专利名称：表面改性泡沫陶瓷载体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种微生物固定化载体-表面改性泡沫陶瓷及其制造方法，可广泛应 用于环境工程中废水和废气治理。
背景技术：
微生物固定化技术是指通过采用物理或化学的方法将游离微生物定位于限定的 空间区域内，使其保持活性并反复使用。最初主要用于发酵生产，70年代后期，被利用到水 处理领域，废气治理方面的研究和应用始于90年代，近来成为研究热点。微生物固定化技 术在环境治理中显示出独特的优势，但是作为一门走向成熟的科学技术，还有许多地方需 要完善，首先应解决固定化载体的问题。张兰等在《细胞固定化载体泡沫陶瓷的制备》(《山 东陶瓷》2004年12月第27卷第6期)一文中正式提出泡沫陶瓷作为微生物固定化载体， 并对所制样品进行了测试分析。泡沫陶瓷作为载体与有机类载体相比较，其优点为对微生 物无毒害性、生物亲和性好、耐腐蚀、稳定性能优异、传质性能好、机械强度高、操作简单和 价廉易得等，与其他无机类载体相比较，有比表面积大(泡沫陶瓷的比表面是指外部表面 和内部孔结构表面的总称，比表面积是指外部表面积和内部孔结构表面积之和)、适用性广 泛等优点。由于泡沫陶瓷主要是利用比表面的吸附性能来固定微生物，其形成的生物膜在 污水治理中对曝气冲击(在废气治理中对所通过气体的冲击)耐受强度不够，容易脱落，因 此极大地妨碍了泡沫陶瓷作为微生物固定化载体在废气和废水治理中的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，通过在泡沫陶瓷比表面用冷气动力喷涂的方法 粘结过渡金属氧化物粉末颗粒，再经亲水处理，提供一种表面改性泡沫陶瓷载体及其制造 方法。用该方法制造的表面改性泡沫陶瓷载体其比表面形成的生物膜有较大的耐受冲击的 强度。为达到以上目的，本发明提供的方法包括以下步骤①泡沫陶瓷体比表面清洁及 干燥处理②在泡沫陶瓷比表面上采用冷气动力喷涂技术粘结过渡金属氧化物粉末颗粒③ 然后进行亲水处理得到表面改性泡沫陶瓷载体材料。本发明表面改性泡沫陶瓷载体的制造方法见工艺流程图.泡沫陶瓷体1可以是长 方体或圆柱体等，泡沫陶瓷体1经清洁处理后得到清洁干燥的比表面，经张力辊2勻速送入 并通过喷涂区域，喷枪3在泡沫陶瓷体壁表面上通过冷气动力喷涂技术喷涂过渡金属氧化 物粉末颗粒，经输送辊4送出喷涂区域，再经亲水处理槽5作亲水处理，得到表面改性泡沫 陶瓷载体。以下是主要工序的关键点①对泡沫陶瓷体进行清洁预处理，得到清洁干燥的比表面，泡沫陶瓷体的孔径、孔 隙率、抗压强度、尺寸大小及形状可根据实际工程的要求来确定；②泡沫陶瓷体比表面所有粘结的过渡金属氧化物系采用冷气动力喷涂技术制备。
3冷气动力喷涂技术的原理在于高压压缩气体携带过渡金属氧化物粉末颗粒，在低于其熔 点下，以高速撞击泡沫陶瓷体比表面使其产生塑性变形粘结其中。对于本发明，只需应用冷 气动力喷涂最基本的技术，因为不要求所喷涂的颗粒形成有一定厚度的致密的涂层。只要 所喷粉末颗粒粘结在比表面上，非致密即可。冷气动力喷涂所用上述过渡金属氧化物粉末颗粒粒径为1微米-400微米，最佳粒 径为微生物细胞直径的2-3倍。冷气动力喷涂采用高压压缩气体作为工作气体，工作气体 压力范围为lMPa-2.5MPa，工作气体温度范围为室温-700°C .工作气体为氦气、氮气、氢 气、氩气、空气中的一种或几种气体混合气体。冷气动力喷涂中所用上述过渡金属氧化物对微生物无毒害或少毒害作用，例如二
