光催化耦合微生物水体修复装置及海绵载体的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光催化耦合微生物水体修复装置及海绵载体的制备方法，修复装置包括底部锚固件和多个伸缩杆，伸缩杆底部可拆卸式连接在底部锚固件上，伸缩杆顶部通过弹簧扣连接海绵载体，海绵载体上载有光催化剂及微生物膜。本发明专利技术将光催化耦合微生物法应用于水体原位修复，有效结合了光催化及生物降解污染物的优势，结构设计合理，可随水位变化调节高度，安装简易，是一种经济、节能、环保、方便的水体修复装置。

Photocatalysis coupled microbial water remediation device and preparation method of sponge carrier

The invention discloses a photocatalysis coupling microorganism water body repair device and a preparation method of sponge carrier. The repair device includes a bottom anchor and a plurality of expansion rods. The bottom of the expansion rod is detachable and connected to the bottom anchor piece, the top of the expansion rod is connected with the sponge carrier through a spring buckle, and the sponge carrier is equipped with photocatalyst and microorganism membrane. The invention applies the photocatalysis coupling microorganism method to the in-situ repair of water body, effectively combines the advantages of photocatalysis and biodegradation of pollutants, has reasonable structure design, can adjust the height with the change of water level, and is simple to install. It is an economic, energy-saving, environmental protection and convenient water body repair device.

