一種澱粉和聚乳酸共混物及其製備方法與應用的製作方法

2023-12-05 12:42:16

專利名稱：一種澱粉和聚乳酸共混物及其製備方法與應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境保護技術領域，具體涉及一種澱粉和聚乳酸共混物及其製備方法與應用。
背景技術：
我國長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河和遼河等七大水系的主要汙染指標包括氨氮，而全國重點湖泊的主要汙染指標中也有總氮。在地下水中，硝酸鹽作為比較靠前的主要汙染指標在全國各地區的地下水中的含量均比較突出，而且連年都是含量普遍升高的汙染指標。而地表水或地下水中的有機汙染較低不能滿足生物反硝化脫氮對碳源的需求，為此就必須添加額外的碳源。常規生物反硝化工藝一般是添加甲醇和乙醇等液體碳源，但是由於碳氮比難以控制，存在投加過量的危險。而使用水不溶性固態可生物降解聚合物作為反硝化菌脫氮的碳源和生物膜的載體則可有效的避免這個問題。當前已報導的用於固相反硝化的固體碳源主要為富含纖維素的物質、細菌及人工合成的聚合物。這些碳源都有一定的缺陷，如反硝化速率較低，運行初期出水中的D0C、色度、細菌總數等普遍偏高或成本較高等。為此，開發出具備技術及經濟可行性的固體碳源已成為限制該技術推廣應用的關鍵。澱粉是一種可再生、廉價、來源廣泛、易生物降解的天然高分子原料，在其它生物可降解聚合物中加入澱粉，既降低了成本，又符合環保的需求。因此，澱粉基生物降解材料成為了研究的熱點。在生產全降解塑料中，可與澱粉共混的可降解合成材料主要為聚乙烯醇(PVA)、聚羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHV)、PHB-PHV共聚物、聚己內酯(PCL)和聚乳酸(PLA)等。當然，製備作為反硝化固體碳源的水不溶性固態可生物降解聚合物與可降解塑料在側重點上有明顯的差異。

發明內容
本發明的目的在於提供一種澱粉和聚乳酸共混物。本發明的目的還在於提供一種澱粉和聚乳酸共混物的製備方法。本發明的目的還在於提供澱粉和聚乳酸共混物在去除水中硝酸鹽方面的應用。一種澱粉和聚乳酸共混物，所述共混物的原料為澱粉、聚乳酸、水和矽烷偶聯劑。所用澱粉、聚乳酸、水和矽烷偶聯劑的質量比為 (20-50) (28-75) (5-20) (0-2) 所述澱粉為玉米澱粉、土豆澱粉、木薯澱粉中的一種或幾種的混合。所述聚乳酸的分子量為40000 80000。所述矽烷偶聯劑為KH-550、KH-560和KH-570中的一種或幾種的混合。澱粉和聚乳酸共混物在去除低C/N水中硝酸鹽方面的應用。澱粉和聚乳酸共混物的製備方法，是將澱粉、聚乳酸、水和矽烷偶聯劑攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中於150 175°C擠出造粒。
本發明的有益效果本發明在聚乳酸中加入了廉價的可再生的澱粉，使得用該共混物的脫氮成本大大降低，澱粉的生物降解性能要優於聚乳酸，使得反應器的啟動時間縮短，反硝化速率加快。本發明提供的共混物在作為反硝化固體碳源時可用於低C/N地表水、 地下水和城市汙水處理廠出水的脫氮處理。本發明提供的水不溶性共混物既充當反硝化所需的碳源又作為生物膜的載體，克服使用傳統液體碳源生物脫氮工藝中碳源投加量不易控制的缺點，同時對DO和pH的變化具有很強的適應能力，這是對傳統工藝的進一步提高與創新。


