[发明专利]一种塑料填料表面接枝防团聚亲水性改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及填料表面接枝防团聚的亲水性改性方法，特别是涉及在超声条件下，对未经处理的普通塑料填料表面进行接枝丙烯酸引入亲水性基团及防团聚的改性方法，尤其是能够避免常规方法对塑料填料表面亲水性接枝改性后填料表面出现团聚的现象，主要用于生物膜反应器填料的改性。

背景技术

生物膜反应器是在反应器中添加各种填料以便微生物附着生长使在填料上形成了一层生物构成的类似于膜的结构的反应器。目前，该技术在生活污水、工业废水处理中应用比较广。

填料是影响生物膜反应器水处理性能的主要因素之一，从材质上分类，填料分为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯和陶瓷等；从构型上分类，有鲍尔环、多面空心球和K3等形式。

目前国内外对填料的改性主要集中在填料亲水性、表面带电性、生物亲和性改性等几个方面。

填料表面改性是指通过一些物理或化学的方法对填料表面进行处理使其表面性能得到改善，以提高填料表面的如亲水性、生物相容性等。从原理上来看填料表面改性的方法包括化学法和物理法，化学改性方法指在填料表面加入一些物质使其在填料表面通过发生化学反应以提高填料表面的性能如亲水性或亲和性的改性技术，物理改性方法是指通过物理过程改变填料表面的性能如亲水性和亲和性。常用的填料表面改性方法主要有表面化学改性、表面物理包覆、等离子体表面处理法、机械改性及表面接枝改性等。

表面接枝是对有机高分子聚合物进行表面改性的主要方法之一，表面接枝可将具有不同功能结构的大分子共价结合到材料表面，使材料产生新的物理化学性能。表面接枝是均相反应，主要是因为接枝共聚反应发生在液相中牵涉到材料表面的每一个大分子。对高分子材料表面进行接枝改性时，具有材料本身的性质保持不变的优点。

但填料进行表面接枝后，填料表面会产生团聚现象。已有文献报道超声波能有效促进丙烯酸对聚丙烯固相接枝反应的进行并且能提高接枝率。

现有的塑料填料具有如下缺点：塑料填料表面呈疏水性、使其在生物膜法工艺中挂膜周期长、影响微生物在膜表面的生长状态和附着量、生物菌群的生长结构以及微生物膜对废水的处理效果不佳。

发明内容

本发明的目的就是为了克服和解决现有的塑料填料表面呈疏水性、使其在生物膜处理工艺中挂膜周期长、影响微生物在膜表面的生长状态和附着量、生物菌群的生长结构以及微生物膜对废水的处理效果的问题以及通过超声对填料进行表面接枝改性后容易团聚问题。

针对以上缺点及问题，研究发明一种常用聚乙烯、聚丙烯等塑料填料表面接枝防团聚改性的制备方法，它从填料的改性着手，依据填料表面的疏水性，引入亲水基团，从而改善填料表面的亲水性能，即将塑料填料在超声条件、丙烯酸-甲醇溶液中对塑料填料接枝丙烯酸引入亲水性基团，也是本发明用于改善塑料填料表面亲水性能以及填料表面接枝改性后容易团聚问题的方法。

塑料填料表面接枝防团聚的亲水性改性方法，包括如下步骤：将塑料填料在超声条件下放入丙烯酸-甲醇溶液中进行表面接枝防团聚亲水性改性，自然晾干得到产品，所述超声是指不同功率下进行塑料填料表面接枝防团聚亲水性改性、甲醇为丙烯酸溶剂、丙烯酸选用不同摩尔浓度。

本发明所述的塑料填料表面接枝防团聚的亲水性改性，其中，所述丙烯酸的浓度为0.5～5mol/L，超声的功率为40K～100K、时间为1.5～6h。

本发明所述的塑料填料表面接枝防团聚的亲水性改性方法，其中，所述塑料填料为PP、PE、PVC中的一种或几种的混合物。

本发明所述的塑料填料表面接枝防团聚的亲水性改性方法得到的产品，即塑料填料表面亲水性改性方法。

本发明所述的塑料填料表面接枝防团聚的亲水性改性后的填料在污水处理中的应用。

本发明所述的应用，在缺氧条件下，采用二级MBBR反应器进行污水厂处理，所述MBBR反应器中包括已表面接枝防团聚的亲水性改性后的塑料填料和未经处理的普通塑料填料，进水为某城市污水厂反渗透浓水，蠕动泵连续进排水方式运行，HRT为6h，填料填充率为30％，搅拌速率控制在60r·min^-1，以甲醇作为补充碳源，投加量为25mg·L^-1，COD/N比＝4.2～5，T＝25±1℃。

本发明塑料填料表面接枝防团聚的亲水性改性方法与现有技术不同之处在于，具有如下的优点和有益效果：