專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水質(zhì)凈化用玄武巖纖維載體表面改性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水質(zhì)凈化用玄武巖纖維載體表面改性的方法。
背景技術(shù)：
目前纖維材料應(yīng)用于水處理載體方面較為成熟的是碳纖維材料。通過(guò)碳素纖維具有的高度生物親和性，形成活性生物膜，利用微生物的功能，分解污染物質(zhì)。碳纖維是一種理想的生物載體，使用效果好，已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注，并有較多成功的工程應(yīng)用案例。但是，碳纖維雖然性能好，但是價(jià)格高，性?xún)r(jià)比較低，不能得到市場(chǎng)廣泛接受。本發(fā)明所采用的玄武巖纖維(BFs)是一種綠色環(huán)保高性能無(wú)機(jī)硅酸鹽纖維，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過(guò)漏板快速拉制而成的。玄武巖石料的成分非常復(fù)雜，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧·化鈣、二氧化鈦等多種氧化物組成。玄武巖纖維與碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)等高技術(shù)纖維相比，除了具有高技術(shù)纖維高強(qiáng)度、高模量的特點(diǎn)外，玄武巖纖維還具有耐高溫性佳、抗氧化、抗輻射、絕熱隔音、過(guò)濾性好、抗壓縮強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度高、適應(yīng)于各種環(huán)境下使用等優(yōu)異性能，且性?xún)r(jià)比好，是一種純天然的無(wú)機(jī)非金屬材料。玄武巖纖維作為水質(zhì)凈化用載體材料目前還是空白領(lǐng)域，玄武巖纖維已經(jīng)具備了作為水質(zhì)凈化用載體的一般性能，但是為了更好提高其表面微生物附著性，需要對(duì)其表面進(jìn)行改性處理。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水質(zhì)凈化用玄武巖纖維載體表面改性的方法，提高其表面微生物附著性。技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案—種水質(zhì)凈化用玄武巖纖維載體表面改性的方法，它包括如下步驟(I)刻蝕將需要表面改性處理的玄武巖纖維束置入濃度為I. O 2. OmoI/L的醋酸溶液中I. O 2. Oh ;然后將玄武巖纖維束取出用去離子水沖洗多次，至沖洗水的pH值為
6.5 7. 5，待用；(2)高級(jí)氧化處理在去離子水中持續(xù)通入濃度為8 15mg/L的O3氣體；然后在去離子水中加入H2O2，去離子水中的H2O2的加入量為2. 4 3. 6ml/L，然后調(diào)節(jié)H2O2水溶液的pH值為7. 5 8. 5 ;將經(jīng)過(guò)步驟(I)刻蝕后的纖維束放置在H2O2水溶液中，反應(yīng)30 45min ;然后將玄武巖纖維束取出用去離子水沖洗多次，至沖洗水pH值為6. 5
7.5，待用；(3)將濃度為O. 5 O. 8mo VLFeCl3溶液用NaOH溶液調(diào)至pH為6. 5 7. 5，形成Fe (OH) 3膠體懸浮液；將經(jīng)過(guò)步驟(2)高級(jí)氧化處理后玄武巖纖維束置于Fe (OH) 3膠體懸浮液中靜置30 45min ;然后將玄武巖纖維取出用去離子水沖洗多次，至沖洗水pH為6. 5
7.5，再將去離子水沖洗后的玄武巖纖維置于溫度為100 120°C恒溫干燥箱中烘干I 2h即可。其中，步驟(2)持續(xù)通入O3氣體3 8min。
