公布日：2023.09.26
申請日：2023.07.04
分類號：B01J20/24(2006.01)I;B01J20/26(2006.01)I;B01J20/02(2006.01)I;B01J20/12(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I
摘要
本發明公開了一種新型復合式高效生態填料以及制備方法，包括改性立體晶格外殼和改性吸附劑；所述改性立體晶格外殼包括以下質量份的材料：殼聚糖6-12份、天然木質纖維10-20份、聚乙烯68-84份；所述改性吸附劑包括氫氧化鉀溶液和以下質量份的材料：粉煤灰1-4份、牡蠣殼1-3份、市政污泥1-4份、膨潤土1-3份、稻殼1-3份、殼聚糖纖維1-2份。本發明改性吸附劑嵌入改性立體晶格外殼內形成內外復合式的生態填料，其中改性吸附劑與改性立體晶格外殼分別含有大量孔隙，填料不易堵塞，且二者共同與水中微生物接觸并形成具有良好吸附性以及分解效果的生物膜，能夠快速將污水中的污染物吸附并分解，且自然恢復能力好。
權利要求書
1.一種新型復合式高效生態填料，其特征在于：包括改性立體晶格外殼(1)和改性吸附劑(2)，將改性吸附劑(2)嵌入改性立體晶格外殼(1)中；所述改性立體晶格外殼(1)包括以下質量份的材料：殼聚糖6-12份、天然木質纖維10-20份、聚乙烯68-84份；所述改性吸附劑(2)包括氫氧化鉀溶液和以下質量份的材料：粉煤灰1-4份、牡蠣殼1-3份、市政污泥1-4份、膨潤土1-3份、稻殼1-3份、殼聚糖纖維1-2份。
2.如權利要求1所述的一種新型復合式高效生態填料，其特征在于：所述氫氧化鉀溶液為10％-30％重量比，濃度1-4mol/L。
3.如權利要求1所述的一種新型復合式高效生態填料，其特征在于：所述殼聚糖為工業級殼聚糖，脫乙酰度≥85％，粒度≥80目；所述天然木質纖維素為椰絲；所述聚乙烯為低密度聚乙烯；所述牡蠣殼為顆粒狀，粒度≥5目。
4.如權利要求1所述的一種新型復合式高效生態填料，其特征在于：所述市政污泥為某市政污水廠脫水剩余污泥，含水率≤60％，市政污泥在進行使用前需要使用微波或者紫外線進行滅菌處理。
5.如權利要求1-4任一所述一種新型復合式高效生態填料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：S1：制備改性立體晶格外殼(1)，先將殼聚糖、天然木纖維和聚乙烯均勻混合在一起，形成混合原料；將混合原料通過熱熔擠塑機一次擠塑形成圓柱形的中空網狀體；形成的中空網狀體使用氫氧化鈉溶液浸泡10-60分鐘進行堿預處理；堿預處理后的中空網狀體用自來水清洗后放入有機酸中浸泡10-60分鐘，使中空網狀體中的殼聚糖發生降解改性，產生低聚水溶性殼聚糖，成品即為改性立體晶格外殼(1)；S2：制備改性吸附劑(2)，先將粉煤灰、牡蠣殼、市政污泥、膨潤土、稻殼、殼聚糖纖維均勻混合，之后加入氫氧化鉀溶液進行混合，之后將混合好的原材料加工形成若干個圓柱形的填料顆粒，最后將填料顆粒放入燒結爐中，采用150-300℃無氧條件燒結活化后形成改性吸附劑(2)；S3：組裝，將改性吸附劑(2)嵌入改性立體晶格外殼(1)中，形成成品生態填料。
6.如權利要求5所述的一種新型復合式高效生態填料的制備方法，其特征在于：所述S1的中空網狀體直徑為60-100mm，網絲直徑為3-6mm。
7.如權利要求5所述的一種新型復合式高效生態填料的制備方法，其特征在于：所述S1中堿預處理的浸泡溫度為恒溫60-80℃，氫氧化鈉溶液濃度為5％-15％。
8.如權利要求5所述的一種新型復合式高效生態填料的制備方法，其特征在于：所述S1中有機酸為醋酸，中空網狀體中殼聚糖和醋酸發生反應，反應化學式為：(C8H13NO5)n+n(CH3COOH)→n(CH3COO-C8H13NO5+nH2O)。
9.如權利要求5所述的一種新型復合式高效生態填料的制備方法，其特征在于：所述燒結活化時間為10-90分鐘，最終形成比表面積可達100-300m2/g，并具有蜂窩多孔結構的改性吸附劑(2)。
10.如權利要求5所述的一種新型復合式高效生態填料的制備方法，其特征在于：所述S1和S2制備順序可任意交換或者并列進行。
發明內容
