申请日2012.05.11
公开(公告)日2013.11.13
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明涉及一种水处理用复合材料。目前在水处理中使用的合成聚合物均为颗粒状，处理效率低、可控性差、难以回收。本发明的水处理用复合材料为复合纤维编织成的织物，或由复合纤维构成的无纺布或毡;其中复合纤维由连续的支撑材料和碳源材料构成，碳源材料完全或部分包覆在支撑材料外，或支撑材料和碳源材料并列设置。本发明中碳源材料为反硝化菌提供有机碳源和菌膜载体，通过采用纤维方式增大了比表面积，支撑材料在水处理过程中不发生生物降解，保持复合材料形态的完整性，具有良好的可回收性，可随时方便地投放和回收。本发明处理效率高，不仅可以降低成本，而且有效避免二次污染。
权利要求书
1. 一种水处理用复合材料，其特征在于：所述的复合材料为复合纤维编织成的织物，或由复合纤维构成的无纺布或毡;
所述的复合纤维由连续的支撑材料和碳源材料构成，碳源材料包覆在支撑材料外，或支撑材料和碳源材料并列设置;
所述的支撑材料为熔融指数为9～41g/10min的聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或多种，或以上物质的熔点为120～260℃的共聚物;
所述的碳源材料为物质A，或物质A与物质B的混合物，混合物中物质B的重量含量小于等于95﹪;
所述的物质A具有如下结构通式：
式中：R1为H或甲基CH3或乙基C2H5;R2为H或甲基CH3或乙基C2H5或丙基C3H7;m1为1或2;m2为1或2;x为0或200～25000的任意自然数，y为 0或200～25000的任意自然数，且x、y不同时为0;
所述的物质B为聚乳酸、淀粉、纤维素、色粉中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的一种水处理用复合材料，其特征在于：所述的碳源材料完全或部分包覆在支撑材料外。
3.如权利要求1所述的一种水处理用复合材料，其特征在于：所述的复合纤维为同心或偏心的皮芯结构，芯层采用支撑材料，皮层采用碳源材料。
4.如权利要求1所述的一种水处理用复合材料，其特征在于：所述的复合纤维中的支撑材料为异形纤维，碳源材料包覆在该异形纤维外。
5.如权利要求1所述的一种水处理用复合材料，其特征在于：所述的物质A是重均分子量为9～105万聚的3-羟基丁酸酯、重均分子量为9～110万的聚4-羟基丁酸酯、或重均分子量为9～105万的聚3-羟基戊酸酯。
6.如权利要求1所述的一种水处理用复合材料，其特征在于：所述的物质A是重均分子量为9～105万的聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯、重均分子量为9～105万的聚3-羟基丁酸-戊酸共聚酯、或重均分子量为9～105万的聚3-羟基丁酸-己酸共聚酯;其中聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯中的4-羟基丁酸酯的摩尔含量为1～45﹪，聚3-羟基丁酸-戊酸共聚酯中的3-羟基戊酸酯的摩尔含量为1～45﹪，聚3-羟基丁酸-己酸共聚酯中的3-羟基己酸酯的摩尔含量为1～45﹪。
7.如权利要求1所述的一种水处理用复合材料，其特征在于：所述的聚乳酸的重均分子量为6～18万，其中的L旋光异构体摩尔含量为42～99﹪。
8.如权利要求1所述的一种水处理用复合材料，其特征在于：所述的淀粉为马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉中的一种。
9.如权利要求1所述的一种水处理用复合材料，其特征在于：所述的纤维素为竹粉、稻秸粉、麦秆粉中的一种。
说明书
一种水处理用复合材料
技术领域
本发明属于水处理材料技术领域，具体涉及一种水处理用复合材料。
背景技术
随着工农业发展，许多国家和地区的水体都受到硝酸盐污染，导致“致癌、致变、致畸”等潜在危险。我国主要水系、湖泊和地下水的污染指标中均含有总氮，而且硝酸盐作为其中的重要指标，连年持续升高。由于地表水或地下水中的有机碳含量较低，不能满足生物反硝化脱氮对碳源的需求，为此必须添加额外的碳源。