【技术实现步骤摘要】
光催化耦合微生物水体修复装置及海绵载体的制备方法
本专利技术涉及水环境保护与水生态修复
，具体地说是一种光催化耦合微生物水体修复装置及海绵载体的制备方法。
技术介绍
随着工业化的不断加深，环境问题日益突出，严重阻碍了人类社会的健康发展，其中水污染问题尤为严重。一般来说，水中污染物主要通过传统的物理法、物理化学法、生物化学法和膜法去除。传统的物理处理工艺包括筛滤法、沉淀法、过滤法、上浮法、气浮法等，但这些处理法主要去除的是污水中呈悬浮态的固体污染物，只能完成污水处理中的预处理。传统的物理化学处理法有中和、混凝、萃取、电解、氧化还原、离子交换等，处理成本高，且投加的化学试剂容易造成二次污染。分离、浓缩、提纯使用的膜法有微滤、超滤、纳滤、反渗透和电渗析等，膜组件造价高、易被污染、系统运行能耗高。生物化学处理法如活性污泥法和生物膜法也是有效去除水中污染物的方法之一，但由于其稳定性不够、耗时长、操作管理复杂，甚至还有引起致病菌传播的风险，因此生化处理法对于水环境修复也具有一定的局限性。光催化耦合微生物同步降解污染物作为新兴的净化污水的方法，可整合光催化及生物降解的优势，具有重要的应用前景，但尚未应用到水体原位修复中。将微生物和光催化材料通过负载在同一载体上，能够实现在同一反应器中进行光催化耦合生物膜降解污染物。光催化耦合微生物载体外部的光催化材料，受到光的激发，电子跃迁至导带，由于体系中光催化材料和微生物的紧密耦合，光催化材料上产生的电子能够传递至载体上附着的微生物。因此，利用微生物与光催化紧密耦合体系还原水中污染物，能够有效地结合光催化和微生物的特点，提升光催化效率，促进微生物降解污染物的能力，从而提升整体净化修复效果，是一种绿色、有效且安全的水体修复方法。
技术实现思路
本专利技术针对传统水体修复方法的不足，提供一种利用光催化耦合微生物同步降解污染物的方法进行水体修复的装置及海绵载体的制备方法，有效地结合光催化和微生物的特点，提升光催化效率，促进微生物降解污染物的能力，从而提升整体净化修复效果。本专利技术采用以下技术方案：一种光催化耦合微生物水体修复装置，包括底部锚固件和多个伸缩杆，伸缩杆底部可拆卸式连接在底部锚固件上，伸缩杆顶部通过弹簧扣连接海绵载体，海绵载体上载有光催化剂及微生物膜。该装置可直接安装在水体中或配合曝气设备、生态浮床等装置使用，用于水体修复。优选地，底部锚固件上开设有多个螺纹孔，每个伸缩杆底部均加工有螺纹，伸缩杆底部螺纹连接于底部锚固件的螺纹孔中。海绵载体呈条状，多个条状海绵载体通过软绳将其捆绑为束状，并将其系于弹簧扣上，通过弹簧扣与伸缩杆连接。修复装置放置于水下时，海绵载体要放至在水面以下5～10cm处。该装置可直接安装在水体中或配合曝气设备、生态浮床等装置使用，用于水体修复。束状海绵载体要放至在水面以下5～10cm处，将条状海绵的数量按照拟处理水体面积的5％～20％配置。负载有光催化剂及微生物膜的海绵载体的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)，制备光催化剂；g-C3N4由二氰二胺在550℃，大气压的条件下在马弗炉中烧制2h制得；煅烧结束后，使样品自然冷却至室温后从炉内取出，将所得的黄色样品在研钵内磨碎至粉末状；将1gTiO2溶解在50ml的去离子水中，加入2gg-C3N4，用磁力搅拌器搅拌16h；搅拌结束后，让其在60℃的温度环境下干燥，再将干燥所得样品放至马弗炉中，在大气压的条件下，煅烧1h至450℃，升温速率为15℃/min；煅烧结束后，待其自然冷却至室温，将所得样品研磨至粉末状；步骤(2)将TiO2/g-C3N4复合材料按负载到海绵载体上；制备条状海绵载体：将95％孔隙率、100～300μm孔径、聚氨酯材料的海绵剪裁为尺寸为25～30cm×3cm×3cm的条状海绵；将20gTiO2/g-C3N4粉末溶解到纯乙醇溶液中，然后加入20mL浓硝酸。进行30min的超声振动后，加入上述条状海绵，再进行30min的超声振动；接着，将上述混合物放入60℃的烘箱内，每30min搅拌一次，直至液体全部蒸发浓缩；最后，将未负载上去的TiO2/g-C3N4粉末移除，将负载好的海绵载体再进行5min的超声振动，然后用去离子水冲洗3次；步骤(3)生物膜的培养：将负载好材料的海绵载体分装到纱网中，再将封好的纱网放至到方便固定的框内，放入黑臭河流中，固定在水面以下约20cm处进行90天的原位培养。本专利技术的有益效果在于：本专利技术将光催化耦合微生物法应用于水体原位修复，有效结合了光催化及生物降解污染物的优势，结构设计合理，可随水位变化调节高度，安装简易，是一种经济、节能、环保、方便的水体修复装置。附图说明图1为本专利技术一种光催化耦合微生物水体修复装置的结构示意图；图2为未负载材料海绵的SEM图；图3为负载了光催化材料海绵的SEM图；图4为负载了光催化材料耦合生物膜海绵的SEM图；图5为实验所用水体中NO3-、NH4+、Zn2+和Cu2+的变化曲线。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本装置作进一步说明。实施例1为在本专利技术中起主要修复作用的海绵载体材料的制备过程。实施例2为本装置的的结构和具体应用例。实施例3为本装置的实验例。实施例1所述负载有光催化剂及微生物膜的海绵载体(1)的制备方法为：步骤(1)光催化剂按以下比例制备：g-C3N4的制备：所述g-C3N4由二氰二胺在550℃，大气压的条件下在马弗炉中烧制2h而得。煅烧结束后，使样品自然冷却至室温后从炉内取出，将所得的黄色样品在研钵内磨碎至粉末状。TiO2/g-C3N4复合光催化材料按以下比例制备：将1gTiO2溶解在50mL的去离子水中，加入2gg-C3N4，用磁力搅拌器搅拌16h。搅拌结束后，让其在60℃的温度环境下干燥，再将干燥所得样品放至马弗炉中，在大气压的条件下，煅烧1h至450℃，升温速率为15℃/min。煅烧结束后，待其自然冷却至室温，将所得样品研磨至粉末状。将步骤(2)所得TiO2/g-C3N4复合材料按以下比例负载到条状海绵上：制备条状海绵载体：将95％孔隙率、100～300μm孔径，聚氨酯材料的海绵剪裁为尺寸约为25～30cm×3cm×3cm的条状，未负载复合光催化材料海绵的SEM图见附图2。将20gTiO2/g-C3N4粉末溶解到纯乙醇溶液中，然后加入20mL浓硝酸。进行30min的超声振动后，加入上述条状海绵，再进行30min的超声振动。接着，将上述混合物放入60℃的炉内，每30min搅拌一次，直至液体全部蒸发浓缩。最后，将未负载上去的TiO2/g-C3N4粉末移除，将负载好的海绵载体再进行5min的超声振动，然后用去离子水冲洗3次，负载好光催化材料海绵的SEM图如图3所示。步骤(3)生物膜的培养：将负载好材料的海绵载体分装到纱网中，再将封好的纱网放至到方便固定的框内，放入黑臭河流中，固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化耦合微生物水体修复装置，其特征在于：包括底部锚固件和多个伸缩杆，伸缩杆底部可拆卸式连接在底部锚固件上，伸缩杆顶部通过弹簧扣连接海绵载体，海绵载体上载有光催化剂及微生物膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种光催化耦合微生物水体修复装置，其特征在于：包括底部锚固件和多个伸缩杆，伸缩杆底部可拆卸式连接在底部锚固件上，伸缩杆顶部通过弹簧扣连接海绵载体，海绵载体上载有光催化剂及微生物膜。


2.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物水体修复装置，其特征在于：底部锚固件上开设有多个螺纹孔，每个伸缩杆底部均加工有螺纹，伸缩杆底部螺纹连接于底部锚固件的螺纹孔中。


3.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物水体修复装置，其特征在于：海绵载体呈条状，多个条状海绵载体通过软绳将其捆绑为束状，并将其系于弹簧扣上，通过弹簧扣与伸缩杆连接。


4.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物水体修复装置，其特征在于：修复装置放置于水下时，海绵载体要放至在水面以下5～10cm处。


5.负载有光催化剂及微生物膜的海绵载体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)，制备光催化剂；g-C3N4由二氰二胺在550℃，大气压的条件下在马弗炉中烧制2h制得；煅烧结束后，使样品自然冷却至室温后从炉内取出，将所得的黄色样品在研钵内磨碎至粉末状...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞亚楠，张焕军，李轶，刘哲豪，杨柳，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32