一种复合生物填料及制备方法与流程

本技术涉及除臭填料，尤其是涉及一种复合生物填料及制备方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断发展，污水处理厂、污水提升泵站、垃圾中转站、垃圾填埋场等市政处理设施距离人们的生活区越来越近，这些设施在运行过程中产生的恶臭废气已成为影响人们正常生活的一个重要因素。

2、目前多采用的生物除臭方法可在常温(10℃-40℃)和常压下进行，与物理和化学技术相比，过程中不需添加化学物质，成本更低，操作更简单。它是利用微生物的生物化学作用将恶臭物质吸收转化成供自身生长的营养物质并代谢出体外，以达到去除臭味的目的，并且臭气的最终产物主要是水、二氧化碳、盐类等，不会造成二次污染。

3、填料是生物过滤装置的核心部件之一，是微生物附着生长、物质传递的载体，其性能直接影响着废气的净化效果。常用的填料有泥质类填料、木质类填料、烧结类惰性填料、塑料填料等。

4、泥质类填料，如土壤、堆肥、泥炭等，使用一段时间后易被压实而导致阻力大，并且泥质矿物经微生物分解形成的细小颗粒易随液相流失；木质类填料(木屑、树皮等)的植物纤维易腐烂，运行一段时间后易发生塌陷；陶粒、珍珠岩等烧结类惰性填料则缺少养分、空隙率低、成本较高。

5、塑料填料，如聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚四氟乙烯(ptfe)等由于具有质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎等优点，可以制成薄壁结构；同时具有的通量大、压降低特点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。然而塑料填料具有的高孔隙率和疏水表面特点，使得水和微生物难以进入载体内部，造成了挂膜缓慢，生物膜容易脱落，进而导致空气除臭效果不佳。

6、因此急需提供一种亲水性和生物亲和性优异以及强度高的生物填料。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一种技术问题，开发一种亲水性和生物亲和性优异以及强度高的生物填料，本技术提供一种复合生物填料及制备方法。

2、一方面，本技术提供的一种复合生物填料，包括a组分和b组分；其中，所述a组分包括以下重量份数原料：聚丙烯30-52份，聚氯乙烯35-45份，聚乙烯醇15-25份，表面活性剂2-10份，抗氧化剂1-5份和聚乳酸/羟基磷灰石复合材料0.5-2.2份；

3、所述b组分包括以下浓度原料：酸性高锰酸钾溶液由包括重量比为1:1.6-2.1:15-22的高锰酸钾、硫酸和去离子水制备得到，盐酸的浓度为5.5-6.4mol/l，磷酸盐缓冲溶液的浓度为0.01-0.03mol/l，戊二醛溶液的浓度为4.5-6.2wt％和明胶蛋白溶液的浓度为0.8-1.2g/l。

4、通过采用上述技术方案，本技术采用特定的原料制备的复合生物填料综合性能优异，接触较小，崩解率低，除臭率高，具有优异的亲水性、生物亲和性以及较高的强度，可以有效提高对空气除臭的能力；

5、本技术采用的聚乳酸/羟基磷灰石复合材料可以有效地提高填料的生物活性以及填料的机械强度，由于聚乳酸和羟基磷灰石的分子结构中都含有羟基等亲水基团，因此复合材料的亲水性能较好，有助于提高生物填料的水润湿性和生物相容性，有利于生物菌群的粘附和生长；本技术采用特定的b组分，使得填料基材经氧化处理后，提高了填料表面的粗糙度、表面积以及降低表面的接触角，有利于改善其亲水性能；同时，再进行明胶蛋白接枝改性，使主干聚合物与具有极性基团的单体在侧链上发生聚合反应，形成接枝共聚物，使得改性后的填料具有优异的亲水性，有利于生物菌群附着。

6、可选的，所述a组分包括以下重量份数原料：聚丙烯40-45份，聚氯乙烯38-42份，聚乙烯醇18-20份，表面活性剂4-6份，抗氧化剂2-4份和聚乳酸/羟基磷灰石复合材料1.2-1.5份。

