧化制得碳化样品纤维：升温速度为5℃/min，升温至1050℃后处理1小时，氮气的进料速率为100cm3/h；步骤(4)将步骤(3)处理后的碳化样品纤维浸渍在氢氟酸中24小时，以除去SiO2；再用蒸馏水洗涤数次，在110℃的温度下干燥放置过夜；再在KOH溶液中活化超过4小时后在通氮气流的高温炉中处理3小时：先从室温加热至750℃，升温速度为3.5℃/min，然后冷却至室温；用蒸馏水洗涤样品以除去残留的钾，并在110℃的温度下干燥过夜，最终制成分层多孔PAN类活性碳纤维。