一种制备聚氨脂基生物固定化载体的工艺.pdf

本发明公开了一种制备水处理生物反应使用的壳聚糖交联活性炭聚氨脂生物固定化载体的工艺。在聚氨脂泡沫塑料合成时添加壳聚糖和粉状活性炭，经发泡、造粒、开孔、交联而成。本发明具有操作简单方便、质量可靠、成本低、性能好等优点，其制备的载体可广泛应用到生物反应水处理中—特别是污水处理系统中。

1、  一种制备水处理生物固定化载体的工艺，其包括步骤：
在合成载体泡沫塑料基体的原料中加入吸附剂与絮凝剂；以及
对混料执行发泡、造粒、开孔、以及交联处理，以制备出絮凝剂与基体材料相交联、并包织着吸附剂的所述载体。

2、  根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述泡沫塑料为聚氨酯材料。

3、  根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：所述吸附剂为活性炭。

4、  根据权利要求3所述的工艺，其特征在于：所述絮凝剂为壳聚糖。

5、  一种制备聚氨酯基生物固定化载体的工艺，其包括步骤：
在聚氨脂软质泡沫塑料合成时添加壳聚糖和粉状活性炭；以及
经发泡、造粒、开孔、交联生成聚氨脂大孔网络和包织活性炭的壳聚糖与戊二醛、环氧氯丙烷、或氯乙酸交联而成微孔网络相交织的聚合物。

6、  一种制备壳聚糖交联活性炭聚氨酯生物固定化载体的工艺，其包括步骤：
按质量比配方将水、聚醚3010、硅油、三亚乙基二胺、辛酸亚锡、烷醇胺、卤代烷基磷酸酯、活性炭和壳聚糖放入反应器中，高速搅拌10分钟，再加入TDI80高速搅拌2分钟后，倒在涂有脱膜剂的发泡箱中，在40℃的环境中放置24小时或在常温下放置36小时以上，得到发泡体；
将发泡体切割成10-30mm³的颗粒；
将发泡颗粒放在反应器中，与10％的碳酸钠溶液反应6-12小时后，用水洗至中性，然后用2％的醋酸溶液浸泡6-12小时后，再用水洗至中性、压干；
将开孔发泡颗粒在2.5％的戊二醛或者10％环氧氯丙烷或者10％氯乙酸溶液中反应，在16℃-60℃的条件下反应12-3小时，压干，回收溶液，用水洗至中性。

7、  根据权利要求6所述的工艺，其特征在于发泡所用原料的质量配比为：
聚醚3010                                100
TDI80                                   35-46
活性炭                                  3-8
壳聚糖                                  3-11
硅油                                    0.3-0.5
三亚乙基二胺                            0.15
烷醇胺                                  1.5
辛酸亚锡                             0.1
卤代烷基磷酸酯                       2.0
水                                   2-4.5