圖1為本發明製備的共混物應用於廢水脫氮的工藝流程示意圖；圖中，1-進水槽、2-蠕動泵、3-恆溫水箱、4-反應器、5-出水槽。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例以對本發明做進一步描述，需指出的是以下實施例不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術熟練人員根據本發明的上述內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整仍屬於本發明的保護範圍。實施例1將44g玉米澱粉、45g聚乳酸(分子量40000)、IOg水和Ig KH-550矽烷偶聯劑攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中於150°C擠出造粒。實施例2將50g木薯澱粉、33g聚乳酸(分子量80000)、15g水和2g KH-560矽烷偶聯劑攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中於165°C擠出造粒。實施例3將30g玉米澱粉、55g聚乳酸(分子量40000)和15g水攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中於175°C擠出造粒。實施例4將20g 土豆澱粉、70g聚乳酸(分子量40000)和20g水攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中於165°C擠出造粒。實施例5將20g 土豆澱粉、30g聚乳酸(分子量80000)和5g水攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中於175°C擠出造粒。實施例6澱粉和聚乳酸共混物的反硝化應用1、反硝化微生物的掛膜。反應器為填充床模式(圖1)，將製備的共混物顆粒(粒徑0.3cm)填充於反應器4中，填充高度為反應器4的三分之二，上流式進水。以汙水處理廠曝氣池的活性汙泥，對反硝化微生物進行馴化，以恆溫水箱3控制馴化溫度為^°C。每天檢測出水中的NO3-N和NO2-N濃度，待反硝化效果穩定後，馴化結束。2、反硝化脫氮。馴化結束後，開始反應器4的正常運行，運行時恆溫水箱3的溫度為25 30°C。首先將含硝酸鹽原水(盛放在進水槽1)通過蠕動泵2泵入反應器4，以蠕動泵2控制含硝酸鹽原水從水箱進入填充床的流速，保證一定的停留時間使反硝化反應有效的進行。原水中的硝酸鹽氮在填充床中反硝化微生物的作用下，被逐步還原為氮氣，通過排氣口排出，處理後的水排入出水槽5。應用例1反應器規格為10CmX50Cm(直徑X高)。在填充床反應器內加入實施例1的澱粉和聚乳酸共混物作為碳源和生物膜載體。被處理原水為昆明市的自來水，加入NaNO3調節NO3-N濃度為50mg/L，在下述條件下進行脫氮處理水力停留時間2小時溫度30°CpH 7. 8原水DO 4. 6mg/L處理後水質如表1所示。表1水質變化情況
權利要求
1.一種澱粉和聚乳酸共混物，其特徵在於，所述共混物的原料為澱粉、聚乳酸、水和矽烷偶聯劑。
2.根據權利要求1所述一種澱粉和聚乳酸共混物，其特徵在於，所用澱粉、聚乳酸、水與矽烷偶聯劑的質量比為(20-50) (28-75) (5-20) (0-2) 0
3.根據權利要求1所述一種澱粉和聚乳酸共混物，其特徵在於，所述澱粉為玉米澱粉、 土豆澱粉、木薯澱粉中的一種或幾種的混合。
4.根據權利要求1所述一種澱粉和聚乳酸共混物，其特徵在於，所述聚乳酸的分子量為 40000 80000。
5.根據權利要求1所述一種澱粉和聚乳酸共混物，其特徵在於，所述矽烷偶聯劑為 KH-550、KH-560和KH-570中的一種或幾種的混合。
6.權利要求1-5所述任一澱粉和聚乳酸共混物在去除低C/N水中硝酸鹽方面的應用。
7.—種如權利要求1所述澱粉和聚乳酸共混物的製備方法，其特徵在於，將澱粉、聚乳酸、水和矽烷偶聯劑攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中於150 175°C擠出造粒。
全文摘要
本發明公開了屬於環境保護技術領域的一種澱粉和聚乳酸共混物及其製備方法與應用。該共混物是將澱粉、聚乳酸、水和矽烷偶聯劑攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中於150～175℃擠出造粒。該澱粉和聚乳酸共混物在作為水處理中反硝化微生物碳源的同時也充當了生物膜載體，避免了使用液體碳源的常規反硝化工藝中碳源投加量不易調控的弊端，且對進水DO和pH具有較強的適應性。
文檔編號C02F3/28GK102249408SQ201110153030
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年6月9日
發明者沈志強, 王建龍 申請人:清華大學