一种辐照改性聚乙烯填料的制备方法与流程

本发明涉及材料加工技术领域，具体涉及一种适用于移动床生物膜反应器的辐照改性聚乙烯填料的制备方法。

背景技术：

移动床生物膜反应器(mbbr)是在传统流化床和生物接触氧化法的基础上发展起来的，在污水处理领域开始广泛应用。反应器中投加一定数量比重接近于水且具有较大比面积的悬浮填料，将其作为生物膜的载体，在曝气时悬浮填料与水呈完全混合状态。悬浮填料上的微生物泥龄长，微生物种类繁多，对污水中的污染物进行吸附降解。反应器中的悬浮填料处于不断的移动状态，在水中的碰撞和剪切作用，空气气泡更加细小，增大了微生物与污水及气泡间的接触面积，增加了氧气的利用率，提高传质速率，使老生物膜脱落，新生物膜保持了微生物的代谢活性，增强了去污能力，从而完成对有机污染物的分解。由于载体和生物膜内外可以提供不同的溶解氧浓度，因此可以生长不同种类的生物：内部缺氧区生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌。这样，每颗填料载体都可以看作一个微型复合反应器，硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。

移动床生物膜反应器的适用性强，应用范围广，既可用于有机物去除，也可用于脱氮除磷；既可用于新建的污水处理厂，更可用于现有污水处理厂的工艺改造和升级换代。

对于移动床生物膜反应器中添加的悬浮填料也需具备以下要求：1、填料比重应该接近于水，轻微搅拌下易于随水运动，达到均匀混合；2、应具有尽可能大的比表面积，提供尽可能多的生化反应场所，填料表面应该适合微生物吸附和生长；3、废水中耐久性好，不宜磨损。

而现所使用的的悬浮填料主要有以下几类：

1、多孔硅酸盐类填料，比表面积大，微生物容易附着和生长，但是比重过大，混合不均匀，且容易磨损，使用较少；

2、活性炭，比重大于水，比表面积大，微生物极易附着和生长，但是机械强度低，易磨损，耐久性不好，而且材料成本高，使用较少；

3、聚氨酯泡沫，比重接近于水，比表面积大，微生物易于附着和生长，机械强度好，耐磨损，材料成本略高，是目前最常用的一类；

4、聚乙烯填料，比重接近于水，比表面积较大，机械强度和耐久性好，材料成本低廉，但是微生物附着和生长比较困难。由于成本优势，目前已有大量使用。

因此为了改善聚乙烯填料的缺点，目前以后的方法是添加改性助剂来提高聚乙烯的表面张力，改善微生物的附着和生长。但是助剂的加入，削弱了聚乙烯的耐久性，而且增加了成本。在不降低材料机械性能的前提下，提高材料的表面张力和微生物附着生长性能，并且只增加尽可能低的成本费用，是亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种辐照改性聚乙烯填料的制备方法，采用该种制备方法在不降低材料机械性能的前提下，制造得出的聚乙烯填料进一步提高了材料的表面张力和微生物附着生长性能，且生产成本较低。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种辐照改性聚乙烯填料的制备方法，包括步骤如下：

s1、将聚乙烯树脂和添加剂按比例混合，挤出加工形成待改性填料；

s2、采用电子加速器对步骤s1中的待改性填料进行电子束照射，形成改性聚乙烯填料。

作为优选的，所述步骤s1中的添加剂采用生物降解材料，所述添加剂的含量为0～20ω％。

作为优选的，所述步骤s2中，待改性填料平铺在束下传输带的表面后传输进入电子加速器的辐照区内进行辐照改性，或待改性填料平铺放置于含水容器中，其后放置于束下传输带上传输进入电子加速器的辐照区内进行辐照改性。

