一种基于废塑料的磁性填料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于废塑料的磁性填料及其制备方法，通过依次制备塑料基体、磁性铁氧体粉末和磁性条状体，最终得到基于废塑料的磁性填料。该磁性填料由塑料基体和磁性条状体两部分组成；所述塑料基体为固体废物中的废塑料；所述磁性条状体由废塑料薄膜包裹磁性铁氧体粉末制成；所述磁性条状体穿插于所述塑料基体上所设孔中，所述磁性条状体两端过孔位置打有结，所述结大于孔的大小。本发明实现了固体废物的再利用；减少了环境污染，为废塑料和磁性铁氧体粉末的处理提供一种新的思路；磁性填料表面的磁性条状体对微生物具有磁催化作用，增强生物反应器内微生物的活性，使微生物降解污染物能力和生物反应器的降解效率得到提高，生物挂膜效果好。
【专利说明】一种基于废塑料的磁性填料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于废塑料的磁性填料及其制备方法，属于水处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着经济的快速发展，塑料的产量和使用量都不断增加。塑料易老化，使用周期 短，大量的塑料制品特别是包装物在6-12个月后便被废弃，有的在1-2年后变为废塑料。因 此，产生的废塑料日益增多。废塑料往往具有耐腐蚀、不易分解等特性，如果处理不当，不仅 会对景观和生态系统产生极大影响，甚至危害人体健康。对废塑料进行资源化利用，不仅可 以保护环境，而且还能变废为宝，节约资源。废塑料的再生利用产业已成为经济发展中不可 或缺的资源型环保产业。目前，废塑料的资源化利用途径主要有：加工成塑料原料、燃料化 利用、热解制油、生产建筑材料等。但传统的利用技术，多数需要消耗较多的能源，成本高， 有些还会带来二次污染。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于废塑料的磁性填料及其制备方 法，可综合利用废塑料、重金属离子废水等废弃物，减小环境污染；所制备的磁性填料，可作 为生物接触氧化、膜生物反应器等工艺中的微生物载体。
[0004] 一种基于废塑料的磁性填料，其特征在于，由塑料基体和磁性条状体两部分组成； 所述塑料基体为固体废物中的废塑料；所述磁性条状体由废塑料薄膜包裹磁性铁氧体粉末 制成；所述磁性条状体固定在塑料基体上。
[0005] 优选的，所述磁性条状体穿插于所述塑料基体上所设孔中，所述磁性条状体两端 打有结，所述结大于孔的大小。
[0006] 优选的，所述磁性条状体经过每一个孔穿插于所述塑料基体中，相邻三个孔之间 的两段磁性条状体分别位于塑料基体的两侧。
[0007] 优选的，所设孔为矩形矩阵或圆形矩阵排列的矩形孔，所述矩形孔长度比磁性条 状体的宽度大0. 5-1_，所述矩形孔宽度比磁性条状体的厚度大0. 5-1_。
[0008] 优选的，所述的磁性条状体在塑料基体上均匀分布，所述磁性条状体的表面积占 塑料基体总表面积的15-30%。
[0009] 优选的，所述固体废物中的废塑料为矿泉水瓶或果汁瓶，其厚度小于2mm、粗糙度 Ra大于20nm，形状为长方形、正方形或圆形。
[0010] 优选的，所述磁性条状体为扁条状体，其宽度为3-7mm、厚度为1-2. 5mm。
[0011] 一种基于废塑料的磁性填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0012] (1)塑料基体的制备：
[0013] 选取固体废物中的废塑料，剪切、打磨废塑料表面；并在打磨后的废塑料表面开设 多个孔；
[0014] (2)磁性铁氧体粉末的制备：
