申请日2010.12.10
公开(公告)日2012.11.14
IPC分类号C02F3/34; C02F3/10; D01F6/38; C02F3/30; C02F3/28
摘要
本发明涉及一种用于废水脱氮填料的功能材料，包括 40%-60% 重量百分比的碳元素、 3%-15% 重量百分比的氢元素、 20%-45% 重量百分比的氧元素、 4%-20% 重量百分比氮元素。制备该用于废水脱氮填料的功能材料时，用溶剂溶解聚合成树脂用单体、引发剂、链转移剂、潜交联剂或交联剂，放入反应釜中搅拌，使其发生聚合反应，制备纺丝原液;将纺丝原液经喷丝头压入凝固浴中，使纺丝原液凝固为丝束;将丝束经过拉伸浴后进入酸洗浴中，进行酸洗，然后再经过水洗浴清洗，得到用于废水脱氮填料的功能材料。本发明的用于废水脱氮填料的功能材料与脱氮微生物具有化学同源性，易于微生物在其表面生长。同时本发明的用于废水脱氮填料的功能材料的表面带有亲水性基团，因此具有较好的亲水性。
权利要求书
1.一种用于废水脱氮填料的功能材料，其特征在于：所述的用于废水脱氮填料的功能材料包括40%-60%重量百分比的碳元素、3%-15%重量百分比的氢元素、20%-45%重量百分比的氧元素、4%-20%重量百分比氮元素;
制备所述的用于废水脱氮填料的功能材料的原料包括60%-85%重量百分比的溶剂、15%-30%重量百分比的聚合成树脂用单体、0.01%-0.2%重量百分比的引发剂、0.1%-2%重量百分比的链转移剂、0.0%-7.8%重量百分比的潜交联剂或交联剂，所述的原料的重量百分比之和为100%;所述的溶剂为二甲亚砜、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的任意一种或其任意混合的混合物;所述的聚合成树脂用单体包括60%-80%重量百分比的第一单体、5%-25%重量百分比的第二单体、5%-25%重量百分比的第三单体;所述的第一单体为烯烃腈，所述的第二单体为烯烃酸或烯烃酸酯或其混合物，所述的第三单体为烯烃磺酸盐;所述的引发剂为偶氮二异丁腈或过硫酸钾中的一种;所述的链转移剂为十二硫醇;所述的潜交联剂为羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸-2-羧丙酯、甲基丙烯酸羧乙酯中的一种，所述的交联剂为甲基丙烯酸甲酯、N’-羟甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种。
2.根据权利要求1所述的用于废水脱氮填料的功能材料，其特征在于：所述的第一单体为丙烯腈、丁烯腈中的任意一种或其混合物。
3.根据权利要求1所述的用于废水脱氮填料的功能材料，其特征在于：所述的第二单体为丙烯酸、丁烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丁烯酸甲酯中的任意一种或其任意混合的混合物。
4.根据权利要求1所述的用于废水脱氮填料的功能材料，其特征在于：所述的第三单体为丙烯酸磺酸钠、丙烯酸磺酸钾、甲基丙烯酸磺酸钠中的任意一种或其任意混合的混合物。
5.根据权利要求1所述的用于废水脱氮填料的功能材料，其特征在于：所述的用于废水脱氮填料的功能材料呈丝状，所述的用于废水脱氮填料的功能材料的表面粘附有纳米粉体。
6.根据权利要求5所述的用于废水脱氮填料的功能材料，其特征在于：所述的纳米粉体为纳米碳酸钙、纳米碳酸镁中的一种或其混合物。
7.根据权利要求5所述的用于废水脱氮填料的功能材料，其特征在于：所述的用于废水脱氮填料的功能材料的粘附有所述的纳米粉体的部分的表面积占所述的用于废水脱氮填料的功能材料的全部表面积的0.01%-2%。
8.如权利要求1所述的用于废水脱氮填料的功能材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括如下步骤：
(1)用所述的溶剂溶解所述的聚合成树脂用单体、所述的引发剂、所述的链转移剂、所述的潜交联剂或交联剂，放入反应釜中搅拌，使其发生聚合反应，制备出纺丝原液;
(2)将所述的纺丝原液经喷丝头压入装有凝固溶剂的凝固浴中，使所述的纺丝原液凝固为丝束;
(3)将所述的丝束经过拉伸浴后进入装有酸洗溶液的酸洗浴中，进行酸洗，然后再经过水洗浴清洗，得到所述的用于废水脱氮填料的功能材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，在所述的聚合反应的前0.2-2小时内，所述的搅拌的速度为100-600r/min，然后所述的搅拌的速度在20-30min内逐渐提升至800-1200r/min，再搅拌4-10小时。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，所述的聚合反应的温度为50-90℃。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，所述的凝固溶剂为二甲基甲酰胺溶液。
12.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，所述的凝固溶剂中加有1%-25%质量百分比的纳米粉体。
13.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，所述的凝固浴中的温度为10-15℃，所述的纺丝原液在所述的凝固浴中的停留时间为1-10min。
14.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，所述的酸洗溶液为浓度为5%-20%的硝酸或盐酸。
15.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，所述的酸洗浴中的温度为50-80℃，所述的丝束在所述的酸洗浴中的停留时间为5-30min。
