一种多孔可降解材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种多孔可降解材料及其制备方法和应用，所述多孔可降解材料由包括如下重量份的原料制成：丝瓜络10～20份、椰子纤维和/或秸秆20～50份、淀粉10～20份、淀粉酶5～8份、纤维素酶5～8份、聚乙烯醇1～3份、海藻酸钠1～3份、发泡剂10～20份、氯化钙5～10份。本发明专利技术的多孔可降解材料表面粗糙，具有高孔隙率，具有良好的吸附性能，可有效负载微生物形成生物膜，对污水进行有效处理。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔可降解材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及水处理
，尤其涉及一种多孔可降解材料及其制备方法和应用。
技术介绍
生物膜处理法是一种常用的污水处理技术，使微生物附着在填料上形成生物膜(挂膜)，当污水与生物膜的接触时，污水中的有机污染物作为营养物质被生物膜上的微生物所摄取，从而使污水得到净化，同时微生物自身也得到繁衍增殖。在该污水处理技术中，填料的性能很大程度上决定了微生物能否充分地与污水接触，从而影响水降解处理效果。随着环保意识的提高和可降解材料的发展，污水处理领域的研究者们开始尝试采用可降解填料替代传统的不可降解填料。如CN1562800A利用纤维素为原料制得可降解微生物填料，用于废水处理。然而该方法工艺复杂，发泡温度要100～160℃，同时还需要碱化处理，涉及到危险化学药品。且在载体生产过程中，副产物H2S、CS2等有害气体的放出使纤维生产工序复杂化，并污染了环境。CN102603081A公开了一种水处理用纤维素基可降解填料的制备方法，其主要是通过N-甲基吗琳-N-氧化物工艺制备纤维，并通过交联改性技术，进一步提高了填料的机械性能，同时对填料的表面进行处理，使其带正电荷，更有利于微生物在其表面粘附、生长。但该方法用到N-甲基吗琳-N-氧化物和氢氧化钠，N-甲基吗琳-N-氧化物属于刺激性物品，对眼睛、呼吸系统和皮肤具有一定的刺激影响，氢氧化钠属于强碱，因此制备过程具有一定的危险性。目前，可降解材料在包装领域的研究和应用更集中，例如CN107201048A以秸秆为原料，加入一定的玉米淀粉和聚乙烯醇进行成胶制成具有缓冲作用的用于包装的可降解材料。然而该可降解材料孔隙率小，吸附能力低，难以负载微生物形成生物膜，因此仅能用作缓冲包装材料，无法作为水处理用填料。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种多孔可降解材料，所述多孔可降解材料具有高孔隙率和强吸附性能，可用于负载微生物形成生物膜用于污水处理。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种多孔可降解材料，由包括如下重量份的原料制成：丝瓜络10～20份椰子纤维和/或秸秆20～50份淀粉10～20份淀粉酶5～8份纤维素酶5～8份聚乙烯醇1～3份海藻酸钠1～3份发泡剂10～20份氯化钙5～10份。相对于现有技术，本专利技术以丝瓜络作为原料，辅助填充经纤维素酶处理后得到的椰子纤维和/或秸秆(椰子纤维和/或秸秆中的纤维素经纤维素酶降解后形成寡糖，可增加生物质材料的孔隙，提高椰子纤维和/或秸秆的吸附能力)，丝瓜络和经纤维素酶处理后的椰子纤维和/或秸秆具有多孔结构，具有良好的吸附性能，可对气体、微生物等进行吸附，有助于微生物挂膜；通过添加淀粉酶和纤维素酶可以在水处理过程中将淀粉和丝瓜络、椰子纤维和/或秸秆中的纤维分解成寡糖或、多糖、单糖，为微生物提供繁殖所需碳源，从而加快微生物的挂膜速度；淀粉和聚乙烯醇不仅具有成胶作用，而且可降解、不产生污染；利用海藻酸钠和氯化钙发生快速交联固化反应，使生物质材料内部孔隙在发泡过程中不会因重力原因被压缩，同时也提高了材料的机械性能，且海藻酸钠与氯化钙的交联结构也可以降解。所述发泡剂选自碳酸盐和/或碳酸氢盐。所述碳酸氢盐选自碳酸钠，所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠，可用于在常温下发泡。所述多孔可降解材料的制备原料还包括酸10～20份，所述酸优选醋酸，用于与碳酸盐和/或碳酸氢盐反应产生气泡。所述淀粉选自植物淀粉，如玉米淀粉。所述多孔可降解材料的制备原料还包括水100～200份。本专利技术的第二个目的是提供一种多孔可降解材料的制备方法。一种多孔可降解材料的制备方法，包括如下步骤：(1)使用纤维素酶溶液对椰子纤维和/或秸秆进行浸泡；(2)将丝瓜络、步骤(1)处理过的椰子纤维和/或秸秆、淀粉、聚乙烯醇混合，得到混合物A；(3)将海藻酸钠溶解于水中，加入发泡剂，得到混合物B；(4)将混合物A和混合物B混合，加入氯化钙和酸的混合溶液，反应得到材料C；(5)将海藻酸钠溶解于水中，然后加入淀粉酶、纤维素酶，得到混合物D；(6)将材料C浸泡于混合物D中，再浸入氯化钙溶液中，反应得到多孔可降解材料。