[0015] a)向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，所述二价铁离子与废水中 其他二价金属离子的摩尔比大于2,所述三价铁离子与废水中其他三价金属离子的摩尔比 大于7. 5,废水中总的三价金属离子与总的二价金属离子的摩尔比范围为1. 3-1. 8,得处理 后废水；
[0016] b)在不断搅拌下，向步骤a)中所述处理后废水中加入强碱，调节溶液的pH值至 10以上，常温下反应6-8min，停止搅拌，至混合液中形成沉渣；
[0017] c)陈化反应30_60min，步骤b)中所述沉渔转化为黑色的磁性铁氧体，倒出上清 液，固液分离；
[0018] d)将分离后的磁性铁氧体在40_60°C中干燥，研磨至磁性铁氧体的颗粒粒度在 0. Imm以下，并在强度大于300kA/m的磁场中预磁化IOmin以上，即得所述磁性铁氧体粉 末；
[0019] (3)磁性条状体的制备：
[0020] 选取废塑料薄膜，在其一侧表面沿直线方向涂玻璃胶，在玻璃胶上均匀分布磁性 铁氧体粉末；所述玻璃胶的用量至少能粘住磁性铁氧体粉末，所述磁性铁氧体粉末的用量 至少能盖住玻璃胶；待玻璃胶干化后，用涂玻璃胶的塑料薄膜将磁性铁氧体粉末包裹形成 条状体，并用玻璃胶密封，形成所述磁性条状体；
[0021] (4)磁性填料的制备：
[0022] 将步骤（3)中所述磁性条状体穿插在步骤（1)中的孔中，在磁性条状体的两端过 孔的位置分别打有大于孔的结，得所述基于废塑料的磁性填料。
[0023] 优选的，所述步骤（2)中重金属离子废水中含有铜离子和锰离子或铅离子和锌离 子；所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
[0024] 本发明的有益效果是：
[0025] (1)本发明所述磁性填料的原料为废塑料、重金属离子废水处理产物磁性铁氧体 粉末，实现了固体废物的再利用；减少了环境污染，为废塑料和磁性铁氧体粉末的处理提供 一种新的思路。
[0026] (2)本发明所述磁性填料的制备工艺简单，操作方便；再利用过程中消耗能源少， 成本低，适宜产业化。
[0027] (3)本发明所述磁性填料表面的磁性条状体对微生物具有磁催化作用，可以增强 生物反应器内微生物的活性，使微生物降解污染物能力和生物反应器的降解效率得到提 高，生物挂膜效果好。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1是基于废塑料的磁性填料的主视图。
[0029] 图2是图1中A-A剖视图。
[0030] 图3是矩形矩阵排列的矩形孔的塑料基体主视图。
[0031] 图4是磁性条状体的主视图。
[0032] 图5是磁性条状体的左视图。
[0033] 图6是圆形矩阵排列的矩形孔的塑料基体主视图。
[0034] 附图标记说明如下：
[0035] 图中：1_塑料基体；2_矩形孔；3-磁性条状体；4_结。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并 不限于此。
[0037] 实施例1
[0038] -种基于废塑料的磁性填料，由塑料基体1和磁性条状体3两部分组成；其中，塑 料基体1为厚度为〇. 2mm的长方形废矿泉水瓶，采用砂布或砂轮打磨两个表面粗糙度Ra为 25nm ;如图3所示，在打磨后的塑料基体1上设有矩形矩阵排列的矩形孔2 ;矩形孔2长度 为3. 5mm，宽度为I. 7mm，同一直线上相邻矩形孔2纵向间距为26mm。