16.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，所述的水洗浴中的温度为50-100℃，所述的丝束在所述的水洗浴中停留的时间为5-30min。
说明书
用于废水脱氮填料的功能材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于废水脱氮填料的功能材料及其制备方法。
背景技术
水是人类赖以生存的宝贵资源。随着经济的快速发展，由于合成的洗涤剂、化肥和农药的广泛使用，会使大量复杂的污染物进入水体，其中氮元素的排放量猛增。水体的氮素污染对人类生存的环境造成了巨大危害，水体生态环境日趋恶化，氮磷污染尤为普遍，富营养化现象极其严重，不仅影响了人类正常生活，还制约着经济发展，而且给人们造成巨大的直接和间接经济损失。因此，受污染水体的修复的研究工作迫在眉睫。
填料是废水处理中生物膜废水处理的核心技术之一，随着水源水污染日趋严峻，生物填料越来越多地应用于微污染水处理中。填料的性能也对废水处理过程的效率、能耗、稳定性及可靠性均有直接影响，因此填料在废水处理中一直受到高度重视。
目前国内软性填料具有微生物附着困难、实际表面积不大、中心绳易断等弊病，应用受到限制，且至今仍没有专门脱氮的软性填料。
发明内容
本发明的目的是提供一种易于微生物附着的、亲水性好的用于废水脱氮填料的功能材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于废水脱氮填料的功能材料，所述的用于废水脱氮填料的功能材料包括40%-60%重量百分比的碳元素、3%-15%重量百分比的氢元素、20%-45%重量百分比的氧元素、4%-20%重量百分比氮元素。
优选的，制备所述的用于废水脱氮填料的功能材料的原料包括60%-85%重量百分比的溶剂、15%-30%重量百分比的聚合成树脂用单体、0.01%-0.2%重量百分比的引发剂、0.1%-2%重量百分比的链转移剂、0.0%-7.8%重量百分比的潜交联剂或交联剂;所述的溶剂为二甲亚砜、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的任意一种或其任意混合的混合物;所述的聚合成树脂用单体包括60%-80%重量百分比的第一单体、5%-25%重量百分比的第二单体、5%-25%重量百分比的第三单体;所述的第一单体为烯烃腈，所述的第二单体为烯烃酸或烯烃酸酯或其混合物，所述的第三单体为烯烃磺酸盐;所述的引发剂为偶氮二异丁腈或过硫酸钾中的一种;所述的链转移剂为十二硫醇;所述的潜交联剂为羟甲基丙烯酰胺(NHMA)、丙烯酸-2-羧丙酯、甲基丙烯酸羧乙酯中的一种，所述的交联剂为甲基丙烯酸甲酯、N’-羟甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NNMP)中的一种。
优选的，所述的第一单体为丙烯腈、丁烯腈中的任意一种或其混合物。
优选的，所述的第二单体为丙烯酸、丁烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丁烯酸甲酯中的任意一种或其任意混合的混合物。
优选的，所述的第三单体为丙烯酸磺酸钠、丙烯酸磺酸钾、甲基丙烯酸磺酸钠中的任意一种或其任意混合的混合物。
优选的，所述的用于废水脱氮填料的功能材料呈丝状，所述的用于废水脱氮填料的功能材料的表面粘附有纳米粉体。
优选的，所述的纳米粉体为纳米碳酸钙、纳米碳酸镁中的一种或其混合物。
优选的，所述的用于废水脱氮填料的功能材料的粘附有所述的纳米粉体的部分的表面积占所述的用于废水脱氮填料的功能材料的全部表面积的0.01%-2%。
用于废水脱氮填料的功能材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)用所述的溶剂溶解所述的聚合成树脂用单体、所述的引发剂、所述的链转移剂、所述的潜交联剂或交联剂，放入反应釜中搅拌，使其发生聚合反应，制备出纺丝原液;
(2)将所述的纺丝原液经喷丝头压入装有凝固溶剂的凝固浴中，使所述的纺丝原液凝固为丝束;
(3)将所述的丝束经过拉伸浴后进入装有酸洗溶液的酸洗浴中，进行酸洗，然后再经过水洗浴清洗，得到所述的用于废水脱氮填料的功能材料。
优选的，所述的步骤(1)中，在所述的聚合反应的前0.2-2小时内，所述的搅拌的速度为100-600r/min，然后所述的搅拌的速度在20-30min内逐渐提升至800-1200r/min，再搅拌4-10小时。
优选的，所述的步骤(1)中，所述的聚合反应的温度为50-90℃。
优选的，所述的步骤(2)中，所述的凝固溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)溶液。
优选的，所述的步骤(2)中，所述的凝固溶剂中加有1%-25%质量百分比的纳米粉体。
优选的，所述的步骤(2)中，所述的凝固浴中的温度为10-15℃，所述的纺丝原液在所述的凝固浴中的停留时间为1-10min。
优选的，所述的步骤(3)中，所述的酸洗溶液为浓度为5%-20%的硝酸或盐酸。
优选的，所述的步骤(3)中，所述的酸洗浴中的温度为50-80℃，所述的丝束在所述的酸洗浴中的停留时间为5-30min。
优选的，所述的步骤(3)中，所述的水洗浴中的温度为50-100℃，所述的丝束在所述的水洗浴中停留的时间为5-30min。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：1、由于本发明的用于废水脱氮填料的功能材料的组成元素及比例根据脱氮微生物的相结构及成分确定，因此，其与脱氮微生物具有化学同源性，易于微生物在其表面生长，缩短了微生物培养驯化时间。2、由于本发明的用于废水脱氮填料的功能材料的表面带有亲水性基团，因此具有较好的亲水性。
