[发明专利]生产生物聚合物基质复合材料的方法

说明书

发明技术领域

本发明涉及由废物生产的生物源的聚合物基质复合材料。更具体地，本发明涉及从单一废水流获得的前述生物复合材料以及通过集成闭合式方法生产其同时纯化废水的方法。

发明背景

常规的化石碳源的塑料表现出重大的环境忧虑，即有限的化石资源以及第一污染来源之一的问题，增加了使用生物源的和可生物降解的聚合物来生产可持续性生态友好材料作为常规塑料替代物的兴趣。生物源的和可生物降解的聚合物的实例除其他外为聚乳酸(PLA)、淀粉和聚羟基烷酸酯(PHA)。

虽然从天然来源生产生物聚合物目前已进行生产，但是研究仍在进行以找到从与定会用于人类食品供应的那些不同的来源生产可持续性生物聚合物的有效方法。由废物工业生产生物聚合物是高度期望的并且是许多研究工作的目标。

除了伦理考虑外，由废物生产生物聚合物意在降低它们的成本，因为生物聚合物的高价格是其市场渗透的主要障碍。适合用于生产生物聚合物的废物流包括工业废水和城市废水。

大体上关于聚合物且更具体地关于生物聚合物的一个重大考虑与它们的物理和机械性能有关。为了获得所需的性能，生物聚合物通常负载有不同的填料。因为填料常常是昂贵的并且以高质量百分比(1-40％)用在最终复合材料中，已提议使用天然填料(如天然纤维)来降低最终聚合物基质复合材料的成本。当使用生物源的聚合物基质和天然填料时，得到的复合材料绝对是绿色塑料。关于生物聚合物基质材料，废物源的天然填料作为添加剂是高度期望的并且是许多研究工作的目标。

许多工业过程产生废水流。此类废物常常富含有机碳含量，尤其是在农工业过程的情况中，例如，乳、奶酪、果汁、糖和橄榄油的生产。富含有机碳的常见废水流的其他实例是纸浆和造纸厂废水、城市废水和农场废水。这些含水液体流由于它们的高化学需氧量(COD)而具有高环境影响。然而，同时，高COD值代表隐藏的价值来源，因为能够从废水分离有附加值的分子，并且剩下的有机物含量可以用作生物聚合物生产的原材料。研究人员已就尺寸排阻膜过滤技术研究了很长时间，该技术是从废物流分离有价值的化学产品的理想候选方法。

一些专利和专利申请描述了处理和纯化高COD废水流的方法。这些方法通常是基于具有生产超纯水的最终反渗透(RO)步骤的膜过滤技术，所述超纯水能够在该过程中重复利用或者收集用于其它应用。萃取的有机物质可以用于制造可堆肥材料或通过微生物消化用于生物气生产，其允许消除液体流中的COD。根据所考虑的具体过程，过滤过程和微生物消化的顺序可以颠倒。

通过膜过滤、微生物消化和组合方法进行废水纯化处理的实例公开在下列文件以及其中引用的专利或非专利文献。

WO 2013/058761描述了应用于蒸馏废液流的废水处理系统，其借助于粗悬浮固体去除单元、粗过滤单元、超滤单元(UF)、纳米过滤单元(NF)和反渗透网络的互通组件减少有机物含量。此类系统的输出物可以满足饮用水标准。

US 2012/0085701也描述了用于处理含有溶解有机碳的水流如纸浆或造纸厂废水的方法以借助于用于生物气生产的生物反应器(可能为膜生物反应器)和适用于生活和工业废水的膜过滤组件(即纳米过滤和反渗透)来减少有机物含量。该方法的目的是为了水处理或再循环而纯化含有机碳的水流。

EP 0824503描述了从有机物污染废水高产率地生产饮用水的多级系统。除了诸如超滤和氧化过程的其他处理外，该系统还包括双(厌氧和好氧)微生物消化以减少有机碳负荷和多个反渗透步骤以生产待用在饮料中的超纯水。

令人关注的工业废水流是橄榄油厂废水(OMW)。OMW是难于进行水纯化处理的废物，因为其特征是具有非常高的有机碳含量，和/或由于高含量的多酚是难于进行生物气生产的废物。其能够通过膜过滤技术进行处理以分离多酚作为高商业价值分子。EP 1773721描述了采用膜技术回收橄榄油厂废水的组分的方法。使用多步过滤方法(微滤(MF)、超滤(UF)、纳米过滤(NF)、反渗透(RO))从OMW回收多酚溶液和纯化水。已提议由不同过滤步骤得到的除多酚外的残留有机物质用作肥料或用于生物气生产。