光学藻膜用丙烯酸涂层树脂及其制备方法与流程

本发明涉及藻膜涂层，具体涉及光学藻膜用丙烯酸涂层树脂及其制备方法。

背景技术：

1、光学藻膜是藻类生物吸附固定到载体上生长所形成的生物膜，是一种新型的污水脱氮除磷技术，主要用于污水的脱氮除磷处理，不仅可弥补悬浮藻系统存在的藻密度低、水力停留时间长、藻水难分离及悬浮物(ss)过高、资源回收率低等不足，还能够节约固定化药剂成本、削弱固定化药剂对藻类活性的影响、重复使用固定化载体等优点。

2、现有技术，公告号为cn106011122a的一篇中国专利文件，公开了一种藻类生物膜的制备方法及其在处理污水中的应用。其具体步骤包括载体的预处理、藻类的培养、藻类的驯化以及制备藻类生物膜四个方面。本发明的一种藻类生物膜的制备方法，制备成本低廉、原料易得且易于回收藻类生物量，制备得到的藻类生物膜在污水处理中能起到高效脱氮除磷的作用。这种光学藻膜在实际的使用过程中存在着以下缺陷：

3、1)由于废水中存在有油性杂物，光学藻膜沉浸在废水中，由于涂覆在光学藻膜外部的涂层不具有的疏油性，废水中的油性杂物很容易的就会附着在光学藻膜的外部，降低了涂层的透水性与透光性，影响了废水处理效果；

4、2)在对废水进行处理时，光学藻膜受紫外线照射，涂覆在其外部的涂层容易老化，耐候性较差。

5、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光学藻膜用丙烯酸涂层树脂及其制备方法，用于解决现有技术中光学藻膜外部涂层的亲水疏油性能较差，在其外部容易有大量的油性杂物附着，降低了光学藻膜的透光性与透水性，光学藻膜长时间受紫外线照射，光学藻膜外部涂层容易老化，耐候性差的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、光学藻膜用丙烯酸涂层树脂，由以下重量份成分制备而成：改性聚丙烯酸溶液10-20份、改性二氧化硅溶液30-50份、聚乙烯醇溶液20-30份、分散剂0.5-1份和交联剂0.8-1.2份；

4、其中，改性丙烯酸酯以丙烯酸、三甲基硅醇为原料，通过反应制备出丙烯酸三甲基硅酯，然后通过自由基反应制备出得到的聚合物，改性二氧化硅溶液由四乙氧基硅烷为原料，通过化学方法制备出的粒径为50nm左右的纳米硅溶胶。

5、光学藻膜用丙烯酸涂层树脂的制备方法，包括以下步骤：

6、s1、按重量份称取：丙烯酸8-10份、三甲基硅醇9-12份、甲苯30-50份、催化剂0.05-0.1份加入到反应釜中，反应釜温度升高至85-90℃，搅拌反应2-5h，经过反应后处理，得到丙烯酸三甲基硅酯；

7、s2、按重量份称取：丙烯酸三甲基硅酯6-8份、丙烯酸7-10份、甲苯25-30份、引发剂0.03-0.05份加入到反应釜中，反应釜温度升高至65-75℃，搅拌3-4h，制得改性聚丙烯酸溶液；

8、改性聚丙烯酸溶液合成反应路线如下：

9、

10、s3、按重量份称取：改性聚丙烯酸溶液10-20份、改性二氧化硅溶液30-50份、聚乙烯醇溶液20-30份、分散剂0.5-1份和交联剂0.8-1.2份加入到反应釜，室温搅拌1-2h，温度升高80-90℃，减压蒸馏，得到含水量为35-45％的胶状的丙烯酸涂层树脂。

11、进一步的，所述s1步骤中丙烯酸与三甲基硅醇的摩尔比为1.1-1.3:1，甲苯的重量为三甲基硅醇重量的3-5倍，在反应过程中，通过油水分离器去除反应过程产生的水，反应完成之后，反应釜温度为80-90℃，减压蒸馏去溶剂，得到丙烯酸三甲基硅酯。

12、进一步的，所述s2步骤中引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)，反应完成之后，反应釜温度升高至80-85℃，减压蒸馏去除溶剂，向反应釜降温至30-45℃，向反应釜中加入助溶剂后，向反应釜中滴加中和剂，调节体系ph为6-7，向反应釜中加入30-45℃的热水，搅拌30-40min，得到改性聚丙烯酸溶液。

13、进一步的，所述助溶剂为尿素、酰胺、乙酰胺其中一种或集中成分组成，助溶剂的用量为丙烯酸重量的0.2-0.4倍，所述中和剂为25wt％的氨水溶液。

14、进一步的，所述改性二氧化硅溶液的制备方法包括以下步骤：

15、a1、按重量份称取四乙氧基硅烷10-15份、无水乙醇20-30份、去离子水4-6份，加入到反应釜中，反应釜温度升高至35-40℃搅拌20-30min；

16、a2、按重量份称取25wt％的氨水0.1-0.15份和去离子水6-8份，搅拌混合，得到氨水稀释液，将氨水稀释液滴加到反应釜中，保持反应釜温度35-40℃，搅拌4-6h，得到改性二氧化硅溶液。

17、进一步的，所述s3步骤中分散剂为十二烷基硫酸钠，交联剂为丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、二乙烯基苯、n-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺其中一种或多种。

