一种多层氧化石墨烯改性微生物载体的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多层氧化石墨烯改性微生物载体的制备方法和应用。该方法利用硅烷偶联剂对聚氨酯载体进行表面功能改性，通过在载体表面接枝多层氧化石墨烯，增大载体的比表面积和表面结构，加快了微生物表面附着过程，从而提高载体的生物负载能力；并且，通过氧化石墨烯为聚氨酯载体引入亲水性功能基团，提高改性后的聚氨酯生物载体的亲水性，从而增强载体的生物亲和性。同时，本发明专利技术提供的多层氧化石墨烯改性微生物载体的制备方法具有工艺简单、成本低、改性载体的热稳定性强等特点，其制备的改性微生物载体将有利于解决生物固定化过程中挂膜时间长的问题，在生物反应污水处理系统中具有很好的应用前景。统中具有很好的应用前景。统中具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种多层氧化石墨烯改性微生物载体的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及污水处理领域，其主要涉及一种多层氧化石墨烯改性微生物载体的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]伴随着污废水排放量的不断增大，使得水环境问题得到了越来越多的关注。最常用的污水生物处理方法主要有活性污泥法和生物膜法。其中，生物膜法是利用载体表面作为介质，将游离状态的微生物细胞定位于载体表面范围内形成以微生物为主的生物膜，使其保持活性并可反复利用，具有的污泥排放量小、抗冲击能力强及动力消耗低等显著优势。
[0003]微生物载体是污水生物膜处理工艺的关键因素，对生物反应的处理效果有至关重要的作用，其细胞亲和性与和载体接触的细胞行为特别是细胞在载体表面的粘附有着紧密的关系，且微生物载体的投加费用在生物反应处理系统的投资中占据比较大的比重。
[0004]然而，现有技术中，常用的微生物载体，如聚氨酯载体，其表面的疏水性将直接降低微生物在其表面的粘附速度和粘附量。因此，微生物载体本身的性质直接决定了污水的处理效果以及处理系统运行管理稳定性等一系列问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，基于硅烷偶联剂分子结构中包含的三个活性较高的可水解的乙氧基端基，本专利技术提供了一种多层氧化石墨烯改性微生物载体和应用，该载体，是通过硅烷偶联剂将多个二维结构的氧化石墨烯接枝到聚氨酯载体上，形成的空间多层氧化石墨烯的新型多层氧化石墨烯改性微生物载体。该载体具有制备方法简单方便、性能可靠等优点；同时，在提高聚氨酯载体的亲水性、生物亲和性、热稳定性等方面具有优势，可以达到强化生物膜功能、提高污水处理效率的目的。具体内容如下：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种多层氧化石墨烯改性微生物载体的制备方法，所述方法包括：
[0007]步骤1，通过紫外灯对第一后处理的聚氨酯载体，进行照射，得到第一中间产物；
[0008]步骤2，配置6wt％的硅烷偶联剂乙醇溶液，超声震荡10min，使溶液充分分散；
[0009]步骤3，通过高锰酸钾和过氧化氢，对石墨粉进行氧化，得到氧化石墨烯；
[0010]步骤4，将所述第一中间产物放入所述硅烷偶联剂乙醇溶液中并完全浸没，置于置于40℃的反应温度下搅拌反应12h；反应结束后用去离子水洗涤，干燥，得到第二中间产物；
[0011]步骤5，用NaOH配置pH＝8.5的乙醇溶液，并向所述乙醇溶液中加入所述氧化石墨烯，置于超声波清洗器中震荡30min，分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；
[0012]步骤6，将所述第二中间产物置于所述氧化石墨烯分散液中，置于恒温磁力搅拌器上反应，并对反应结束后所得的固体产物进行超声清洗、干燥，得到多层氧化石墨烯改性微生物载体。
[0013]可选地，在所述步骤1中，所述第一后处理包括：
[0014]将聚氨酯海绵放入超声波清洗器中震荡洗涤，再用去离子水清洗，得到洁净的聚氨酯载体；
[0015]将洁净的聚氨酯载体置于烘箱中干燥，得到洁净、干燥的聚氨酯载体。
[0016]可选地，所述震荡洗涤的时间为30
‑
40min。
[0017]可选地，所述照射的时间为30
‑
60min。
[0018]可选地，通过所述照射，所述聚氨酯中的酰胺键断裂，羧酸基团形成，得到所述第一中间产物。
[0019]可选地，所述步骤3，包括：
[0020]将9:1硫酸/磷酸混合溶液与石墨粉进行混合，得到第一混合溶液；
[0021]将所述第一混合溶液置于冰水浴中，并向所述第一混合溶液中加入高锰酸钾，搅拌，得到第二混合溶液；
[0022]将所述第二混合溶液置于50℃条件下，搅拌反应12h，得到第一反应体系；
[0023]向所述第一反应体系中加入冰水并置于冰水浴中冷却；
[0024]向冷却后的第一反应体系中加入过氧化氢溶液，直至第一反应体系的混合液变为亮黄色，得到第二反应体系；
[0025]对所述第二反应体系进行第二后处理，得到氧化石墨烯。
[0026]可选地，所述石墨粉与所述高锰酸钾的质量比为1:6；
