一种可生物降解聚合物与碱处理木质纤维素材料复合的缓释碳源的制备方法和应用

本发明属于复合碳源制备，具体涉及一种可生物降解聚合物与碱处理木质纤维素材料复合的缓释碳源的制备方法和应用。

背景技术：

1、生物反硝化常用的碳源如甲醇、乙醇、醋酸盐等可溶性碳源的投加量难以控制，供应不足或过量都会给出水质量带来负面影响。另外，可溶性碳源的加药系统将增加额外的成本。于是，一些研究者将研究方向转向固体碳源。目前，研究较多的固体碳源主要有天然的农业废弃物以及合成的可生物降解聚合物(biodegradable polymers，bdps)等。农业废弃物如木屑、玉米芯、稻壳、稻草等作为碳源，具有价格低廉、材料易得、无二次污染、无生物毒性等优点，不仅可以作为碳源，其粗糙的表面还可以作为生物膜载体。但其存在前期释碳过度后期释碳不足释碳速率不稳定的弊端。bdps是近年来新兴的碳源，其可生物降解、释碳稳定、脱氮效率高、操作维护简单，成为固体碳源的研究热点。其中，尤其以poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)(phbv)性能突出。但高昂的成本限制了其广泛应用。

2、水产养殖水体中的无机氮(氨氮nh4+-n、亚硝酸盐氮no2--n、硝酸盐氮no3--n)主要来自于残留的饲料、动物粪便及代谢物、动物尸体等。其中，nh4+-n和no2--n对水产动物的毒害比较大，是养殖过程中必须严格控制的指标。对于no3--n，人们通常认为其对水产动物影响轻微而加以忽略，实际上，积累过高的no3--n同样会对动物的健康造成威胁。而且，高浓度no3--n的养殖尾水如果不经处理而排放，可能导致水环境的富营养化。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的是提供了一种可生物降解聚合物与碱处理木质纤维素材料复合的缓释碳源的制备方法和应用。

2、本发明目的是通过以下方式实现：

3、本发明提供一种可生物降解聚合物与碱处理木质纤维素材料复合的缓释碳源的制备方法，主要包括以下步骤：

4、(1)将木质纤维素材料粉碎，获得直径为0.1-1mm的木质纤维素颗粒；

5、(2)将步骤(1)得到的木质纤维素颗粒加入到碱性溶液浸泡16-48h，冲洗，调ph至中性，过滤后烘干；

6、(3)将步骤(2)得到的产物与phbv颗粒按质量比为1:3-3:1的比例混合均匀；

7、(4)将步骤(3)得到的物料经双螺杆挤出机挤出，空气冷却，得到直径为3-4mm的连续样条；

8、(5)将步骤(4)得到的连续样条切割成柱状颗粒，即得到复合缓释碳源。

9、基于上述技术方案，进一步的，步骤(1)中所述的木质纤维素材料包括木材和秸秆。

10、基于上述技术方案，进一步的，步骤(2)中所述的碱性溶液的浓度为1-10wt％，木质纤维素颗粒与碱性溶液的质量比为1:1-1:10，碱性溶液的溶质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种以上的混合物。

11、基于上述技术方案，进一步的，步骤(2)中所述的冲洗具体为使用纯水冲洗，烘干温度为40-80℃，烘干时间为12-48h。

12、基于上述技术方案，进一步的，步骤(3)中所述的phbv颗粒的粒径为1-5mm。

13、基于上述技术方案，进一步的，步骤(3)中所述步骤(2)得到的产物与phbv颗粒的质量比为1:1。

14、基于上述技术方案，进一步的，步骤(4)中挤出温度为180-195℃。

15、基于上述技术方案，进一步的，步骤(5)中柱状颗粒的长度为3-7mm。

16、本发明另一方面提供上述的制备方法得到的复合缓释碳源。

17、本发明还提供上述的复合缓释碳源在污水脱氮中的应用。

18、基于上述技术方案，进一步的，所述的污水包括生活污水和海水养殖的废水。

19、本发明相对于现有技术具有的有益效果如下：

20、农业废弃物具有作为碳源的可能性，且有成本优势，但由多糖(纤维素和半纤维素)和木质素组成的复杂结构不利于微生物利用，本发明对木质纤维素材料进行碱处理，可以分离出纤维素和半纤维素，从而提高其生物降解性，同时，纤维素和半纤维素分解产生的组分更容易被微生物利用，将碱处理后的木质纤维素材料与可生物降解聚合物phbv颗粒按比例混合后经双螺杆挤出机挤出，冷却后切割成柱状颗粒，得到复合碳源材料，将其用于去除养殖水中的nh4+-n、no2--n、no3--n，平均去除率分别达到90.8％、92.4％、98.5％，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种可生物降解聚合物与碱处理木质纤维素材料复合的缓释碳源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的木质纤维素材料包括木材和秸秆。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的碱性溶液的浓度为1-10wt％，木质纤维素颗粒与碱性溶液的质量比为1:1-1:10，碱性溶液的溶质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的冲洗具体为使用纯水冲洗，烘干温度为40-80℃，烘干时间为12-48h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的phbv颗粒的粒径为1-5mm；所述步骤(2)得到的产物与phbv颗粒的质量比为1:1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中挤出温度为180-195℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中柱状颗粒的长度为3-7mm。

8.权利要求1-7任一项所述的制备方法得到的复合缓释碳源。

9.权利要求8所述的复合缓释碳源在污水脱氮中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的污水包括生活污水和海水养殖的废水。

技术总结
本发明公开了一种可生物降解聚合物与碱处理木质纤维素材料复合的缓释碳源的制备方法和应用，属于复合碳源制备技术领域。本发明将木质纤维素材料粉碎，将得到的木质纤维素颗粒加入到碱性溶液浸泡16‑48h，冲洗，调pH至中性，过滤后烘干，得到的产物与PHBV颗粒按质量比为1:3‑3:1的比例混合均匀，经双螺杆挤出机挤出，空气冷却，得到直径为3‑4mm的连续样条，切割成柱状颗粒，得到复合缓释碳源，将其用于去除养殖水中的NH<subgt;4</subgt;<supgt;+</supgt;‑N、NO<subgt;2</subgt;<supgt;‑</supgt;‑N、NO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;‑N，平均去除率分别达到90.8％、92.4％、98.5％，具有良好的应用前景。

技术研发人员：韩蕊,周鹏,刘鹰,苏鑫,宋婧,吴英海
受保护的技术使用者：大连海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17