[0039] 如图4、图5所示，所述磁性条状体3为由废塑料薄膜包裹磁性铁氧体粉末制成的 宽度为3_、厚度为I. 2mm的扁条状体。其中磁性铁氧体粉末的制备过程如下：a)向含有铜 离子和锰离子的重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，所述二价铁离子与废水 中其他二价金属离子的摩尔比为3,所述三价铁离子与废水中其他三价金属离子的摩尔比 为8,废液中总的三价金属离子与总的二价金属离子的摩尔比为1. 4,即得处理后废水；b) 在搅拌的同时向步骤a)中所述处理后废水中加入氢氧化钠，调节溶液的pH值至10. 5,常温 下反应6min，停止搅拌，至混合液中形成沉渔；c)陈化反应40min，步骤b)中所述沉渔转化 为黑色的磁性铁氧体，倒出上清液，固液分离；d)将分离后的磁性铁氧体在40°C中干燥，研 磨至磁性铁氧体的颗粒粒度在0. Imm以下，并在强度大于300kA/m的磁场中预磁化llmin， 即得所述磁性铁氧体粉末。取废塑料薄膜，在其一侧表面沿直线方向涂玻璃胶，在玻璃胶上 均匀分布所述磁性铁氧体粉末；所述玻璃胶的用量至少能粘住磁性铁氧体粉末，所述磁性 铁氧体粉末的用量至少能盖住玻璃胶；待玻璃胶干化后，用涂玻璃胶的塑料薄膜将磁性铁 氧体粉末包裹形成条状体，并用玻璃胶密封，得磁性条状体3。
[0040] 如图1、图2所示，所述磁性条状体3按直线穿插在塑料基体1的矩形孔2中，相邻 三个矩形孔2之间的两段磁性条状体3分别位于塑料基体1的两侧，磁性条状体3的两端 打有结4,所述结4大于矩形孔2的大小。所述磁性条状体3的表面积为塑料基体1总表面 积的15%。
[0041] 实施例2
[0042] -种基于废塑料的磁性填料，由塑料基体1和磁性条状体3两部分组成；其中， 塑料基体1为厚度为〇. 3mm的圆形废果汁瓶，采用砂布或砂轮打磨两个表面粗糙度Ra为 33nm ;如图6所示，在打磨后的塑料基体1上设有圆形矩阵排列的矩形孔2,矩形孔2长度 为8_，宽度为3_。
[0043] 所述磁性条状体3为由废塑料薄膜包裹磁性铁氧体粉末制成的宽度为7mm、厚度 为2mm扁条状体。其中磁性铁氧体粉末的制备过程如下：a)向含有铜离子和锰离子的重 金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，二价铁离子与废水中其他二价金属离子的 摩尔比为7,三价铁离子与废水中其他三价金属离子的摩尔比为12,废液中总的三价金属 离子与总的二价金属离子的摩尔比为I. 7 ;b)在搅拌的同时向处理后的废水中加入氢氧化 钠，调节溶液的PH值至11. 5,常温下反应8min，停止搅拌，至混合液中形成沉渣；c)陈化反 应60min，沉渣转化为黑色的磁性铁氧体，倒出上清液，固液分离；d)将分离后的磁性铁氧 体在55°C中干燥，研磨至磁性铁氧体的颗粒粒度在0. Imm以下，并在强度大于300kA/m的 磁场中预磁化20min，即得磁性铁氧体粉末；所述磁性条状体3制备过程如下：取废塑料薄 膜，在其一侧表面沿直线方向涂玻璃胶，在玻璃胶上均匀分布所述磁性铁氧体粉末；所述玻 璃胶的用量至少能粘住磁性铁氧体粉末，所述磁性铁氧体粉末的用量至少能盖住玻璃胶； 待玻璃胶干化后，用涂玻璃胶的塑料薄膜将磁性铁氧体粉末包裹形成条状体，并用玻璃胶 密封，形成磁性条状体3。
[0044] 所述磁性条状体3按圆形穿插在塑料基体1的矩形孔2中，相邻三个矩形孔2之 间的两段磁性条状体3分别位于塑料基体1的两侧，磁性条状体3的两端打有结4,所述结 4大于矩形孔2的大小。所述磁性条状体3的表面积为塑料基体1总表面积的25%。
[0045] 将实施例1和实施例2所制磁性填料与普通聚乙烯填料同时用于三套并联运行处 理城市生活污水的生物膜反应器实验装置中，三套装置的结构、尺寸、填料填充率及实验条 件等均相同，其中实验条件为：曝气量〇. lm3/h，进水pH7. 7,温度25°C，水力停留时间8h，填 料投加量25%。挂膜一个月后，三套装置出水中主要污染物的去除率如表1所示。
[0046] 表1三套装置对污水中主要污染物的去除率
【权利要求】