18、进一步的，所述s3步骤中聚乙烯醇溶液的制备方法包括以下步骤：

19、b1、按重量份称取去离子水95份，加入到反应釜中，反应釜升温至85-90℃，体系保持回流状态，搅拌；

20、b2、按重量份称取聚乙烯醇5份，将聚乙烯醇等分成5批次加入到反应釜中，搅拌至体系溶清；

21、b3、反应釜降温至室温，将反应釜中溶液放出，得到5wt％的聚乙烯醇溶液。

22、本发明具备下述有益效果：

23、1、本发明的涂层树脂涂覆成型于光学藻膜后，能够有效的对藻膜上的微藻生物进行束缚，防止光学藻膜上的微藻生物从生物膜载体上脱落造成废水中的悬浮物浓度增加，并延长光学藻膜的使用寿命。

24、2、本发明的丙烯酸涂层树脂，通过改性二氧化硅溶液制备，在改性二氧化硅的外部枝接有多个亲水基团，使得光学薄膜具有超亲水性，在光学藻膜与油水混合物时，由于涂层的超亲水性能，水能迅速在膜的表面铺展并占据膜的表面，水占据了粗糙表面，从而膜的表面转化为水化层，在重力和毛细力的作用下，能够源源不断向下渗透，水的密度大于油的密度，油位于水的上方，同时由于水与油的不相容性，从而在光学藻膜的外表面形成固-液-液三相界面，从而使得涂层具有良好的疏油性能，避免废水中的油性杂物在涂层的外表面上大量富集。

25、3、本发明丙烯酸涂层树脂，通过对聚丙烯进行改性，在改性聚丙烯酸中键入了si-o键，因为si-0键能远大于c-c键能、c-0键能，从而使得涂层优具有优良的耐高温、耐氧化降解、耐磨耗和耐紫外光等性能，进而提升涂层整体的耐候性，延长光学藻膜的使用寿命，通过引入的改性二氧化硅，使得涂层具有多个孔隙的同时，由于改性二氧化硅所具有的强亲水性能，使得孔隙存水性能较强，进而提高了光学藻膜的吸水率。

技术特征：

1.光学藻膜用丙烯酸涂层树脂，其特征在于，由以下重量份成分制备而成：改性聚丙烯酸溶液10-20份、改性二氧化硅溶液30-50份、聚乙烯醇溶液20-30份、分散剂0.5-1份和交联剂0.8-1.2份；

2.光学藻膜用丙烯酸涂层树脂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的光学藻膜用丙烯酸涂层树脂及其制备方法，其特征在于，所述s1步骤中丙烯酸与三甲基硅醇的摩尔比为1.1-1.3:1，甲苯的重量为三甲基硅醇重量的3-5倍，在反应过程中，通过油水分离器去除反应过程产生的水，反应完成之后，反应釜温度为80-90℃，减压蒸馏去溶剂，得到丙烯酸三甲基硅酯。

4.根据权利要求2所述的光学藻膜用丙烯酸涂层树脂及其制备方法，其特征在于，所述s2步骤中引发剂为偶氮二异丁腈，反应完成之后，反应釜温度升高至80-85℃，减压蒸馏去除溶剂，向反应釜降温至30-45℃，向反应釜中加入助溶剂后，向反应釜中滴加中和剂，调节体系ph为6-7，向反应釜中加入10kg30-45℃的热水，搅拌30-40min，得到改性聚丙烯酸溶液。

5.根据权利要求4所述的光学藻膜用丙烯酸涂层树脂及其制备方法，其特征在于，所述助溶剂为尿素、酰胺、乙酰胺其中一种或集中成分组成，助溶剂的用量为丙烯酸重量的0.2-0.4倍，所述中和剂为25wt％的氨水溶液。

6.根据权利要求1所述的光学藻膜用丙烯酸涂层树脂及其制备方法，其特征在于，所述改性二氧化硅溶液的制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的光学藻膜用丙烯酸涂层树脂及其制备方法，其特征在于，所述s3步骤中分散剂为十二烷基硫酸钠，交联剂为丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、二乙烯基苯、n-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺其中一种或多种。

8.根据权利要求1所述的光学藻膜用丙烯酸涂层树脂的制备方法，其特征在于，所述s3步骤中聚乙烯醇溶液的制备方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了光学藻膜用丙烯酸涂层树脂及其制备方法，属于藻膜涂层技术领域。本发明用于解决现有技术光学藻膜外部涂层的亲水疏油性能较差，受紫外线照射，涂层容易老化，其耐候性差的技术问题，光学藻膜用丙烯酸涂层树脂，由以下重量份成分制备而成：改性聚丙烯酸溶液10‑20份、改性二氧化硅溶液30‑50份、聚乙烯醇溶液20‑30份、分散剂0.5‑1份和交联剂0.8‑1.2份。本发明不仅能够对光学藻膜上的微藻生物进行束缚，防止其与生物膜支架分离，还使得光学藻膜具有良好的亲水疏油性能，避免在其外部有大量的油性杂物富集，保证了光学藻膜对废水的处理效率，并提高了光学藻膜的耐候性，延伸了光学藻膜的使用寿命。

技术研发人员：胡善君
受保护的技术使用者：安庆瑞泰化工有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13