申请日2014.12.24
公开(公告)日2015.04.29
IPC分类号C12N11/10; C02F3/34; C12N11/08
摘要
本发明涉及聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料的制备方法及其处理污水的应用，该制备方法的步骤是：将块状的聚氨酯网泡浸没到含有碳酸钙的PVA溶胶中、用硼酸定型、稀盐酸浸泡，溶出里面碳酸钙、用戊二醛交联，得到聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料，大孔聚乙烯醇附着在聚氨酯泡沫上，具有良好的机械强度、亲水性、传质性，适用于固定化微生物处理废水。
摘要附图
权利要求书
1.聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将聚氨酯网泡切割成块状，清洗，干燥待用;
(2)将聚乙烯醇、碳酸钙、海藻酸钠、水以质量比为(6-8)：(8-10)：(1.2-1.5)：(90-100)的比例混合后，搅拌使其充分溶解，得到白色PVA溶胶，备用;
(3)将步骤(1)得到的块状聚氨酯泡沫浸没在步骤(2)所得白色PVA溶胶内，待溶胶液充满聚氨酯泡沫时放入硼酸饱和溶液中静置定型，形成PVA凝胶块，用水清洗后，置于0.1-1M盐酸溶液中至无气泡产生;
(4)将溶出碳酸钙的聚氨酯泡沫块投入到戊二醛水溶液中发生交联反应;
(5)用水浸泡，清洗至中性，得到具有弹性的聚氨酯-聚乙烯醇复合载体。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料的制备方法，其特征在于步骤(3)的定型所采用的是含3wt%～5wt%氯化钙的饱和硼酸饱和溶液，定型时间20-30h。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料的制备方法，其特征在于步骤(3)是将白色PVA溶胶加热到50℃后浸泡块状聚氨酯泡沫。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料的制备方法，其特征在于步骤(4)的交联反应是加入0.1wt%～0.5wt%的戊二醛水溶液，调节pH至1-2，30℃～40℃交联反应1-2h。
5.权利要求1所得聚氨酯-聚乙烯醇复合载体在处理污染废水的应用。
6.根据权利要求5所得聚氨酯-聚乙烯醇复合载体在处理污染废水的应用，其特征在于
是聚氨酯-聚乙烯醇复合载体吸附固定微生物，并悬浮在水体表面。
说明书
聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料的制备方法及其处理污水的应用
技术领域
本发明涉及聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料的制备方法及其固定化微生物应用，属于生物活性材料领域。
背景技术
20世纪80年代初，固定化微生物技术开始用于处理日趋严重的水污染问题，固定化微生物技术有利于优势菌种的筛选，驯化及固定化，能构成一种高效处理污水的废水处理系统。与一般污水生物处理方法相比，固定化微生物技术具有处理效率高，稳定性好，能纯化和保持优势菌群、微生物负载量大、污泥产量小、固液易分离、以及基建占地少等优点，因此受到广泛关注。
在固定化微生物技术中，用来固定微生物的载体是非常关键的。应用较多的是高分子凝胶类载体，由于高分子凝胶载体耐冲击性能及传质性能不佳，使其应用受到一定的限制，经常采用的高分子凝胶类载体主要有以下两种：(1)天然高分子凝胶载体，如琼脂，角叉莱胶，海藻酸钙等，这类载体一般对生物无毒，对微生物的亲和性能优良，传质性能也较好，但其生物稳定性差，机械强度低，成本高;(2)有机高分子载体，如聚丙烯酰胺凝胶，光硬化树脂，聚丙烯酸凝胶等，这类载体虽然强度较好，但是生物亲和性和传质性能较差，在微生物包埋时对微生物活性产生影响。聚氨酯(PU)泡沫属于高分子聚合物，具有多孔、机械强度大、耐冲击性能好的优点，但密度小不利于悬浮，且亲水性能较差。聚乙烯醇(PVA)凝胶是一种白色凝胶，具有较好的柔韧性、化学反应性(较多活性的羟基基团)和亲水性，但机械强度较弱，耐冲击性能不强。聚氨酯网泡载体和聚乙烯醇凝胶泡沫载体在污水处理时在亲水性，生物亲和性和机械强度等方面均存在不足。近期的研究进展如下：活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体(李彦锋，周林成，马鹏程等，ZL02141723.7, 2004);包埋活性炭聚氨酯软泡去除废水中苯酚的研究(刘闯，张宁，林永波，环境保护科学，2010,36(2) :38-42);大孔网状聚乙烯醇球状载体及其制备(李彦锋，白雪等，ZL200810150835.X)。然而，这些研究对这两种材料的改造均能在某一方面体现出优势，但是没有同时解决载体的毒性，亲水性差，生物亲和性差，传质性差，不稳定性等问题。
因此，如何改进聚氨酯网泡和聚乙烯醇凝胶材料的性能，获得机械强度大，亲水性、生物亲和性和传质性均良好的复合载体将具有广阔的应用前景。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料的制备方法，工艺简单，操作方便，原料成本低。所得复合微生物载体材料，机械强度大，无毒性，亲水性，生物亲和性好，具有良好的基质传质性和负载性。
本申请的另一个目的是提供聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料处理污水的应用。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚氨酯网泡切割成块状，清洗，干燥待用;
(2)将聚乙烯醇、碳酸钙、海藻酸钠、水以质量比为(6-8)：(8-10)：(1.2-1.5)：(90-100)的比例混合，搅拌使其充分溶解，得到白色PVA溶胶，备用，较佳是加热到50℃，备用;
(3)将步骤(1)得到的块状聚氨酯泡沫浸没在步骤(2)所得到PVA溶胶内，待溶胶液充满聚氨酯泡沫时放入含3wt%～5wt%氯化钙的饱和硼酸饱和溶液中静置定型20-30h，形成PVA凝胶块，用水清洗后，置于0.1-1M盐酸溶液中至无气泡产生，溶出全部碳酸钙;
(4)将溶出碳酸钙的聚氨酯泡沫块投入到0.1wt%～0.5wt%的戊二醛水溶液中，调节pH至1-2，30℃～40℃交联反应1-2h，形成更稳定的交联结构;
(5)用水浸泡，清洗至中性，得到具有弹性的聚氨酯-聚乙烯醇复合载体。
本发明所得聚氨酯-聚乙烯醇复合微生物载体材料，大孔聚乙烯醇附着在聚氨酯泡沫上，具有良好机械强度、亲水性、传质性，可以用于吸附固定化微生物处理废水。
本发明与现有技术相比有以下优点：
(1)本发明所得复合载体材料，内部为大孔网状结构，载体表面也有孔洞与内部的孔贯通，有利于载体的传质。而且载体大孔骨架上的微孔增加了与微生物接触的比表面积，有利于提高固定微生物浓度，提高反应效率，可运用于污水处理领域。
(2)本发明提供的PU-PVA复合载体亲水性良好，有利于微生物的代谢增殖，有利于优势菌种的形成;密度约0.98g/m3,与水相当，有利于载体悬浮在污水中;因为复合载体中的PVA经过交联反应，复合材料整体的耐水性也十分良好。