氧化钛，二氧化锆等。③亲水处理可使表面改性泡沫陶瓷体比表面的过渡金属氧化物含水。本发明所制造的表面改性泡沫陶瓷载体与现有的有机类载体相比优点为对微生 物无毒害性、生物亲合性好，耐腐蚀，稳定性能优异、传质性能好、机械强度高、操作简单和 价格适中易得。本发明所制造的表面改性泡沫陶瓷载体与其它无机类载体相比较优点为比表面 积大、适用性广泛等。本发明所制造的表面改性泡沫陶瓷载体与普通泡沫陶瓷载体相比，优点为其表 面生长的生物膜耐受冲击的强度显著提高。含水的过渡金属氧化物中的羟基可以被细胞的 适当配位体取代，形成共价键。对原核生物和真菌的细胞而言，由于细胞壁上会有大量多 糖，可以通过螯合作用与泡沫陶瓷筋络交联，对于原生生物和微型后生动物而言，细胞质膜 上镶嵌有大量蛋白质，蛋白质的肽链上的氨基酸残基可与含水的过渡金属氧化物中的羟基 形成共价键，这种交联作用几乎不影响细胞的生物活性。表面改性泡沫陶瓷载体内部筋络 比表面有一层含水的过渡金属氧化物离子，非常有利于固定微生物时的螯合反应的进行， 从而使其比表面用吸附_交联的复合方式对微生物细胞进行固定化，所形成的生物膜耐受 冲击的强度显著的提高。因此，这种载体将在环境工程废水废气治理中得到广泛应用。
附图是表面改性泡沫陶瓷载体的制造工艺流程图1、泡沫陶瓷2、张力辊3、喷枪4、输送辊 5、亲水处理槽
具体实施例方式实施例某大型污水处理厂厌氧池、污泥浓缩池等产生大量的臭气无组织排放，对周边居 民身心健康带来极大的危害，该厂通过集气罩将臭气收集，送入生物滤塔进行净化处理，取 得了很好的效果，其生物滤塔中采用多块规格为50X50X25cm的表面改性泡沫陶瓷作为 微生物固定化载体，孔径1. 5cm,孔隙率91 %，抗压强度1. 25MPa。
泡沫陶瓷体经酸洗干燥后，采用冷气动力喷涂技术在比表面喷涂二氧化钛粉末颗 粒，冷气喷涂工艺为驱动气体为氮气和氢气的混合体，压力为l.OMPa，气体温度100°C，粉 末的粒径为30-40微米。亲水处理后，得到所需的载体。喷枪喷射的方向为臭气通过的方向及其反向，即冷喷涂时，当泡沫陶瓷体勻速通 过喷涂区进行第一次喷涂后，将其反转放置，再次勻速通过喷涂区，进行第二次喷涂。
权利要求
一种表面改性泡沫陶瓷载体，是通过冷气动力喷涂的方法，在泡沫陶瓷体表面粘结过渡金属氧化物粉末颗粒，亲水处理后而成。
2.根据权利要求1所述的载体，其形状可以是通透的长方体、圆柱体等。
3.根据权利要求1所述的载体，其制造方法包括以下步骤①泡沫陶瓷体比表面清洁 及干燥处理②在泡沫陶瓷比表面上采用冷气动力喷涂技术粘结过渡金属氧化物粉末颗粒 ③然后进行亲水处理得到表面改性泡沫陶瓷载体材料。
4.根据权利要求1所述的载体，其孔径、孔隙率及抗压强度可根据实际工程需要来确定。
全文摘要
一种表面改性泡沫陶瓷载体，是通过冷气动力喷涂技术在普通泡沫陶瓷比表面上粘结过渡金属氧化物粉末颗粒，亲水处理而成。其制造方法包括以下步骤①泡沫陶瓷体比表面清洁及干燥处理，②在泡沫陶瓷比表面上采用冷气动力喷涂技术粘结过渡金属氧化物粉末颗粒，③然后进行亲水处理。本发明所制备的载体固定的微生物负荷大，所形成的生物膜耐受冲击强度大，可广泛应用于环境工程废水及废气中的治理。
文档编号C04B41/88GK101935227SQ20101011907
公开日2011年1月5日 申请日期2010年3月3日 优先权日2010年3月3日
发明者仰鹏飞, 张 杰, 王堃 申请人:张 杰