8、  根据权利要求7所述的工艺，其特征在于：制备工艺中所用活性炭的粒度在200-400目之间，壳聚糖的脱乙酰度在90％以上。

一种制备聚氨脂基生物固定化载体的工艺
技术领域
本发明涉及一种用于制备聚氨酯基的生物固定化载体的工艺，更具体来讲，本发明涉及这样一种制备工艺：其用于制备一种用在水处理生物反应中的、聚氨脂交联壳聚糖并包织着活性炭的生物固定化载体。
背景技术
目前，随着在环保以及可持续发展方面的要求不断提高，出现了多种用于对废水进行回收处理的方式，其中的一种途径即为水处理生物反应，而水处理生物反应就需要用到生物反应载体。
现有技术中，聚氨脂泡沫塑料作为微生物的载体已得到一定的应用，但是，其存在比表面小、无微细小孔、吸附能力不高、化学稳定性欠佳、以及易水解的缺陷。在水处理过程中，现有技术还采用壳聚糖和活性炭作为吸附剂和絮凝剂(例如可参见中国专利公开文件CN 1280104A)，但单独使用这些材料则存在易堵塞、易流失、且运行成本高的问题。
因而，现有技术中出现了一些将吸附剂或絮凝剂结合到聚氨酯载体上的先例，例如在中国专利申请公开文件CN 2294253Y中就公开了将活性炭粘接在泡沫塑料表面上的方案，第4983299号美国专利和中国专利申请公开文件CN 1105649A披露了在聚氨脂泡沫塑料发泡时加入了活性炭的方案，这些现有技术可提高载体的吸附能力，但解决不了比表面小、无微细小孔、化学稳定性欠佳、易水解、活性炭及其他添加剂与聚氨脂基体结合不牢固、强度较差的缺点。
日本专利文件特开平5-268960中公开了一种在生物培养载体的表面上涂设壳聚糖的先例，但迄今为止，在水处理领域，尚未出现在聚氨脂泡沫塑料合成过程中添加壳聚糖和活性炭以形成新型高效载体的技术。
至于聚氨酯泡沫塑料的生产工艺，现有技术中存在预聚法、半预聚法和一步法三种方式。预聚法是将过量的异氰酸酯与多元醇聚合物先制成端异氰酸酯基的预聚物，然后再与扩链剂或其余的多元醇聚合物反应。半预聚法与预聚法类似，只是预聚物的反应程度较低。大批量连续发泡或模型发泡需用一步法。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于制备壳聚糖交联活性炭的聚氨酯基生物固定化载体的工艺，可利用该工艺制出具有优异性能的水处理生物反应载体，该工艺具有操作简单方便、性能可靠、成本低等优点。
一种制备水处理生物固定化载体的工艺实现了上述目的，该工艺包括步骤：
在合成载体泡沫塑料基体的原料中加入吸附剂与絮凝剂；以及
对混料执行发泡、造粒、开孔、以及交联处理，絮凝剂与基体材料相交联、并包织着吸附剂的所述载体。
根据本发明的一项特征，所述泡沫塑料为聚氨酯材料。
根据本发明的一项特征，所述吸附剂为活性炭。
根据本发明的一项特征，所述絮凝剂为壳聚糖。
根据本发明的一方面，本申请提供了一种制备聚氨酯基生物固定化载体的工艺，其包括步骤：
在聚氨脂软质泡沫塑料合成时添加壳聚糖和粉状活性炭；以及
经发泡、造粒、开孔、交联生成聚氨脂大孔网络和包织活性炭的壳聚糖与戊二醛、环氧氯丙烷、或氯乙酸交联而成微孔网络相交织的聚合物。
根据本发明的另一方面，本申请提供了一种制备壳聚糖交联活性炭聚氨酯生物固定化载体的工艺，其包括步骤：
按质量比配方将水、聚醚3010、硅油、三亚乙基二胺、辛酸亚锡、烷醇胺、卤代烷基磷酸酯、活性炭和壳聚糖放入反应器中，高速搅拌10分钟，再加入TDI80高速搅拌2分钟后，倒在涂有脱膜剂的发泡箱中，在40℃的环境中放置24小时或在常温下放置36小时以上，得到发泡体；
将发泡体切割成10-30mm³的颗粒；
将发泡颗粒放在反应器中，与10％的碳酸钠溶液反应6-12小时后，用水洗至中性，然后用2％的醋酸溶液浸泡6-12小时后，再用水洗至中性、压干；
将开孔发泡颗粒在2.5％的戊二醛或者10％环氧氯丙烷或者10％氯乙酸溶液中反应，在16℃-60℃的条件下反应12-3小时，压干，回收溶液，用水洗至中性。
根据本发明的一项特征，发泡所用原料的质量配比为：
聚醚3010(羟值56)                    100
TDI80                               35-46
活性炭                              3-8
壳聚糖                              3-11
硅油                                0.3-0.5
三亚乙基二胺                        0.15
烷醇胺                              1.5
辛酸亚锡                            0.1
卤代烷基磷酸酯                      2.0
水                                  2-4.5
根据本发明的一项特征，制备工艺中所用活性炭的粒度在200-400目之间，壳聚糖的脱乙酰度在90％以上。