步骤(1)中，所述纤维素酶溶液浓度为1～2g/L，优选2g/L；所述椰子纤维和/或秸秆与纤维素酶溶液的体积比为1：(1～3)，优选1：2。步骤(1)中，所述浸泡温度为30～50℃，优选40℃；浸泡时间为24～40h，优选36h。步骤(1)前还包括步骤：将椰子纤维和/或秸秆粉碎成粒径为1～2mm的粉末。在步骤(2)前还包括步骤，将丝瓜络粉碎成1～5cm的长条，例如粉碎成3cm左右的长条。步骤(4)中，所述反应时间为15～30min。步骤(5)中，加入淀粉酶、纤维素酶的温度为20～35℃，优选室温。步骤(5)中，所述纤维素酶用量占总纤维素酶总量的2％～3％，优选3％。步骤(5)中的海藻酸钠用量及其水溶液浓度与步骤(3)相近或相同；步骤(6)中的氯化钙用量及其水溶液浓度与步骤(4)相近或相同。其中步骤(4)的主要目的是加入醋酸进行发泡，同时利用海藻酸钠和氯化钙发生快速交联固化反应，使生物质材料内部孔隙在发泡过程中不会因重力原因被压缩；因淀粉酶和纤维素酶在醋酸环境下活性降低，故在发泡步骤后增加二次交联固化引入淀粉酶和纤维素酶，同时进一步增加多孔可降解材料的机械性能。本专利技术的第三个目的是提供多孔可降解材料在污水净化中的应用。相对于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的多孔可降解材料表面粗糙，具有高孔隙率，具有良好的吸附性能，可有效负载微生物形成生物膜，对污水进行有效处理。(2)可降解，环保无污染。(3)不需强氧化物和强碱处理，制备工艺安全简单。附图说明图1为实施例1中实验组1的多孔可降解材料的外观图；图2为实施例2挂膜填料上的微生物分布图；图3为实施例3污水中氨氮含量随时间的变化图；图4为实施例3污水中总磷含量随时间的变化图；图5为实施例3污水中COD随时间的变化图。具体实施方式以下结合具体的实施例进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1本实施例提供一种多孔可降解材料，其原料如下表1所示：表1.多孔可降解材料的原料组成实验组1～3所述多孔可降解材料的制备方法包括如下步骤：(1)用粉碎机将秸秆粉碎成粒径为1～2mm的粉末，40℃下用浓度为2g/L的纤维素酶溶液按照体积比1：2(秸秆：纤维素酶溶液)浸泡36h后过滤烘干，备用。(2)用粉碎机将丝瓜络粉碎成长度为3cm的长丝，然后加入步骤(1)处理过的秸秆、玉米淀粉、聚乙烯醇，加热至80℃混合至絮状体，得到混合物A，冷却后备用。(3)将海藻酸钠和水混合，加热至80℃形成絮状体，冷却后加入碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔可降解材料，其特征在于：包括如下重量份的制备原料：/n丝瓜络10～20份/n椰子纤维和/或秸秆20～50份/n淀粉10～20份/n淀粉酶5～8份/n纤维素酶5～8份/n聚乙烯醇1～3份/n海藻酸钠1～3份/n发泡剂10～20份/n氯化钙5～10份。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔可降解材料，其特征在于：包括如下重量份的制备原料：
丝瓜络10～20份
椰子纤维和/或秸秆20～50份
淀粉10～20份
淀粉酶5～8份
纤维素酶5～8份
聚乙烯醇1～3份
海藻酸钠1～3份
发泡剂10～20份
氯化钙5～10份。


2.根据权利要求1所述多孔可降解材料，其特征在于：所述发泡剂选自碳酸盐和/或碳酸氢盐。


3.根据权利要求2所述多孔可降解材料，其特征在于：所述碳酸盐选自碳酸钠，所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠。


4.根据权利要求3所述多孔可降解材料，其特征在于：多孔可降解材料的原料还包括酸10～20份。


5.一种多孔可降解材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)使用纤维素酶溶液对椰子纤维和/或秸秆进行浸泡；
(2)将丝瓜络、步骤(1)处理过的椰子纤维和/或秸秆、淀粉、聚乙烯醇混合，得到混合物A；...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁梦芽，闫志强，朱家玺，陈海峰，
申请(专利权)人：广州博嵩生物环保科技有限公司，广州泓源生态环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44