[0027]所述第一反应体系与所述冰的体积比为1:1；
[0028]所述过氧化氢溶液的质量分数浓度为0.5％；
[0029]所述第二后处理包括：对所述第二反应体系进行高速离心，得到沉淀物，再依次用去离子水、10％盐酸、无水乙醇对所述沉淀物进行离心洗涤，接着在50℃条件下对洗涤后的沉淀物进行真空干燥。
[0030]可选地，在所述步骤5中，所述氧化石墨烯的乙醇分散液的溶度为0.2
‑
1.0mg/mL。
[0031]可选地，在所述步骤6中，所述反应的反应温度60℃，反应时间为24h；
[0032]所述干燥的温度为40℃；
[0033]所述超声清洗的清洗剂包括去离子水。
[0034]第二方面，本专利技术实施例提供了一种多层氧化石墨烯改性微生物载体的应用，将上述第一方面所述多层氧化石墨烯改性微生物载体应用于污水处理中；或
[0035]将上述第一方面所述多层氧化石墨烯改性微生物载体应用于微生物固化中。
[0036]本专利技术提供了一种多层氧化石墨烯改性微生物载体的制备方法和应用。该方法包括：通过紫外灯对第一后处理的聚氨酯载体，进行照射，得到第一中间产物；配置6wt％的硅烷偶联剂乙醇溶液，超声震荡10min，使溶液充分分散；通过高锰酸钾和过氧化氢，对石墨粉进行氧化，得到氧化石墨烯；将所述第一中间产物放入所述硅烷偶联剂乙醇溶液中并完全浸没，置于置于40℃的反应温度下搅拌反应12h；反应结束后用去离子水洗涤，干燥，得到第二中间产物；用NaOH配置pH＝8.5的乙醇溶液，并向乙醇溶液中加入所述氧化石墨烯，置于超声波清洗器中震荡30min，分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；将所述第二中间产物置于氧化石墨烯分散液中，置于恒温磁力搅拌器上反应，并对反应结束后所得的固体产物进行超声清洗、干燥，得到多层氧化石墨烯改性微生物载体。与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法具有以下有益效果：
[0037]1、硅烷偶联剂分子结构中，包含三个活性较高的可水解的乙氧基端基，从而通过硅烷偶联剂，可以实现在聚氨酯载体上同时接枝多个石墨烯片层，达到对聚氨酯载体吸附功能的较大化提升；同时，这些乙氧基端基在水乳化过程中会水解生成硅羟基，成膜干燥过程中硅羟基之间迅速缩合，形成网状结构，而这一网状结构可以大幅度提高聚氨酯热稳定性，从而得到热稳定性较高的微生物载体。
[0038]2、本专利技术所提供的制备方法中，利用硅烷偶联剂，在聚氨酯载体的表面接枝氧化石墨烯，以得到新型结构的多层氧化石墨烯改性微生物载体，相较于聚氨酯载体，多层氧化石墨烯改性微生物载体的比表面积和表面结构均大幅增加，可有效提高对污水中微生物的粘附量，达到高效净化污水的目的，并且，多层氧化石墨烯改性微生物载体表面存在大量的亲水基团，其在污水处理过程中与生物膜细胞具有良本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层氧化石墨烯改性微生物载体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，通过紫外灯对第一后处理的聚氨酯载体，进行照射，得到第一中间产物；步骤2，配置6wt％的硅烷偶联剂乙醇溶液，超声震荡10min，使溶液充分分散；步骤3，通过高锰酸钾和过氧化氢，对石墨粉进行氧化，得到氧化石墨烯；步骤4，将所述第一中间产物放入所述硅烷偶联剂乙醇溶液中并完全浸没，置于置于40℃的反应温度下搅拌反应12h；反应结束后用去离子水洗涤，干燥，得到第二中间产物；步骤5，用NaOH配置pH＝8.5的乙醇溶液，并向所述乙醇溶液中加入所述氧化石墨烯，置于超声波清洗器中震荡30min，分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；步骤6，将所述第二中间产物置于所述氧化石墨烯分散液中，置于恒温磁力搅拌器上反应，并对反应结束后所得的固体产物进行超声清洗、干燥，得到多层氧化石墨烯改性微生物载体。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述第一后处理包括：将聚氨酯海绵放入超声波清洗器中震荡洗涤，再用去离子水清洗，得到洁净的聚氨酯载体；将洁净的聚氨酯载体置于烘箱中干燥，得到洁净、干燥的聚氨酯载体。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述震荡洗涤的时间为30～40min。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述照射的时间为30～60min。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤1中，通过所述照射，所述聚氨酯中的酰胺键断裂，羧酸基团形成，得到所述第一中间产物。6.根据权利要求1所述方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：籍国东，王亚芹，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：