[发明专利]一种污/废水处理用微米级无机玄武岩纤维载体表面改性方法

说明书

本发明属于污/废水处理生物膜载体技术领域，涉及微米级无机玄武岩纤维载体的改性，尤其涉及污/废水处理用微米级无机玄武岩纤维载体的表面改性的方法。本发明首先用索氏萃取法去除纤维原涂层，然后用稀碱溶液刻蚀，再用30%双氧水溶液浸泡1～3 h活化，用亲水性阳离子溶液在20～60℃喷涂或浸润，最后经接枝干燥即得。通过对玄武岩纤维载体表面改性，使玄武岩纤维载体材料亲水性且带有弱正电位，降低载体与微生物间的相互作用势垒，使微生物更易附着在载体表面，提高其生物亲和性，使载体负载更多的生物量，促使更多的微生物参与到污/废水的净化过程中，提高净化效率。本发明所述方法操作简便，易于推广，可应用于污/废水处理，适于工业化生产。

技术领域

本发明属于污/废水处理生物膜载体技术领域，涉及微米级无机玄武岩纤维载体的改性，尤其涉及一种污/废水处理用微米级无机玄武岩纤维载体表面改性的方法。

背景技术

生物膜法具有占地面积小、生物量大、生物种类多样化等优点而广泛应用于污/废水处理工艺中。生物膜载体是生物膜法的核心，可直接影响污/废水处理工艺的效能。生物膜载体表面上的微生物吸附量和生物膜的形成速度与载体的材质息息相关。材质表面的亲水性、表面电位和电荷量对细菌的附着、生物活性有着重要的关联性。由于细菌细胞膜中含有大量的羧基和磷酸基团等官能团，生物膜中的大多数细菌在中性条件下表现为负电位。而传统的载体材料也表现为负电位，因此载体与微生物间的相互作用势垒较高，而微生物只有克服表面的势垒屏障才可以吸附在载体表面。同其他传统的纤维类载体材料相比，玄武岩纤维(BF)具有纤维类载体材料和无机载体材料二者的优点，是一种新型环保的微米级无机纤维材料。中国专利《一种水体净化用生物载体》(CN104176822A)揭示了玄武岩纤维可作为水质净化用生物膜载体材料，且具有使用寿命长、比表面积大、纤维丝的利用效率高等优点。然而，BF表面较光滑、呈现疏水性(接触角为120°左右)、电负性(Zeta电位＝-17.64mv)，这些因素均不利于微生物的初始粘附及其后续生物膜的形成。如何实现BF载体的快速挂膜、提高BF的生物亲和性仍是一个亟待解决的难题。因此，本发明提出通过对BF进行表面改性处理，使得BF表面同时具有较好的亲水性和弱正电性，降低BF载体表面与微生物间的作用势能，提升BF的生物亲和性，实现BF表面的快速挂膜，缩短生物反应器的启动时间，负载更多的微生物，使得更多微生物参与到水质净化中，提高污/废水处理效能。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于克服现有BF载体技术的不足，通过对BF载体材料的表面改性，获得亲水/亲电型的微米级无机玄武岩纤维载体材料，可降低与微生物间的相互作用势垒，提高其生物亲和性和微生物的附着能力，实现BF载体材料的快速挂膜。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种污/废水处理用微米级无机玄武岩纤维载体表面改性的方法，包括如下步骤：

(1)预处理：采用索氏萃取法，溶剂为石油醚或丙酮，萃取温度为65～80℃，萃取时间为24～48h，去除市售玄武岩纤维表面原有的浸润涂层；然后将其浸泡在稀碱溶液中，30～45℃下浸泡0.5～2h，温度优选40℃，时间优选1h；随后将碱刻蚀后的纤维浸泡在双氧水溶液中活化，浸泡时间为1～3h，优选2h，浸泡温度为100～140℃，优选125℃，得到预处理后的玄武岩纤维；

(2)喷涂或浸润：将0.01～1.50wt.％亲水性阳离子型试剂、4.00～15.00wt.％粘合剂、0.50～1.00wt.％硅烷偶联剂和去离子水搅拌混合均匀，得到亲水性阳离子溶液；将预处理后的玄武岩纤维喷涂或浸润在所述亲水性阳离子溶液中形成涂层，使纤维表面呈现亲水性且带弱正电性，所述涂层厚度0.01～1μm，温度为20～60℃，优选45℃；

(3)接枝干燥：将喷涂或浸润后的玄武岩纤维置于60～80℃下恒温烘干，干燥温度优选75℃，在干燥过程中，因活化后的玄武岩纤维表面带有大量的羟基，羟基与涂层中的偶联剂相连，从而将涂层接枝到玄武岩纤维表面，得到稳定的污/废水处理用微米级无机玄武岩纤维载体。