作为优选的，当待改性填料平铺在束下传输带表面上进行辐照改性时，所述待改性填料的辐照接收剂量为10～200kgy。

作为优选的，所述待改性填料的平铺厚度h与电子加速器电子束能量e之间满足如下关系式：其中ρ表示待改性填料堆密度。

作为优选的，当待改性填料平铺放置于含水容器中进行辐照改性时，所述待改性填料的辐照接收剂量为10～25kgy。

作为优选的，所述含水容器内的水中添加稀硫酸、硫酸亚铁或双氧水的其中一种或多种。

作为优选的，所述稀硫酸加入水中调节溶液ph值为3～5，所述硫酸亚铁和双氧水的添加量为0～1ω‰。

作为优选的，所述待改性填料放置于含水容器中，含水容器的水层厚度h与电子加速器电子束能量e之间满足如下关系式：h＝0.4e。

与现有技术相比，本发明提供的一种辐照改性聚乙烯填料的制备方法，电电子加速器中产生的电子束是将电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压加速电场作用下被加速至很高的速度，形成的密集的高能电子束流，本制备方法利用电子束在穿透空气、水和聚乙烯的时候会产生高活性的化学基团，进而获得各种反应，在聚乙烯表面形成氧化改性效果，提高表面张力和微生物的附着生长特性。同时，电子束照射还能导致聚乙烯和可降解的添加剂发生交联反应，提高机械强度和污水中的耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种辐照改性聚乙烯填料的制备方法的流程图。

具体实施方式

电子束是将电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压加速电场作用下被加速至很高的速度，形成的密集的高能电子束流。电子束在穿透空气、水和聚乙烯的时候会产生高活性的化学基团，进而获得各种反应，可以达到表面氧化、接枝，以及聚乙烯的交联效果。本方法正是利用了上述作用原理，通过电子束照射聚乙烯树脂和可降解添加剂的混合物，形成改性后的聚乙烯填料。

下面将通过具体实施方式对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，一种辐照改性聚乙烯填料的制备方法，包括步骤如下：

s1、将聚乙烯树脂和添加剂按比例混合，挤出加工形成待改性填料。

其中步骤s1中的添加剂采用生物降解材料，在本实施中可采用玉米粉、淀粉等可生物降解的粉末材料，该种添加剂的含量为0～20ω％。将玉米粉或淀粉按上述范围的质量分数进行添加与聚乙烯数值混合，并挤出加工形成待改性填料。

s2、采用电子加速器对步骤s1中的待改性填料进行电子束照射，形成改性聚乙烯填料。

辐照加工介质可采用空气或水，也就是说待改性填料可以平铺在束下传输带的表面后传输进入电子加速器的辐照区内进行辐照改性，也可以平铺放置在含水容器中，其后放置于束下传输带上传输进入电子加速器的辐照区内进行辐照改性。

当待改性填料平铺在束下传输带表面上进行辐照改性时，待改性填料的辐照接收剂量为10～200kgy。已经成型的待改性填料，根据待改性填料的堆密度和电子束能量，铺设成略小于电子束有效穿透厚度的薄层进行照射，具体的平铺厚度h与电子加速器电子束能量e之间满足如下关系式：其中ρ表示待改性填料堆密度。

当待改性填料平铺放置于含水容器中进行辐照改性时，待改性填料的辐照接收剂量为10～25kgy。含水容器内的水中添加稀硫酸、硫酸亚铁或双氧水的其中一种或多种。其中，稀硫酸加入水中调整整个溶液介质处于弱酸性环境，具体调整ph值为3～5，加入硫酸亚铁或双氧水均是给辐照改性提供催化作用，两者的添加量0～1ω‰。

已经成型的待改性填料与容器内的水混合，根据电子束的能量，调节容器内的水层厚度略小于电子束的有效穿透厚度，具体的含水容器的水层厚度h与电子加速器电子束能量e之间满足如下关系式：h＝0.4e，然后进行电子束照射。完成照射后，将填料颗粒与水分离，填料颗粒即为改性聚乙烯填料成品。作为辐照加工介质的水可以再次循环使用。

将改性后的聚乙烯填料进行材料表面张力测试，表面张力测试液按照gb/t13541-92《电气用塑料薄膜试验方法》中规定的方法进行配置和测试，其中混合测试液有效期一周。

测试例一：聚乙烯树脂，型号hd6070，添加10ω％的玉米粉，挤出加工成待改性填料颗粒。辐照加工介质采用空气，填料颗粒的堆密度设置为不大于100kg/m³，将待改性填料颗粒平铺在束下传输带上，传输进入电子加速器的辐照区内进行电子束辐照改性处理，待改性填料颗粒的累积辐照接收剂量为100～150kgy。通过辐照改性处理后的聚乙烯填料颗粒进行材料表面张力测试，测试所得处理后填料的表面张力大于35dyn。

改性之后的填料具有较高的表面张力和亲水性，作为生物膜反应器的载体，可以提供生物膜层的生长和附着的可靠基础，使用中可以快速挂膜，生物膜量更大，进而提高去除cod和反硝化的处理效果。辐射改性过程还能提高填料的机械强度，改善在污水中使用的耐久性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。