有益效果本發(fā)明采用酸刻蝕、高級(jí)氧化和陽(yáng)離子沉積的方法對(duì)玄武巖纖維載體表面進(jìn)行處理，可以有效地提高其表面粗糙度，增加了微生物與載體間的有效接觸面積，有利于微生物在其表面附著和固定；可以顯著增加玄武巖纖維表面含氧官能團(tuán)，使得玄武巖纖維表面潤(rùn)濕性增加，有利于親水性細(xì)菌易于擴(kuò)散到載體表面，增加附著幾率；可以提升載體表面電位并帶正電荷，利用靜電吸力促進(jìn)微生物固定，有利于微生物載體表面固定化，總體改善玄武巖纖維載體表面微生物附著性，載體生物膜量提高30%以上，將有更高生物量的微生物參與實(shí)際水質(zhì)凈化中，提高其應(yīng)用于生物膜法水質(zhì)凈化效率。
具體實(shí)施例方式根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好的理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書(shū)中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。(I)刻蝕首先將需要表面改性處理的玄武巖纖維束置入濃度為I 2mol/L醋酸溶液中處理I 2h。利用醋酸的刻蝕作用，使原來(lái)表面較為光滑的纖維巖纖維表面變得粗 糙，增加待附著微生物細(xì)菌與纖維載體接觸面積；然后將玄武巖纖維束取出用去離子水沖洗多次至沖洗水pH為6. 5 7. 5，待用。首先通過(guò)酸刻蝕使得原本較光滑的玄武巖纖維表面變得粗糙，增加了微生物與載體間的有效接觸面積，有利于微生物在其表面附著和固定。(2)高級(jí)氧化處理在去離子水中持續(xù)通入濃度為8 15mg/L左右的O3氣體3 8min ;然后在去離子水中添加H2O2，去離子水中的H2O2的加入量為2. 4 3. 6ml/L，然后調(diào)節(jié)H2O2水溶液的pH值為7. 5 8. 5 ;將步驟(I)經(jīng)過(guò)醋酸刻蝕后的纖維束置入H2O2溶液中，反應(yīng)30 45min ;主要利用高級(jí)氧化反應(yīng)增強(qiáng)纖維表面羥基含氧官能團(tuán)，使得玄武巖纖維表面潤(rùn)濕性增加；然后將玄武巖纖維束取出用去離子水沖洗多次，至沖洗水PH值為6. 5
7.5，待用。高級(jí)氧化體系中有較高濃度的羥自由基，其與玄武巖纖維表面的Si結(jié)合形成Si-OH基團(tuán)，顯著增加玄武巖纖維表面含氧官能團(tuán)，使得玄武巖纖維表面潤(rùn)濕性增加，有利于親水性細(xì)菌易于擴(kuò)散到載體表面。而載體表面含氧官能團(tuán)顯著增加時(shí)，載體表面呈現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)電性，一般水環(huán)境下微生物細(xì)菌由于氨基酸的電離作用顯負(fù)電性，由于同種電荷間的排斥作用，將削弱微生物細(xì)菌和載體間固著力。因而需要改變載體表面電性，使其表面具有正電性，將使得微生物細(xì)菌因異性電荷相吸附著固定于載體表面，提高吸附生物膜量。(3)表面沉積陽(yáng)離子將濃度為O. 5 O. 8mol/LFeCl3 溶液用 O. lmol/L NaOH 調(diào)至 pH 為 6. 5 7. 5，形成Fe (OH) 3膠體懸浮液；將步驟(2)高級(jí)氧化處理后玄武巖纖維束置于Fe (OH) 3膠體懸浮液中30 45min。陽(yáng)離子Fe3+沉積于纖維載體表面,載體表面電位升高,載體表面帶正電荷，利用靜電吸力促進(jìn)微生物固定，有利于生物固定過(guò)程的進(jìn)行。然后將玄武巖纖維取出用去離子水沖洗多次，至沖洗水pH為6. 5 7. 5，再將去離子水沖洗后的玄武巖纖維置于溫度為100 120°C恒溫干燥箱中烘干I 2h即可。