公布日：2024.03.08
申請日：2023.12.05
分類號：C02F3/34(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及水、廢水、污水或污泥的處理技術領域，具體公開了一種用于污水處理的復合碳源及其制備方法。該復合碳源是通過將聚乙烯醇與2-(1-苯基-2-磺丙基)戊二酸交聯(lián)，再與處理后的植物材料及改性后的石墨烯復合所制備得到的。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明制備的復合碳源具備碳釋放速率穩(wěn)定，持續(xù)釋碳性能佳，脫氮性能良好，抗壓能力強等優(yōu)點。
權利要求書
1.一種用于污水處理的復合碳源的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：S1將玉米芯、蘆葦桿切段后洗凈，烘干至恒重，然后加入到2wt％的氫氧化鈉水溶液中浸泡，水洗至pH呈中性后烘干至恒重得到處理后的植物材料；S2將石墨粉、五氧化二磷和過硫酸鉀加入到98wt％濃硫酸中，分散均勻后升溫至70～90℃下攪拌4～8h，冷卻至室溫加水稀釋，過濾，殘余物水洗后干燥，再分散于98wt％濃硫酸中，加入高錳酸鉀，升溫至30～45℃下攪拌2～4h，加水稀釋后再加入30wt％雙氧水，靜置后過濾，殘余物水洗后烘干得到改性石墨烯；S3將聚乙烯醇加入到水中，升溫至80～95℃攪拌2～3h直至溶液變透明，再加入2-(1-苯基-2-磺丙基)戊二酸，室溫下攪拌20～30h，再升溫至100～120℃攪拌1～2h得到混合物A；S4將步驟S2中的改性石墨烯分散于水中，得到溶液B；將溶液B加入到步驟S3的混合物A中，攪拌混合均勻后加入步驟S1中處理后的植物材料，混合均勻，倒入模具，冷凍，再在室溫下解凍，此為一次循環(huán)，多次循環(huán)后冷凍成型即得用于污水處理的復合碳源。
2.如權利要求1所述的復合碳源的制備方法，其特征在于，所述玉米芯和蘆葦桿的質(zhì)量比為1：1。
3.如權利要求1所述的復合碳源的制備方法，其特征在于，所述玉米芯、蘆葦桿混合物與氫氧化鈉水溶液的料液比為1:8～10。
4.如權利要求1所述的復合碳源的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中浸泡的時間為6～8h。
5.如權利要求1所述的復合碳源的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中靜置的時間為20～30h。
6.如權利要求1所述的復合碳源的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中冷凍的溫度為﹣30～﹣20℃。
7.如權利要求1所述的復合碳源的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中冷凍的時間為16～24h。
8.如權利要求1所述的復合碳源的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中解凍的時間為2～4h。
9.如權利要求1所述的復合碳源的制備方法，其特征在于，步驟S4中循環(huán)的次數(shù)為3次。
10.一種用于污水處理的復合碳源，其特征在于，由權利要求1～9任一項所述的方法制備而成。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是一種用于污水處理的復合碳源及其制備方法。