具体实施方式
下文将结合具体的实施方式对本发明作详细的介绍，但这些描述仅是示例性的，本领域技术人员可以领会到：在权利要求书所限定的范围内，还可以有多种其它的实施方式，且所有基于本发明设计思想的实施方式都在本发明的范围内。
根据本发明的制备工艺的第一实施方式如下：
(1)发泡：
载体原料质量比配方为：
聚醚3010(羟值56)                  100
TDI80                             38
活性炭(粒度300目)                 5
壳聚糖(脱乙酰度90％以上)          7
硅油                              0.3
三亚乙基二胺                      0.15
烷醇胺                            1.5
辛酸亚锡                          0.1
卤代烷基磷酸酯                    2.0
水                                3
按上述配方将水、聚醚3010、硅油、三亚乙基二胺、辛酸亚锡、烷醇胺、卤代烷基磷酸酯、活性炭和壳聚糖放入反应器中，高速搅拌10分钟，再加入TDI80高速搅拌2分钟后，倒在涂有脱膜剂的发泡箱中，在40℃的环境中放置24小时后取出得到发泡物。
(2)造粒：将发泡物切割成15mm3的颗粒。
(3)开孔：将上述颗粒在反应器中，与10％的碳酸钠溶液反应6小时，用水洗至中性；再用2％的醋酸溶液浸泡12小时，用水洗至中性，压干。
(4)交联：将开孔后地载体在2.5％的戊二醛溶液中反应，20℃反应10小时，压干，回收戊二醛溶液，用水将载体洗至中性，得到成品载体。
本发明制备工艺的第二实施方式为：
(1)发泡：
载体原料质量比配方为：
聚醚3010(羟值56)                    100
TDI80                               41
活性炭(粒度250目)                   4
壳聚糖(脱乙酰度90％以上)            8
硅油                                0.45
三亚乙基二胺                        0.15
烷醇胺                              1.5
辛酸亚锡                            0.1
卤代烷基磷酸酯                      2.0
水                                  4
按配方将水、聚醚3010、硅油、三亚乙基二胺、辛酸亚锡、烷醇胺、卤代烷基磷酸酯、活性炭和壳聚糖放入反应器中，高速搅拌10分钟，再加入TDI80高速搅拌2分钟后，倒在涂有脱膜剂的发泡箱中，在40℃的环境中放置24小时后取出得到发泡物。
(2)造粒：将发泡物切割成20mm3的颗粒待用。
(3)开孔：将上述颗粒在反应器中，与10％的碳酸钠溶液反应6小时，用水洗至中性，再用2％的醋酸溶液浸泡12小时，用水洗至中性，压干待用。
(4)交联：将开孔后的载体在10％的环氧氯丙烷溶液中反应，在60℃的条件下反应3小时，压干载体，回收环氧氯丙烷溶液，用水将载体洗至中性得到成品载体。
本发明制备工艺的第二实施方式为：
(1)发泡：
载体原料质量比配方为：
聚醚3010(羟值56)                 100
TDI80                            40
活性炭(粒度400目)                7
壳聚糖(脱乙酰度90％以上)         10
硅油                             0.3
三亚乙基二胺                     0.15
烷醇胺                           1.5
辛酸亚锡                         0.1
卤代烷基磷酸酯                   2.0
水                               2.5
发泡制备：按配方将水、聚醚3010、硅油、三亚乙基二胺、辛酸亚锡、烷醇胺、卤代烷基磷酸酯、活性炭和壳聚糖放入反应器中，高速搅拌10分钟，再加入TDI80高速搅拌2分钟后，倒在涂有脱膜剂的发泡箱中，在常温下放置36小时后取出得到发泡物。
(2)造粒：将发泡物切割成25mm3的颗粒待用。
(3)开孔：将上述颗粒在反应器中，与10％的碳酸钠溶液反应6小时，在用水洗至中性，再用2％的醋酸溶液浸泡12小时，用水洗至中性，压干待用。
(4)交联：将开孔后的载体在10％的氯乙酸溶液中反应，在30℃的条件下反应6小时，压干，回收氯乙酸溶液，用水将载体洗至中性得到成品载体。