本發(fā)明采用陽(yáng)離子沉積法，將前面高級(jí)氧化處理后的玄武巖纖維置于Fe(0H)3膠體懸浮溶液中，使得Fe3+沉積于玄武巖纖維載體表面，前面高級(jí)氧化處理提高了載體表面親水性以及產(chǎn)生的極性官能團(tuán)為正電荷沉積提供了有利于陽(yáng)離子沉積的條件，改性后表面有金屬Fe3+離子的存在，載體表面電位升高，載體表面帶正電荷，利用靜電吸力促進(jìn)微生物固定，有利于生物固定化過(guò)程的進(jìn)行。通過(guò)玄武巖纖維載體表面改性，使其具有良好的親水性和微生物負(fù)載性能，使之能夠負(fù)載更大的生物量，且長(zhǎng)時(shí)間保持較高的微生物活性，從而實(shí)現(xiàn)更有效通過(guò)生物膜法去除水體中污染物，同時(shí)也拓展玄武巖纖維應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。實(shí)施例I :(I)水處理試驗(yàn)用的載體為直徑7 μ m、規(guī)格為IK的玄武巖纖維束長(zhǎng)度30cm，置入500mL燒杯中處理I. 5h，其中醋酸濃度為2mol/L，體積為300mL。然后鑷子將玄武巖纖維束取出，順直放置于平板上，用去離子水沿纖維束方向沖
洗多次，同時(shí)測(cè)試沖洗水的PH值，待沖洗水pH值為7. 0，停止沖洗，待用。(2)準(zhǔn)備03/H202高級(jí)氧化裝置，反應(yīng)器為500mL燒杯，放置300mL去離子水。臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的O3濃度的為15mg/L左右，O3氣體通過(guò)砂芯曝氣頭曝入燒杯中，開(kāi)始曝入O3，穩(wěn)定5min后；用鑷子將步驟(I)刻蝕處理過(guò)的玄武巖纖維束放入燒杯內(nèi)，再加入濃度為30%H202溶液2. 4mL,同時(shí)用O. ImoI/LNaOH調(diào)整pH為8. O,反應(yīng)30min，關(guān)閉臭氧發(fā)生器。然后鑷子將玄武巖纖維束取出，順直放置于平板上，用去離子水沿纖維束方向沖洗多次，同時(shí)測(cè)試沖洗水PH值，待沖洗水pH為7. O左右停止沖洗，待用。(3)將 O. 5mol/LFeCl3 溶液 300mL 放置于 500mL 的燒杯中，用 O. ImoI/LNaOH 調(diào)至pH為7. 0，形成Fe (OH) 3膠體懸浮液；用鑷子將步驟(2)高級(jí)氧化處理的玄武巖纖維束放置燒杯中，靜置30min，然后用鑷子將玄武巖纖維束取出，順直放置于平板上，用去離子水沿纖維束方向沖洗多次，同時(shí)測(cè)試沖洗水的PH值，待沖洗水pH為7. O停止沖洗，再將其置于溫度為120°C恒溫干燥箱中烘干I. 5h備用。用表面改性后的玄武巖纖維作載體進(jìn)行接種掛膜實(shí)驗(yàn)，用生物膜COD值反映載體上附著生物膜量。用兩個(gè)燒杯500mL燒杯,分別放置表面改性的玄武巖纖維束和未改性的玄武巖纖維束，接種二沉池污泥，曝氣24小時(shí)。24小時(shí)后取出玄武巖纖維束，先用去離子水沖洗，洗去表面附著的非生物雜質(zhì)，將洗凈的玄武巖纖維束放入燒杯中，加入適量的去離子水和微型玻璃珠，超聲處理20min，處理完畢后，將液體移入IOOml錐形瓶中，用去離子水定容，獲得IOOml菌液。分別測(cè)試定容后菌液COD值。表面改性的玄武巖纖維束和未改性的玄武巖纖維束所附著生物膜COD分別為368mg/L和284mg/L，提高了 30%。實(shí)驗(yàn)表明改性后的玄武巖纖維表面更易于微生物附著，并生長(zhǎng)形成高的生物膜量，為利用其提高水處理能力奠定了基礎(chǔ)。實(shí)施例2 (I)水處理試驗(yàn)用的載體是直徑為7 μ m、規(guī)格為IK的玄武巖纖維束長(zhǎng)度30cm，置入500mL燒杯中處理2. 0h，其中醋酸濃度為lmol/L，體積為300mL ;然后鑷子將玄武巖纖維束取出，順直放置于平板上，用去離子水沿纖維束方向沖洗多次，同時(shí)測(cè)試沖洗水的PH值，待沖洗水PH值為7. 5，停止沖洗，待用。