緩釋復合固體碳源是由預處理過的自然植物和人工合成大分子化合物共混后經(jīng)各種方法制備而來。將自然植物進行不同的預處理后，其物化性質(zhì)發(fā)生了相應的改變，表面形貌變得更加粗糙，更有利于細菌掛膜生長，同時釋放出的有機物更多，更加滿足微生物脫氮過程所需。緩釋復合碳源相較于自然纖維素材料而言，出水中有機質(zhì)含量較低，持續(xù)釋碳性能更強，不會對水體造成負面影響，脫氮性能良好；而對于人工合成大分子化合物來說，又具有成本低廉，營養(yǎng)成分較豐富，能滿足微生物反硝化階段的能量需求等特點。本發(fā)明中通過對玉米芯、蘆葦桿進行處理能夠分解植物材料內(nèi)部的木質(zhì)素、纖維素等以形成孔洞，從而有利于后續(xù)細菌在內(nèi)部生長繁殖，處理后的植物材料也更容易發(fā)生水解，從而被微生物吸收利用。將聚乙烯醇與2-(1-苯基-2-磺丙基)戊二酸交聯(lián)，再與處理后的植物材料及改性后的石墨烯復合得到復合碳源，其中處理后的植物材料作為供碳體，交聯(lián)、復合改性的聚乙烯醇作為骨架材料，同時也可釋碳，進而為反硝化階段補充碳源。石墨烯經(jīng)過氧化改性后提高了親水性，還能夠提升聚乙烯醇分子鏈之間的交聯(lián)程度，并且改性后表面豐富的親水基團能夠增大微生物固定的效率，而通過2-(1-苯基-2-磺丙基)戊二酸與聚乙烯醇進行交聯(lián)后可通過π-π相互作用與改性石墨烯發(fā)生吸附，從而提升改性石墨烯在骨架材料中的相容性。由于骨架材料中引入了高強度的改性石墨烯，因而抗壓能力增強，所制備的復合碳源能夠適應更為復雜的水力條件。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于污水處理的復合碳源的制備方法，包括如下步驟：
S1將玉米芯、蘆葦桿共20～50重量份切段后洗凈、烘干至恒重，然后加入2wt％的氫氧化鈉水溶液浸泡6～8h，水洗至pH呈中性后烘干至恒重得到處理后的植物材料；
S2將10～20重量份石墨粉、10～15重量份五氧化二磷和10～15重量份過硫酸鉀加入到100～250重量份的98wt％濃硫酸中，分散均勻后升溫至70～90℃下攪拌4～8h，冷卻至室溫加水稀釋，過濾，殘余物水洗后干燥，再分散于400～800重量份的98wt％濃硫酸中，加入30～50質(zhì)量份高錳酸鉀，升溫至30～45℃下攪拌2～4h，加水稀釋后再加入50～100重量份30wt％雙氧水，靜置20～30h后過濾，殘余物水洗后烘干得到改性石墨烯；
S3將5～15重量份聚乙烯醇加入到80～95重量份的水中，升溫至80～95℃攪拌3h直至溶液變透明，再加入2-(1-苯基-2-磺丙基)戊二酸1～2.5重量份，室溫下攪拌20～30h，再升溫至100～120℃攪拌1～2h得到混合物A；
S4將1～2重量份步驟S2中的改性石墨烯分散于10～20重量份的水中，得到溶液B；將溶液B加入到步驟S3的混合物A中，攪拌混合均勻后加入步驟S1中處理后的植物材料15～25重量份，混合均勻，倒入模具，在﹣30～﹣20℃冷凍16～24h，再在室溫下解凍2～4h，此為一次循環(huán)，循環(huán)3次后在﹣30～﹣20℃冷凍16～24h冷凍成型即得用于污水處理的復合碳源。
進一步的，所述玉米芯和蘆葦桿的質(zhì)量比為1：1。
進一步的，所述玉米芯、蘆葦桿混合物與氫氧化鈉水溶液的料液比為1:8～10。
本發(fā)明還提供了一種用于污水處理的復合碳源，由上述方法制備而成。
本發(fā)明的有益效果：
1、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所制備的復合碳源碳釋放速率穩(wěn)定，持續(xù)釋碳性能更強，不會對水體造成負面影響，且脫氮性能良好、抗壓能力強。
2、本發(fā)明通過將聚乙烯醇與2-(1-苯基-2-磺丙基)戊二酸交聯(lián)，再與處理后的植物材料及改性后的石墨烯復合得到復合碳源，石墨烯經(jīng)過氧化改性后提高了親水性，能夠提升聚乙烯醇分子鏈之間的交聯(lián)程度，改性后表面豐富的親水基團能夠增大微生物固定的效率，而通過2-(1-苯基-2-磺丙基)戊二酸與聚乙烯醇進行交聯(lián)后可通過π-π相互作用與改性石墨烯發(fā)生吸附，從而提升改性石墨烯在骨架材料中的相容性。由于骨架材料中引入了高強度的改性石墨烯，因而抗壓能力增強，所制備的復合碳源能夠適應更為復雜的水力條件。
（發(fā)明人：蘇林東;齊澤寧;高曉軍;李強;蘇璐）
