本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种用于污水处理的高强度载体材料及其制备方法。
背景技术：
随着水资源的减少，污水处理越来越受到重视。通过载体附着微生物是现代污水处理采用的一种主流办法，利用微生物的分解能力将污水中的有机成分降解，净化水体。利用微生物处理污水就需要将其附着于载体之上，将载体置于污水中，可以长期有效的利用微生物。早期用于污水处理的微生物载体大多数为海藻酸钠、卡拉胶、聚乙烯醇等水凝胶，由于这类物质的生化稳定差、机械强度低以及寿命短等原因，其工业应用受到一定的限制。随后，人们开始研究硬度较好的陶粒载体来取代它们，然而，陶粒载体的作用力比较弱，耐冲击力性能差，且密度过大，从而影响了它的使用寿命和处理效果。近年来，有的微生物载体有些是利用天然矿石和人工塑胶等所组成，但此类微生物载体比表面积小且孔隙率过小，载体与微生物间的亲和作用小，附着在上面的微生物会发生脱落、由于经常发生脱落，微生物培养所需时间长。
技术实现要素：
基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种用于污水处理的高强度载体材料及其制备方法，其强度寿命俱佳且孔隙率适宜，能解决现有微生物载体存在的强度差、寿命短、比表面积小、孔隙率不合适等问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施方式提供一种用于污水处理的高强度载体材料，该载体材料由以下组分组成：甲基丙烯酸羟乙酯、交联剂和催化剂
本发明实施方式还提供一种用于污水处理的高强度载体材料的制备方法，用于制备本发明所述用于污水处理的高强度载体材料，包括以下步骤：
将甲基丙烯酸羟乙酯和水混合均匀后，加入交联剂和催化剂，将混合均匀后的物料加入模具中进行加热处理，冷却后脱模，依次进行切粒及水洗处理，即得到用于污水处理的高强度载体材料。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的用于污水处理的高强度载体材料及其制备方法，其有益效果为：
通过甲基丙烯酸羟乙酯、活性白土、活性炭、致孔剂、交联剂和催化剂组合，制成一种强度寿命俱佳且孔隙率适宜的载体材料，该载体材料吸收水分能力较强、能够实现良好的湿润环境，使用寿命长、强度高、抗磨损和挤压程度高、可适应机械搅拌和运输过程中产生的压力，且孔隙率适宜、可大量富集水解细菌、反硝化细菌和厌氧氨氧化、对微生物吸附能力强、挂膜牢靠，具有极强的推广价值。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明实施例提供一种用于污水处理的高强度载体材料，该载体材料由以下组分组成：甲基丙烯酸羟乙酯、交联剂和催化剂。
上述载体材料中，各组分用量为：甲基丙烯酸羟乙酯25-75重量份、交联剂0.25-1重量份、催化剂0.25-1重量份、水17-71.5重量份。
进一步的，上述载体材料还包括：活性白土、活性炭和致孔剂。所述活性白土、活性炭和致孔剂的用量为：活性白土0.1-3重量份、活性炭0.1-3重量份、致孔剂0.1-1.5重量份。其中的致孔剂采用十二烷基硫酸钠，或乙酸乙酯和十二醇；
经试验结果表明，适量的添加活性白土和活性炭对载体材料的强度有正作用、且使挂膜的微生物挂膜牢靠难以脱落，而致孔剂的作用在于调节载体材料的孔隙率。
上述载体材料中，所述交联剂采用N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和/或双甲基丙烯酸乙二醇酯；
所述催化剂采用过硫酸铵和/或亚硫酸氢钠和/或偶氮二异丁腈。
上述载体材料由以下方式制备，包括：
将甲基丙烯酸羟乙酯、活性白土、活性炭和水混合均匀后，加入交联剂和催化剂，将混合均匀后的物料加入模具中进行加热处理，冷却后脱模，依次进行切粒及水洗处理，即得到用于污水处理的高强度载体材料。
上述载体材料的制备还包括：
与甲基丙烯酸羟乙酯和水同时加入活性白土和活性炭一同加入混合均匀，之后加入致孔剂快速搅拌均匀，然后再加入交联剂和催化剂，进行后续步骤。
上述载体材料的制备中，所述将混合均匀后的物料加入模具中进行加热处理为：将混合均匀后的物料加入模具后密封，按60-80℃的温度加热2-12小时；
所述水洗处理为：将切粒所得物料置于去离子水中浸泡7天，每24小时更换一次去离子水。
本发明实施例还提供一种用于污水处理的高强度载体材料的制备方法，用于制备上述的高强度载体材料，包括以下步骤：
将甲基丙烯酸羟乙酯和水混合均匀后，加入交联剂和催化剂，将混合均匀后的物料加入模具中进行加热处理，冷却后脱模，依次进行切粒及水洗处理，即得到用于污水处理的高强度载体材料。
上述制备方法还包括：与甲基丙烯酸羟乙酯和水同时加入活性白土和活性炭一同加入混合均匀，之后加入致孔剂快速搅拌均匀，然后再加入交联剂和催化剂，进行后续步骤；
上述制备方法中，将混合均匀后的物料加入模具中进行加热处理为：将混合均匀后的物料加入模具后密封，按60-80℃的温度加热2-12小时；
上述制备方法中，水洗处理为：将切粒所得物料置于去离子水中浸泡7天，每24小时更换一次去离子水。
本发明提供一种用于污水处理的多功能载体及其制备方法，其载体是以甲基丙烯酸羟乙酯、活性白土、活性炭、致孔剂、交联剂、催化剂等为原料，经混合、加热、脱模、切割、造粒、水洗等处理各步骤后得到的。由于现今污水处理的工程量非常大，尤其是市政污水，虽然该专利提供了一种强度寿命俱佳且孔隙率适宜的载体，但载体的需求量也是非常庞大，故能够控制微生物载体的寿命及其质量，在污水处理中显得尤为重要。