1. 一种基于废塑料的磁性填料，其特征在于，由塑料基体⑴和磁性条状体⑶两部分 组成；所述塑料基体（1)为固体废物中的废塑料；所述磁性条状体（3)由废塑料薄膜包裹 磁性铁氧体粉末制成；所述磁性条状体（3)固定在塑料基体（1)上。
2. 根据权利要求1所述的基于废塑料的磁性填料，其特征在于，所述磁性条状体（3)穿 插于所述塑料基体（1)上所设孔中，所述磁性条状体（3)两端打有结（4)，所述结（4)大于 孔的大小。
3. 根据权利要求2所述的基于废塑料的磁性填料，其特征在于，所述磁性条状体（3)经 过每一个孔穿插于所述塑料基体（1)中，相邻三个孔之间的两段磁性条状体（3)分别位于 塑料基体⑴的两侧。
4. 根据权利要求2或3所述的基于废塑料的磁性填料，其特征在于，所设孔为呈矩 形矩阵或圆形矩阵排列的矩形孔（2)，所述矩形孔（2)长度比磁性条状体（3)的宽度大 0. 5-lmm，所述矩形孔（2)宽度比磁性条状体（3)的厚度大0. 5-lmm。
5. 根据权利要求1或2所述的基于废塑料的磁性填料，其特征在于，所述的磁性条状 体（3)在塑料基体（1)上均匀分布，所述磁性条状体（3)的表面积占塑料基体（1)总表面 积的 15-30%。
6. 根据权利要求1或2所述的基于废塑料的磁性填料，其特征在于，所述固体废物中的 废塑料为矿泉水瓶或果汁瓶，其厚度小于2mm、粗糙度Ra大于20nm，形状为长方形、正方形 或圆形。
7. 根据权利要求1或2所述的基于废塑料的磁性填料，其特征在于，所述磁性条状体 (3)为扁条状体，其宽度为3-7_、厚度为1-2. 5_。
8. -种基于废塑料的磁性填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 塑料基体（1)的制备： 选取固体废物中的废塑料，剪切、打磨废塑料表面；并在打磨后的废塑料表面开设多个 孔； (2) 磁性铁氧体粉末的制备： a) 向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，所述二价铁离子与废水中其他 二价金属离子的摩尔比大于2,所述三价铁离子与废水中其他三价金属离子的摩尔比大于 7. 5，废水中总的三价金属离子与总的二价金属离子的摩尔比范围为1. 3-1. 8，得处理后废 水； b) 在不断搅拌下，向步骤a)中所述处理后废水中加入强碱，调节溶液的pH值至10以 上，常温下反应6-8min，停止搅拌，至混合液中形成沉渣； c) 陈化反应30-60min，步骤b)中所述沉渔转化为黑色的磁性铁氧体，倒出上清液，固 液分离； d) 将分离后的磁性铁氧体在40-60°C中干燥，研磨至磁性铁氧体的颗粒粒度在0. 1_ 以下，并在强度大于300kA/m的磁场中预磁化lOmin以上，即得所述磁性铁氧体粉末； (3) 磁性条状体（3)的制备： 选取废塑料薄膜，在其一侧表面沿直线方向涂玻璃胶，在玻璃胶上均匀分布磁性铁氧 体粉末；所述玻璃胶的用量至少能粘住磁性铁氧体粉末，所述磁性铁氧体粉末的用量至少 能盖住玻璃胶；待玻璃胶干化后，用涂玻璃胶的塑料薄膜将磁性铁氧体粉末包裹形成条状 体，并用玻璃胶密封，形成所述磁性条状体（3); (4)磁性填料的制备： 将步骤（3)中所述磁性条状体（3)穿插在步骤（1)中的孔中，在磁性条状体（3)的两 端分别打有大于孔的结（4)，得所述基于废塑料的磁性填料。
9.根据权利要求8所述的基于废塑料的磁性填料的制备方法，其特征在于，所述步骤 (2)中重金属离子废水中含有铜离子和锰离子或铅离子和锌离子；所述的强碱为氢氧化钠 或氢氧化钾。
【文档编号】C02F3/10GK104445581SQ201410682186
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】赵如金, 龚丽影, 朱海东, 李淑慧, 王韦胜 申请人:江苏大学