7、通过采用上述技术方案，本技术采用更优配比的a组分，制备的复合填料综合性能更加优异。

8、可选的，所述聚乙烯醇为氨基化聚乙烯醇衍生物。

9、可选的，所述氨基化聚乙烯醇衍生物的分子量为4000-10000。

10、通过采用上述技术方案，本技术选取特定的氨基化聚乙烯醇衍生物一种具有氨基和聚乙二醇基团的化合物，它可以通过化学反应将聚乙二醇链引入到塑料表面，从而改善塑料的亲水性能和生物亲和性能；氨基化聚乙二醇行生物的亲水性基团可以与水分子相互作用，增加塑料表面的水润湿性，从而提高塑料的亲水性能；同时，氨基化聚乙二醇衍生物的氨基可以与生物分子相互作用，促进细胞粘附、增殖和分化等生物反应，从而提高塑料的生物亲和性能，有利于生物菌群附着；

11、本技术选取特定的分子量的氨基化聚乙烯醇衍生物制备的生物填料综合性能更加优异。

12、可选的，所述表面活性剂选自聚丙烯酰胺和聚醚改性硅油中的一种或两种。

13、可选的，所述表面活性剂选自聚丙烯酰胺和聚醚改性硅油，所述聚丙烯酰胺和所述聚醚改性硅油的重量比为1:0.6-1。

14、通过采用上述技术方案，本技术选去特定的聚丙烯酰胺和聚醚改性硅油作为表面活性剂，可以有效地提高复合填料的亲水性能和生物相容性，以及形成更加致密和坚固的填料结构；同时采用特定配比的聚丙烯酰胺和聚醚改性硅油可以有效地改善生物填料的亲水性和生物亲和性，避免过多的表面活性剂对生物填料的生物活性产生负面影响。

15、另一方面，本技术提供一种复合生物填料的制备方法，包括以下步骤：

16、s1、取聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、表面活性剂、抗氧化剂和聚乳酸/羟基磷灰石复合材料混合搅拌后，进行注塑处理，得到填料基材；

17、s2、将所述填料基材进行化学氧化处理，所述化学氧化处理的工艺为，将所述的填料基材在连续曝气条件下，浸泡在酸性高锰酸钾溶液中，后取出，用盐酸溶液洗涤直至洗去表面的褐色层为止，然后用磷酸盐缓冲溶液充分洗涤直至洗涤后的溶液呈中性，得到氧化填料基材；

18、s3、将氧化填料基材进行改性接枝处理，所述改性接枝处理工艺为，将氧化填料基材先浸泡在戊二醛溶液中，再浸泡在明胶蛋白溶液中，后用去离子水洗涤晾干，得到所述复合生物填料。

19、通过采用上述技术方案，本技术复合生物填料的制备方法操作简单，可工业化生产，同时采用的化学氧化工艺和改性接枝工艺，均具有方法简单、反应周期短、反应区域易控制特点，制备得到的复合填料综合性能优异，比表面积大，结构稳定，经过改性后表面粗糙度上升，有利于生物菌群附着。

20、可选的，所述s2中，在酸性高锰酸钾溶液中浸泡的时间为3.5-4.2h，浸泡温度为45-55℃。

21、可选的，所述s3中，在戊二醛溶液中浸泡的时间为20-30h，浸泡温度为35-40℃。

22、可选的，所述s3中，在明胶蛋白溶液中浸泡的时间为20-30h，

23、浸泡温度为35-40℃。

24、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

25、1.本技术采用特定的原料制备的复合生物填料综合性能优异，具有优异的亲水性、生物亲和性以及较高的强度，可以有效提高对空气除臭的能力；

26、2.本技术采用的聚乳酸/羟基磷灰石复合材料可以有效地提高填料的生物活性，由于聚乳酸和羟基磷灰石的分子结构中都含有羟基等亲水基团，因此复合材料的亲水性能较好，有助于提高生物填料的水润湿性和生物相容性，有利于生物菌群的粘附和生长；同时提高生物填料的生物相容性和生物亲和性；

27、3.本技术采用特定的b组分，使得填料基材经氧化处理后，提高了填料表面的粗糙度、表面积以及降低表面的接触角，有利于改善其亲水性能；同时，再进行明胶蛋白接枝改性，使主干聚合物与具有极性基团的单体在侧链上发生聚合反应，形成接枝共聚物，使得改性后的填料具有优异的亲水性，有利于生物菌群附着；

28、4.本技术复合生物填料的制备方法操作简单，可工业化生产，同时采用的化学氧化工艺和改性接枝工艺，均具有方法简单、反应周期短、反应区域易控制特点，制备得到的复合填料综合性能优异，比表面积大，结构稳定，经过改性后表面粗糙度上升，有利于生物菌群附着。