下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。
本实施例提供一种使用寿命长、强度高、孔隙率适宜且能够达到标准的用于污水处理的载体材料，能克服目前现有微生物载体所存在的强度差、寿命短、比表面积小、孔隙率不合适等问题。本发明的载体材料由甲基丙烯酸羟乙酯、活性白土、活性炭、致孔剂、交联剂和催化剂组成；为了各组分之间发挥协同作用，使所述载体具有良好的综合性能，本发明优选设定了各组分的用量，各组分的用量为：甲基丙烯酸羟乙酯为25-75重量份、活性白土为0-3重量份、活性炭为0-3重量份、致孔剂为0-1.5重量份、交联剂为0.25-1重量份、催化剂为0.5-1.5重量份和水为15-74.25重量份。优选的，各组分的用量为：甲基丙烯酸羟乙酯25重量份，活性白土1重量份，活性炭1重量份，致孔剂0.25重量份，交联剂0.25重量份，催化剂0.5重量份，水72重量份。
上述载体材料中的致孔剂优选为十二烷基硫酸钠；
上述载体材料中的交联剂优选为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；
上述载体材料中的催化剂优选为过硫酸铵和亚硫酸氢钠。
上述载体材料的制备方法，包括以下步骤：
将甲基丙烯酸羟乙酯、活性白土、活性炭和水混合均匀后，加入致孔剂快速搅拌均匀，然后加入交联剂和催化剂，形成的混合物理加入模具中进行加热处理，冷却后脱模，依次进行切粒及水洗处理即得到该载体材料。
上述方法中的加热处理具体为：将混合均匀后的物料加入模具中，密封，加热2-12小时，密封的作用在于排除反应体系中的氧气，避免副反应的产生。
上述方法中的水洗处理为：将切粒所得物料置于去离子水中浸泡7天，每24小时更换去离子水，反复更换去离子水浸泡的作用在于洗去产物中所含有的小分子单体以及表面附着的添加剂。
本发明的载体材料吸收水分能力较强、能够实现良好的湿润环境，使用寿命长、强度高、抗磨损和挤压程度高、可适应机械搅拌和运输过程中产生的压力，且孔隙率适宜、可大量富集水解细菌、反硝化细菌和厌氧氨氧化菌等、对微生物吸附能力强、挂膜牢靠，具有极强的推广价值。主要是此类载体材料难溶于水、但亲水性强，力学性能优异，是一类性能优异的水凝胶材料，具有良好的生物学性能，大量此类材料被大量用于眼科(人造角膜)、骨科(软骨膜替代物)、整容外科(凝胶敷料)、药物释放系统等等，而将其作为一种微生物载体材料尚未有人报道，经实验及测试结果表明，致孔剂的加入，在水凝胶的形成过程中，使内部产生了部分气泡，这些气泡占据了水凝胶内部和外部的部分空间，当反应停止时，气泡破裂，因此形成了具有较高孔隙率的水凝胶载体，而载体材料的孔隙率可以根据致孔剂的添加量而进行调节，有利于微生物的吸附和富集，而加入活性白土和活性炭等，使其微观结构表面更加粗糙，因此挂膜的微生物(水解细菌、反硝化细菌、厌氧氨氧化菌等)难以脱落。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种用于污水处理的高强度载体材料，是一种生物载体，其组成为：甲基丙烯酸羟乙酯25g、活性白土1g、活性炭1g、十二烷基硫酸钠0.25g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.25g、过硫酸铵0.25g、亚硫酸氢钠0.25g和水72g。
实施例2
本实施例提供一种用于污水处理的高强度载体材料，是一种生物载体，其组成为：甲基丙烯酸羟乙酯30g、活性白土0.5g、活性炭2g、十二醇0.3g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.3g、过硫酸铵0.45g、亚硫酸氢钠0.45g和水66g。
实施例3
本实施例提供一种用于污水处理的高强度载体材料，是一种生物载体，其组成为：甲基丙烯酸羟乙酯40g、活性白土1.5g、活性炭1g、乙酸乙酯0.5g、十二醇0.5g、双甲基丙烯酸乙二醇酯0.5g、偶氮二异丁腈1g和水55g。
上述实施例1～3提供的载体均可采用以下的方法制备而成，包括以下步骤：甲基丙烯酸羟乙酯、活性白土、活性炭和水等原料混合均匀后，加入致孔剂快速搅拌均匀，然后加入交联剂和催化剂，混合均匀后的物料加入模具中，密封，加热2-12小时，密封的作用在于排除反应体系中的氧气，避免副反应的产生，冷却后脱模，依次进行切粒，然后将切粒所得物料置于去离子水中浸泡7天，每24小时更换去离子水进行水洗处理，反复更换去离子水浸泡的作用在于洗去产物中所含有的小分子单体以及表面附着的添加剂，水洗处理完全后即制得用于污水处理的高强度载体材料。
实验例
按照实施例1-3的原材料，通过上述制备方法经混合、加热、脱模后制备出三种载体材料，采用万能试验机对其力学性能进行测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1-3的压缩测试结果
上述表1为实施例1-3的载体材料，用万能试验机的测试结果，经检测，实施例1-3提供的生物载体材料均具有优秀的力学性能，各项力学性能结果均优于大多数市场现有的载体材料。
为保证产品质量，节约产品成本，实施例1的综合性能优于实施例2和实施例3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。