(2)準(zhǔn)備03/H202高級(jí)氧化裝置，反應(yīng)器為500mL燒杯，放置300mL去離子水，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的O3氣體濃度為8mg/L左右，O3氣體通過(guò)砂芯曝氣頭曝入燒杯中，開(kāi)始曝入O3穩(wěn)定4min后，用鑷子將步驟(I)刻蝕處理過(guò)的玄武巖纖維束放入燒杯內(nèi)，再加入濃度為30%的H2O2溶液3. 6mL，同時(shí)用O. lmol/L NaOH調(diào)整pH為8. 0，反應(yīng)45min，關(guān)閉臭氧發(fā)生器。然后鑷子將玄武巖纖維束取出，順直放置于平板上，用去離子水沿纖維束方向沖洗多次，同時(shí)測(cè)試沖洗水PH值，待沖洗水pH為7. 5停止沖洗，待用。(3)將 O. 6mol/LFeCl3 溶液 300mL 放置于 500mL 的燒杯中，用 O. ImoI/LNaOH 調(diào)至pH為7. 5，形成的Fe(OH)3膠體懸浮液，用鑷子將步驟(2)高級(jí)氧化處理后的玄武巖纖維束放置在燒杯中，靜置45min，然后用鑷子將玄武巖纖維束取出，順直放置于平板上，用去離子水沿纖維束方向沖洗多次，同時(shí)測(cè)試沖洗水PH值，待沖洗水pH為7. 5停止沖洗，再將其置于溫度為100°C恒溫干燥箱中烘干2. Oh備用。用表面改性后的玄武巖纖維作載體進(jìn)行接種掛膜實(shí)驗(yàn)，用生物膜COD值反映載體上附著生物膜量。用兩個(gè)燒杯500mL燒杯,分別放置表面改性的玄武巖纖維束和未改性的玄武巖纖維束，接種二沉池污泥，曝氣24小時(shí)。24小時(shí)后取出玄武巖纖維束，先用去離子水沖洗，洗去表面附著的非生物雜質(zhì)，將洗凈的玄武巖纖維束放入燒杯中，加入適量的去離子水和微型玻璃珠，超聲處理20min，處理完畢后，將液體移入IOOml錐形瓶中，用去離子水定容，獲得IOOml菌液。分別測(cè)試定容后菌液COD值。表面改性的玄武巖纖維束和未改性的·玄武巖纖維束所附著生物膜COD分別為395mg/L和276mg/L，提高了 43%。實(shí)驗(yàn)表明改性后的玄武巖纖維表面更易于微生物附著，并生長(zhǎng)形成高的生物膜量，為利用其提高水處理能力奠定了基礎(chǔ)。實(shí)施例3 (I)水處理試驗(yàn)用的載體為直徑7 μ m、規(guī)格為IK的玄武巖纖維束長(zhǎng)度30cm，置入500mL燒杯中處理lh，其中醋酸濃度為I. 5mol/L，體積為300mL。然后用鑷子將玄武巖纖維束取出，順直放置于平板上，用去離子水沿纖維束方向沖洗多次，同時(shí)測(cè)試沖洗水pH值，待沖洗水pH為6. 5，停止沖洗，待用。(2)準(zhǔn)備03/H202高級(jí)氧化裝置，反應(yīng)器為500mL燒杯，放置300mL去離子水，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的O3氣體濃度為12mg/L左右，O3氣體通過(guò)砂芯曝氣頭曝入燒杯中，開(kāi)始曝入O3,穩(wěn)定Smin后；用鑷子將步驟(I)刻蝕處理過(guò)的玄武巖纖維束放入燒杯內(nèi)，再加入濃度為30%H202溶液3. OmL,同時(shí)用O. lmol/L NaOH調(diào)整pH為8. O,反應(yīng)45min，關(guān)閉臭氧發(fā)生器。然后鑷子將玄武巖纖維束取出，順直放置于平板上，用去離子水沿纖維束方向沖洗多次，同時(shí)測(cè)試沖洗水PH值，待沖洗水pH為6. 5停止沖洗，待用。(3)將 O. 6mol/LFeCl3 溶液 300mL 放置于 500mL 的燒杯中，用 O. ImoI/LNaOH 調(diào)至pH為6. 5，形成的Fe(OH)3膠體懸浮液，用鑷子將步驟(2)高級(jí)氧化處理過(guò)的玄武巖纖維束放置燒杯中，靜置40min，然后鑷子將玄武巖纖維束取出，順直放置于平板上，用去離子水沿纖維束方向沖洗多次，同時(shí)測(cè)試沖洗水PH值，待沖洗水pH為6. 