針對上述傳統污水地下滲濾系統填料存在著吸附效率低、透氣能力差、自然恢復能力低、易堵塞的不足，本發明提供了一種吸附高效、透氣性和自然恢復能力好、不易堵塞的新型復合式高效生態填料及其制備方法。
為實現上述目的，本發明的技術方案如下：
一種新型復合式高效生態填料，包括改性立體晶格外殼和改性吸附劑，將改性吸附劑嵌入立體晶格外殼中；所述改性立體晶格外殼包括以下質量份的材料：殼聚糖6-12份、天然木質纖維10-20份、聚乙烯68-84份；所述改性吸附劑包括氫氧化鉀溶液和以下質量份的材料：粉煤灰1-4份、牡蠣殼1-3份、市政污泥1-4份、膨潤土1-3份、稻殼1-3份、殼聚糖纖維1-2份。
其中氫氧化鉀溶液作為活化劑，可以與稻殼、殼聚糖纖維中高分子纖維發生水解和氧化反應，使高分子纖維化合物逐漸解聚，擴大吸附劑內部的孔隙，使得填料不易堵塞，同時便于生物膜的形成，增加填料比表面積及吸附能力；同時降低活化反應溫度，減少能耗。
進一步的，所述氫氧化鉀溶液為10％-30％重量比，濃度1-4mol/L。
進一步的，所述殼聚糖為工業級殼聚糖，脫乙酰度≥85％，粒度≥80目；所述天然木質纖維素為椰絲；所述聚乙烯為低密度聚乙烯。
進一步的，所述市政污泥為某市政污水廠脫水剩余污泥，含水率≤60％，市政污泥在進行使用前需要使用微波或者紫外線進行滅菌處理。
一種新型復合式高效生態填料的制備方法，包括以下步驟：
S1：制備改性立體晶格外殼，先將殼聚糖、天然木纖維和聚乙烯均勻混合在一起，形成混合原料；將混合原料通過熱熔擠塑機一次擠塑形成圓柱形的中空網狀體；形成的中空網狀體使用氫氧化鈉溶液浸泡10-60分鐘進行堿預處理；堿預處理后的中空網狀體用自來水清洗后放入有機酸中浸泡10-60分鐘，使中空網狀體中的殼聚糖發生降解改性，產生低聚水溶性殼聚糖，成品即為改性立體晶格外殼；
S2：制備改性吸附劑，先將粉煤灰、牡蠣殼、市政污泥、膨潤土、稻殼、殼聚糖纖維均勻混合，之后加入氫氧化鉀溶液進行混合，之后將混合好的原材料加工形成若干個圓柱形的填料顆粒，最后將填料顆粒放入燒結爐中，采用150-300℃無氧條件燒結活化后形成改性吸附劑；
S3：組裝，將改性吸附劑嵌入改性立體晶格中，形成成品生態填料。
進一步的，所述S1的中空網狀體直徑為60-100mm，網絲直徑為3-6mm。
進一步的，所述S1中堿預處理的浸泡溫度為恒溫60-80℃，氫氧化鈉溶液濃度為5％-15％。中空網狀體在堿中進行預處理能夠降低填料中木質纖維素晶度，增加中空網狀體表面積及吸水性，在60-80℃的溫度范圍以及5％-15％濃度下，木質纖維素晶度降低速率快且更加均勻。
進一步的，所述S1中有機酸為醋酸，中空網狀體中殼聚糖和醋酸發生反應，反應化學式為：(C8H13NO5)n+n(CH3COOH)→n(CH3COO-C8H13NO5+nH2O)。醋酸與填料中殼聚糖成分反應后改性，填料中的殼聚糖改性后發生降解，產生低聚水溶性殼聚糖，提高了填料親水性及表面積，增強填料吸附性生物相容性。
進一步的，所述燒結活化時間為10-90分鐘，最終形成比表面積可達100-300m2/g，并具有蜂窩多孔結構的改性吸附劑。
進一步的，所述S1和S2制備順序可任意交換或者并列進行。
相對于現有技術，本發明具有以下優點及有益效果：
1.本發明改性吸附劑嵌入改性立體晶格外殼內形成內外復合式的生態填料，能夠共同與水中微生物接觸并形成具有良好吸附性以及分解效果的生物膜，能夠快速將污水中的污染物吸附并分解，填料不易堵塞，且自然恢復能力好；改性立體晶格外殼的殼聚糖經改性后形成具有大量孔隙，能夠快速與水體微生物形成分解污染物的生物膜，提高了填料吸附以及分解污染物的能力；而改性吸附劑氫氧化鉀溶液，增加混合材料之間粘度的同時方便改性吸附劑加工成型。
2.本發明若干個生態填料的改性立體晶格外殼在受到水流流動時極易出現晃動，使改性晶格與嵌入吸附劑共同生成的生物膜出現震動，加快分解污染物的同時將滯留在生態填料孔隙的殘留物震蕩出來，完成填料的自我恢復；改性吸附劑中氫氧化鉀溶液可以與稻殼、殼聚糖纖維中高分子纖維發生水解和氧化反應，使高分子纖維化合物逐漸解聚，以此擴大改性吸附劑內部的孔隙，使其不易堵塞，并且形成的生物膜吸附以及分解污染物的能力好，處理污染物高效。
（發明人：孫全民;胡湛波;陳義會;陳濤;唐碧超;付航;謝錦邦;覃麗君;胡浩波）
