公布日：2022.12.20
申请日：2022.06.21
分类号：C02F3/00(2006.01)I;B01J20/16(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I
摘要
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及IPCC2F9领域，更具体地，涉及一种改性生物填料及其在污水处理中的应用。通过选用有机玻璃废料作为基材，在特定的改性材料、发泡剂、助熔剂、稳泡剂的辅助下，制备了改性生物填料，该改性生物填料不仅比表面积大，稳定性好，对水体中氮磷的吸附性强，且把废弃物回收进行二次利用，变废为宝，降低了制备成本，实现了资源的可持续发展。
权利要求书
1.一种改性生物填料，其特征在于，按重量份计，其制备原料包括：基材65-85份、改性材料5-15份、发泡剂5-15份、助熔剂0.1-3份、稳泡剂0.5-5份。
2.根据权利要求1所述的一种改性生物填料，其特征在于，所述基材选自聚丙烯、有机玻璃、聚氨酯、聚氯乙烯中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种改性生物填料，其特征在于，所述改性材料质选自淀粉、硅藻土、膨润土、凹凸棒土、红壤、活性炭、氧化铝、沸石、氧化铁中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种改性生物填料，其特征在于，所述沸石的NH4+交换量为100-150mg/100g，孔隙率≥40％。
5.根据权利要求4所述的一种改性生物填料，其特征在于，所述硅藻土的比重为2-3g/cm3，二氧化硅含量为85-90wt％。
6.根据权利要求5所述的一种改性生物填料，其特征在于，所述发泡剂为碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸镁、泡花碱、碳酸氢钠、十二烷基硫酸钠、碳化硅中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的一种改性生物填料，其特征在于，所述助熔剂为碳酸钠、硫酸钡、四硼酸钠、氟硅酸钠中的一种或多种。
8.根据权利要求4所述的一种改性生物填料，其特征在于，所述稳泡剂为纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、淀粉、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的一种改性生物填料，其特征在于，所述改性生物填料的制备方法为：将原料混合后研磨至粒径小于70μm，干燥后烧结，即得。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的改性生物填料在污水处理中的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种改性生物填料，按重量份计，其制备原料包括：基材65-85份、改性材料5-15份、发泡剂5-15份、助熔剂0.1-3份、稳泡剂0.5-5份。
优选的，所述基材选自聚丙烯、有机玻璃、聚氨酯、聚氯乙烯中的一种或多种；进一步优选的，为有机玻璃。
所述有机玻璃来源于玻璃厂生产残留的有机玻璃废料，购买厂家不做具体限定。例如供应商东莞市桥头震兴有机玻璃店生产的有机玻璃废料。
优选的，所述改性材料质选自淀粉、硅藻土、膨润土、凹凸棒土、红壤、活性炭、氧化铝、沸石、氧化铁中的一种或多种；进一步优选的，为沸石和硅藻土。
优选的，所述沸石的NH4+交换量为100-150mg/100g，孔隙率≥40％；进一步优选的，所述沸石的NH4+交换量为120.45mg/100g，孔隙率≥48％。
在一些优选的方案中，所述沸石购买自供应商青岛鑫和源滤料有限公司生产的沸石。
优选的，所述硅藻土的比重为2-3g/cm3，二氧化硅含量为85-90wt％；进一步优选的，所述硅藻土的比重为2.1-2.3g/cm3，二氧化硅含量为88.6wt％。
在一些优选的方案中，所述沸石购买自供应商青岛川山新材料有限公司生产的硅藻土助滤剂。
优选的，所述沸石和硅藻土的重量比为1：(1-3)；进一步优选的，为1:2。
申请人意外发现，选用特定的沸石和硅藻土作为改性材料应用于制备改性生物填料，且沸石和硅藻土的重量比为1：(1-3)时，能够在提高对氮磷的吸附效果的同时，还能够有助于降低水体中的COD含量。这可能是由于沸石和硅藻土都具有较大的比表面积和较强的渗透率，两者协同作用，能够在吸附氮磷的同时，还能够促进微生物对难降解物质的降解，从而使得制备出的改性填料在具有优异的吸附效果的同时，还使得水体具有较低的COD值。
