[发明专利]亲水性壳聚糖改性玄武岩纤维载体的制备方法

说明书

本发明属于污水处理与无机纤维改性技术领域，涉及玄武岩纤维表面改性，尤其涉及一种亲水性壳聚糖改性玄武岩纤维载体的制备方法。本发明首先对玄武岩纤维表面用碱液进行刻蚀，然后用去离子水洗至中性，烘干活化；再采用物理涂覆，以壳聚糖为改性剂，将刻蚀后干燥的玄武岩纤维浸泡在壳聚糖溶液中，制备亲水性聚合物改性玄武岩纤维载体材料。本发明工艺简单，操作简便，适于工业化生产，易于推广。所制备的改性玄武岩纤维载体可保持玄武岩纤维原有的高比表面积、优异的力学性能和耐酸碱性等；可降低接触角，提高玄武岩纤维的亲水性，促进微生物在载体表面附着，加快生物膜的生长，缩短挂膜周期，提升微生物的负载量和活性，提高水质净化效率，具有较高的重复使用率。

技术领域

本发明属于污水处理与无机纤维改性技术领域，涉及玄武岩纤维表面改性的方法，尤其涉及一种亲水性壳聚糖改性玄武岩纤维载体的制备方法。

背景技术

生物膜法是污/废水处理中常用的生物处理方法，其实质是微生物附着生长在载体表面，形成生物膜，然后利用微生物的代谢作用对污/废水中的有机物进行吸附和分解。载体是生物膜生长和繁殖的栖息场所，载体材料的表面性能可直接影响微生物的生长和繁殖，进而影响生成的生物膜中的微生物种类、数量、活性，以及传质效果和污/废水处理效能，所以载体是生物膜法处理污/废水的核心部分。

理想的生物膜载体应具备以下特性：优异的机械强度、高比表面积、良好的生物相容性等。目前，生物膜载体可分为有机和无机两大类载体。有机类载体可分为海藻酸钙和琼脂等天然高分子载体，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氨酯(PU)等合成高分子载体。有机类载体具有许多优异的性能，因此在污水处理领域中迅速的发展。然而，有机类载体表面光滑，易老化，生物亲和性较差，且生产过程不环保、使用寿命短，废弃后回收利用难，易造成二次污染。无机类载体多为砂子、沸石、矿渣、活性炭和陶瓷材料等粒状载体。该类材料具有较高的机械强度和生物亲和性，然而其自身比重大，且传质效果差，影响污/废水处理效果。

针对现用的有机、无机载体存在的不足，探求一种新的生物膜载体材料势在必行。玄武岩纤维是一种火山岩石在高温状态下熔融拉丝而成的新型无机柔性纤维材料，主要成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe_xO_y、MgO、TiO₂、Na₂O、K₂O等。玄武岩纤维的生产工艺清洁，可避免常规的载体在生产过程中消耗大量的能源和资源的缺点。玄武岩纤维是一种柔性无机纤维，具有较高比表面积和机械强度，可将其应用于生物膜载体领域。然而，对比碳纤维类载体材料，玄武岩纤维载体表面活性基团较少，生物亲和性一般，因此需要对玄武岩纤维进行表面处理，以改善玄武岩纤维作为生物膜载体的附着性能，达到更佳的污/废水处理效果。

壳聚糖大分子中含有较多的羟基和氨基等亲水基团，具有较高的生物亲和性、相容性、安全性和生物降解性。因此，本发明采用亲水性的壳聚糖对玄武岩纤维进行表面物理涂覆改性，以改善其表面的亲水性和生物亲和性。改性后的玄武岩纤维具有较好的亲水性和生物亲和性，能促进微生物的初始粘附，提高污/废水的处理效能；另一方面壳聚糖具有较好的生物降解性，在生物膜形成后，物理包裹的壳聚糖还可被微生物降解，提供微生物代谢所需的碳源。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明公开了一种亲水性壳聚糖改性玄武岩纤维载体的制备方法，目的在于改善玄武岩纤维的生物亲和性，以克服玄武岩纤维的表面活性基团少、表面亲水性差的缺点。

技术方案

本发明首先对玄武岩纤维表面用碱液进行刻蚀，然后用去离子水洗至中性，烘干活化；再采用物理涂覆法，以壳聚糖为改性剂，将刻蚀后干燥的玄武岩纤维浸泡在壳聚糖溶液中，制备亲水性聚合物改性玄武岩纤维载体材料。

亲水性壳聚糖改性玄武岩纤维载体的制备方法，包括如下步骤：