当前已报道的液体或固体碳源，如甲醇、乙醇、纤维素等，均存在投放量不可控、反硝化效率低、造成二次污染等问题。近年来利用合成聚合物作为固体碳源，取得了一定进展。如公开号为CN101456623A的中国发明专利公开了一种利用聚乳酸(PLA)作为碳源和生物膜载体的脱氮方法。文献(Appl. Microbiol Biotechnol 2003;61:103-109)报道，聚羟基链烷酸酯(PHA)均聚物或共聚物可通过为水中的反硝化菌提供有机碳源而起到脱氮作用。但目前在水处理中使用的合成聚合物(PLA、PHA等)均为颗粒状，尽管能在其表面形成菌膜，但颗粒的比表面积小，处理效率低、可控性差、难以回收，也不适宜于在大面积水体中应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种水处理用复合材料，通过采用具有特定组分和结构的织物、无纺布或毡作为固体碳源和生物膜载体，不仅提高了水处理效率，而且投放量可控，处理后可回收，有利于降低成本，也不会造成二次污染。
本发明的水处理用复合材料为复合纤维编织成的织物，或由复合纤维构成的无纺布或毡;
所述的复合纤维由连续的支撑材料和碳源材料构成，碳源材料完全或部分包覆在支撑材料外，或支撑材料和碳源材料并列设置;
作为优选，复合纤维为皮芯结构，芯层采用支撑材料，皮层采用碳源材料，所述的皮芯结构为同心或偏心的皮芯结构;
作为优选，复合纤维中的支撑材料为异形纤维，碳源材料包覆在支撑材料外。
所述的支撑材料为熔融指数为9～41g/10min的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的一种或多种，或以上物质的熔点为120～260℃的共聚物;
所述的碳源材料为物质A，或物质A与物质B的混合物，混合物中物质B的重量含量小于等于95﹪;所述的物质A具有如下结构通式：
式中：R1为H或甲基CH3或乙基C2H5;R2为H或甲基CH3或乙基C2H5或丙基C3H7;m1为1或2;m2为1或2;x为0或200～25000的任意自然数，y为 0或200～25000的任意自然数，且x、y不同时为0;
所述的物质B为聚乳酸(PLA)、淀粉、纤维素、色粉中的一种或多种;
所述的聚乳酸的重均分子量为6～18万，其中的L旋光异构体摩尔含量为42～99﹪;
所述的淀粉为马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉中的一种;
所述的纤维素为竹粉、稻秸粉、麦秆粉中的一种;
作为优选，物质A为聚3-羟基丁酸酯(P-3HB)，其重均分子量为9～105万(此时，通式中R1为甲基CH3、m1为1、x为200～25000的任意自然数、y为0);
作为优选，物质A为聚4-羟基丁酸酯(P-4HB)，其重均分子量为9～110万(此时，通式中R1为H、m1为2、x为200～25000的任意自然数、y为0);
作为优选，物质A为聚3-羟基戊酸酯(P-3HV)，其重均分子量为9～105万(此时，通式中R1为乙基C2H5、m1为1、x为200～25000的任意自然数、y为0);
作为优选，物质A为聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯(P-3HB-4HB)，其重均分子量为9～105万，其中的4-羟基丁酸酯(P-4HB)的摩尔含量为1～45﹪(此时，通式中R1为甲基CH3、R2为H、m1为1、m2为2、x和y均为200～25000的任意自然数);
作为优选，物质A为聚3-羟基丁酸-戊酸共聚酯(PHBV)，其重均分子量为9～105万，其中的3-羟基戊酸酯(P-3HV)的摩尔含量为1～45﹪(此时，通式中R1为甲基CH3、R2为乙基C2H5、m1和m2均为1、x和y均为200～25000的任意自然数);
作为优选，物质A为聚3-羟基丁酸-己酸共聚酯(PHBH)，其重均分子量为9～105万，其中的3-羟基己酸酯(P-3HH)的摩尔含量为1～45﹪(此时，通式中R1为甲基CH3、R2为丙基C3H7、m1和m2均为1、x和y均为200～25000的任意自然数)。
该水处理用复合材料的具体应用方法是：将复合材料置入反应器内，采用上流式进水，接种物为污水处理厂反硝化池中的污泥，接种量约1.5～2g/L，使污泥中的微生物附着在毡上形成生物膜;或将复合材料直接固定放置于受污染水体里，复合材料内可预先添加微生物菌粉或菌液，使微生物在复合材料上快速、大量繁殖，形成生物膜，并利用复合材料的高比表面积特性，过滤、富集水体中的污染物，从而达到高效、集中降解、清除污染物的目的。
本发明的优点在于：通过采用具有特定组分和结构的复合材料同时作为固体碳源和生物膜载体，其中的复合纤维的碳源材料为反硝化菌提供有机碳源和菌膜载体，而且形成菌膜所需的时间由复合纤维直径及碳源材料组分控制，水样中亚硝基氮的清除量及清除速率由复合纤维的直径(比表面积)、碳源材料的厚度及组分控制，从而大大提高水处理的效率和可控性。支撑材料在碳源材料消耗过程中和碳源材料完全消耗掉后均不发生生物降解，在复合材料的使用过程中保持形态的完整性，具有良好的可回收性，可随时方便地投放和回收，不仅降低成本，而且有效避免二次污染。