5停止沖洗，再將其置于溫度為110°C恒溫干燥箱中烘干I. 5h備用。用表面改性后的玄武巖纖維作載體進(jìn)行接種掛膜實(shí)驗(yàn)，用生物膜COD值反映載體上附著生物膜量。用兩個(gè)燒杯500mL燒杯,分別放置表面改性的玄武巖纖維束和未改性的玄武巖纖維束，接種二沉池污泥，曝氣24小時(shí)。24小時(shí)后取出玄武巖纖維束，先用去離子水沖洗，洗去表面附著的非生物雜質(zhì)，將洗凈的玄武巖纖維束放入燒杯中，加入適量的去離子水和微型玻璃珠，超聲處理20min，處理完畢后，將液體移入IOOml錐形瓶中，用去離子水定容，獲得IOOml菌液。分別測(cè)試定容后菌液COD值。表面改性的玄武巖纖維束和未改性的玄武巖纖維束所附著生物膜COD分別為384mg/L和287mg/L，提高了 34%。實(shí)驗(yàn)表明改性后 的玄武巖纖維表面更易于微生物附著，并生長(zhǎng)形成高的生物膜量，為利用其提高水處理能力奠定了基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種水質(zhì)凈化用玄武巖纖維載體表面改性的方法，其特征在于它包括如下步驟 (O刻蝕將需要表面改性處理的玄武巖纖維束置入濃度為I. O 2. Omol/L的醋酸溶液中I. O 2. Oh ;然后將玄武巖纖維束取出用去離子水沖洗多次，至沖洗水的pH值為6.5 7. 5，待用； (2)高級(jí)氧化處理在去離子水中持續(xù)通入濃度為8 15mg/L的O3氣體；然后在去離子水中加入H2O2,去離子水中的H2O2的加入量為2. 4 3. 6ml/L,然后調(diào)節(jié)H2O2水溶液的pH值為7. 5 8. 5 ; 將經(jīng)過(guò)步驟(I)刻蝕后的纖維束放置在H2O2水溶液中，反應(yīng)30 45min ； 然后將玄武巖纖維束取出用去離子水沖洗多次，至沖洗水PH值為6. 5 7. 5，待用； (3)將濃度為O.5 O. 8mol/LFeCl3溶液用NaOH溶液調(diào)至pH為6. 5 7. 5，形成Fe (OH)3膠體懸浮液；將經(jīng)過(guò)步驟(2)高級(jí)氧化處理后玄武巖纖維束置于Fe (OH)3膠體懸浮液中靜置 30 45min ； 然后將玄武巖纖維取出用去離子水沖洗多次，至沖洗水pH為6. 5 7. 5，再將去離子水沖洗后的玄武巖纖維置于溫度為100 120°C恒溫干燥箱中烘干I 2h即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種水質(zhì)凈化用玄武巖纖維載體表面改性的方法，其特征在于步驟(2)持續(xù)通入O3氣體3 8min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水質(zhì)凈化用玄武巖纖維載體表面改性的方法，包括如下步驟首先通過(guò)酸刻蝕使得原本較光滑的玄武巖纖維表面變得粗糙，有利于微生物在其表面附著和固定；再通過(guò)高級(jí)氧化反應(yīng)使玄武巖纖維表面形成Si-OH基團(tuán)，顯著增加玄武巖纖維表面含氧官能團(tuán)，從而增強(qiáng)玄武巖纖維表面潤(rùn)濕性；再采用陽(yáng)離子沉積法，使得Fe3+沉積于玄武巖纖維載體表面，載體表面電位升高，載體表面帶正電荷，利用靜電吸力促進(jìn)微生物在纖維表面固定；通過(guò)玄武巖纖維載體表面改性，使其具有良好的親水性和微生物負(fù)載性能，使之能夠負(fù)載更多的生物量，且長(zhǎng)時(shí)間保持較高的微生物活性，從而實(shí)現(xiàn)更有效通過(guò)生物膜法去除水體中污染物。
文檔編號(hào)C02F3/10GK102887585SQ201210396160
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者吳智仁, 張波, 蔣素英, 徐崗, 徐暢 申請(qǐng)人:艾特克控股集團(tuán)有限公司