所述发泡剂为碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸镁、泡花碱、碳酸氢钠、十优选的，二烷基硫酸钠、碳化硅中的一种或多种；进一步优选的，为碳酸钙和泡花碱。
优选的，所述碳酸钙为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、活性碳酸钙、纳米碳酸钙中的一种或多种；进一步优选的，为重质碳酸钙。
优选的，所述重质碳酸钙的粒径为500-2000目，比表面积为1-10m2/g；进一步优选的，所述重质碳酸钙的粒径为600目，比表面积为5m2/g。
在一些优选的方案中，所述重质碳酸钙购买自供应商广东拾传拾美新材料有限公司生产的600目超细重质碳酸钙。
优选的，所述泡花碱的模数为2-5，二氧化硅含量为20-30wt％；进一步优选的，所述泡花碱的模数为3.1-3.4，二氧化硅含量为26wt％。
在一些优选的方案中，所述泡花碱购买自供应商广东科凝科技有限公司生产的水玻璃。
优选的，所述碳酸钙和泡花碱的重量比为(1-2)：(1-2)；进一步优选的，为1:1。
在一些优选的方案中，选用粒径为500-2000目，比表面积为1-10m2/g的重质碳酸钙作为发泡剂，能够使得制备出的改性生物填料比表面积大，呈疏松多孔的结构，有助于其吸附。这可能是由于碳酸钙在高温下会分解产生二氧化碳，使得改性生物填料膨胀多孔，但是仅仅只有碳酸钙对于材料孔径大小的调节还是不够的，申请人意外发现，选用一定量模数为2-5，二氧化硅含量为20-30wt％的泡花碱与重质碳酸钙复配，且碳酸钙和泡花碱的重量比为(1-2)：(1-2)时，不仅能够在高温时释放出气体而发泡，还能使得制备出的改性生物填料中成分均一化，有助于提高改性生物填料的稳定性。
优选的，所述发泡剂的重量为改性生物填料重量的6-12％。
优选的，所述助熔剂为碳酸钠、硫酸钡、四硼酸钠、氟硅酸钠中的一种或多种；进一步优选的，为四硼酸钠和氟硅酸钠。
优选的，所述四硼酸钠和氟硅酸钠的重量比为(2-4)：1；进一步优选的，为3:1。
优选的，所述发泡剂和助熔剂的重量比为(5-15)：1；进一步优选的，为10:1。
在一些优选的方案中，选用发泡剂和助熔剂的重量比为(5-15)：1，能够进一步提高材料的比表面积和疏松多孔特性。这可能是由于发泡剂和助熔剂复配作用，在降低基材熔点和软化温度的同时，还能够增加发泡温度范围，使得原料能够在更大的温度区间内发泡，从而改善气孔结构，使得孔径均匀细小，有助于微生物和有机氮磷的吸附。但是发泡剂过多会导致基材软化慢，且分解产生的气体无法固定在改性生物填料中发泡，影响最红改性生物填料的生成。
优选的，所述稳泡剂为纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、淀粉、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的一种或多种；进一步优选的，为磷酸二氢钠和六偏磷酸钠。
优选的，所述磷酸二氢钠和六偏磷酸钠的重量比为(1-2)：1；进一步优选的，为3:2。
所述改性生物填料的制备方法为：将原料混合后研磨至粒径小于70μm，干燥后烧结，即得。
烧结过程为：升温至500-600℃后保温0.5-2h，然后继续升温至1000-1200℃保温10-30min后，降温至800℃以下取出，冷却至室温即得。
本发明第二方面提供了一种改性生物填料的应用，可应用于污水处理领域。
有益效果：
1、通过选用特定的沸石和硅藻土作为改性材料应用于制备改性生物填料，且沸石和硅藻土的重量比为1：(1-3)时，能够在提高对氮磷的吸附效果的同时，还能够有助于降低水体中的COD含量。
2、通过选用粒径为500-2000目，比表面积为1-10m2/g的重质碳酸钙作为发泡剂，能够使得制备出的改性生物填料比表面积大，呈疏松多孔的结构，有助于其吸附。
3、通过选用一定量模数为2-5，二氧化硅含量为20-30wt％的泡花碱与重质碳酸钙复配，且碳酸钙和泡花碱的重量比为(1-2)：(1-2)时，不仅能够在高温时释放出气体而发泡，还能使得制备出的改性生物填料中成分均一化，有助于提高改性生物填料的稳定性。
4、通过选用发泡剂和助熔剂的重量比为(5-15)：1，能够进一步提高材料的比表面积和疏松多孔特性。
5、本申请选用有机玻璃废料作为基材制备改性生物填料，把废弃物回收进行二次利用，变废为宝，降低了制备成本，实现了资源的可持续发展。
6、本发明可应用在污水处理领域。
（发明人：夏冰）