專利名稱：利用低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，尤其是熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料 的方法。
背景技術(shù)：
由于碳源補(bǔ)充能為微生物的生長代謝提供足量的營養(yǎng)源，在水處理領(lǐng)域逐漸成為 研究的熱點(diǎn)。目前，地下水脫氮、廢水處理厭氧硝化與反硝化階段均存在碳源補(bǔ)充不足或供 給不穩(wěn)定的問題，成為制約生物脫氮效率的重要因素，要獲得理想脫氮效果需要考慮外加 碳源以補(bǔ)充反硝化脫氮電子供體的要求。有關(guān)碳源補(bǔ)充的研究，較為成熟、應(yīng)用最多的主要 為液態(tài)碳源，如甲醇、乙醇、葡萄糖等短鏈的有機(jī)碳，但其高成本、有毒性、投加量不確定以 及運(yùn)輸困難等問題也讓研究者開始對外加補(bǔ)充碳源進(jìn)行新的探索和嘗試。熱點(diǎn)多集中在如 何優(yōu)化傳統(tǒng)碳源，如在脫氮工藝前加水解酸化工藝，提高原污水的可生化性和處理率；開發(fā) 非傳統(tǒng)碳源作為反硝化脫氮工藝中可選擇的碳源，如工業(yè)廢水、初沉污泥水解產(chǎn)物、垃圾滲 濾液、植物秸稈等。但是，這些碳源均存在補(bǔ)充量調(diào)節(jié)難把握或初期補(bǔ)充過量后期不足等問 題，影響微生物代謝，進(jìn)而影響處理效果。緩釋碳源是近年來興起的一種新技術(shù)，主要思路是利用有機(jī)聚合物做骨架，包裹 各種碳源使其緩慢釋放，達(dá)到穩(wěn)定供給的目的，保證微生物的旺盛代謝力，提高污染物的去 除效率。因而聚合物的選取，成為制約緩釋碳源發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。聚合物除了要滿足對 碳源的包裹緩釋作用，還要滿足釋放速率相對平穩(wěn)且不造成二次污染、價(jià)格低廉、來源廣泛 等條件。當(dāng)前，研究較多的聚合物主要有聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚烯烴等。其中，聚 乳酸由于其降解產(chǎn)物為乳酸，是人體正常代謝所需物質(zhì)，具有無毒無副作用的特點(diǎn)，因此， 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域藥物緩釋方面有大量的研究及應(yīng)用，但在水處理領(lǐng)域做緩釋材料骨架的研究未 見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種釋放量變化范圍較廣、具 有穩(wěn)定的緩釋性能的、由熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方 法，具體為1)制得的分子量1 10萬的聚乳酸；2)在質(zhì)量比范圍1 4內(nèi)，稱取聚乳酸和淀粉，混合后攪拌均勻；3)利用注塑法，設(shè)定注塑溫度為100 180°C，緩慢均勻加入上述混勻的聚乳酸和 淀粉，擠出成型，在10 40°c下冷卻，制得緩釋碳材料。進(jìn)一步，所述步驟1)中的聚乳酸采用有機(jī)廢棄物發(fā)酵液提取的乳酸、再經(jīng)熔融聚 合制得。進(jìn)一步，所述步驟1)中的聚乳酸采用餐廚垃圾發(fā)酵液提取的乳酸、再經(jīng)熔融聚合制得。進(jìn)一步，所述步驟2)中的淀粉包括小麥淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉或甘薯淀粉， 淀粉的平均粒徑為80 llOnm。進(jìn)一步，所述聚乳酸和淀粉的優(yōu)選質(zhì)量比為8 2、7 3、6 4或5 5。進(jìn)一步，所述步驟2)中聚乳酸和淀粉經(jīng)高速粉碎攪拌機(jī)粉碎攪拌均勻。進(jìn)一步，所述緩釋碳材料的表面均布有微孔。進(jìn)一步，所述緩釋碳材料的優(yōu)選形狀為柱體形，其直徑為0. 3 0. 8cm、長度為 1.0 — 4. Ocm0本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明中的聚合物使用分子量較低的聚乳酸，可以由有機(jī)廢 棄物發(fā)酵制得的乳酸熔融聚合而成，具有緩釋、無二次污染特性，可以克服碳源供給不均造 成的微生物營養(yǎng)不平衡、而導(dǎo)致的代謝功能下降、降低了污染物去除效率的問題。本發(fā)明工 藝簡單，不需添加其他輔助物質(zhì)，成本相對低廉，可操作性強(qiáng)。同時(shí)，本發(fā)明的方法亦可用于 緩釋農(nóng)藥、化肥等領(lǐng)域。說明書附1為本發(fā)明制備的緩釋碳材料的釋放范圍曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對目前水處理領(lǐng)域微生物碳源補(bǔ)給存在的問題，提供一種低分子量聚乳 酸制備緩釋碳材料及其制備的方法。旨在通過聚乳酸的骨架、包裹作用，克服碳源供給不均 勻造成的微生物營養(yǎng)不平衡、不穩(wěn)定，導(dǎo)致的代謝功能下降。本發(fā)明具有以下特征有機(jī)聚合物的骨架采用有機(jī)廢棄物，如餐廚垃圾等的發(fā)酵 液提取的乳酸、再經(jīng)熔融聚合制得的分子量1 10萬的聚乳酸；包裹的緩釋碳源采用淀 粉，如小麥淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉或甘薯淀粉；聚乳酸降解后成乳酸，也是極易被硝化 菌利用的優(yōu)良碳源。制成的緩釋碳源材料的形狀可為體積相近的球形或其他立體幾何形 狀，其形狀優(yōu)選為柱體形，并且柱體形的尺寸優(yōu)選為直徑為0. 3 0. 8cm、長度為1. O 4. Ocm0本發(fā)明制成的緩釋碳源材料是表面具有微孔的聚合材料，其利于提高緩釋性能的穩(wěn) 定性。聚乳酸和淀粉的質(zhì)量比范圍為1 4，其優(yōu)選質(zhì)量比為8 2、7 3、6 4或5 5， 聚乳酸和淀粉經(jīng)高速粉碎攪拌機(jī)粉碎攪拌均勻。本發(fā)明的實(shí)施方式實(shí)施例1 按每份20g稱取，選分子量為2萬的聚乳酸，聚乳酸與淀粉按質(zhì)量比 8 2配比，經(jīng)高速粉碎機(jī)中粉碎、攪拌均勻后，緩慢勻速加入到已升溫至100 180°C注塑 機(jī)中，擠出成直徑為0. 3 0. 8cm的圓柱體，在室溫下冷卻后，制成長度為1. O 4. Ocm的 短小柱體。實(shí)施例2 按每份20g稱取，選分子量為2萬的聚乳酸，聚乳酸與淀粉按質(zhì)量比 7 3配比，在高速粉碎機(jī)中粉碎、攪拌均勻后，緩慢勻速加入到已升溫至100 180°C注塑 機(jī)中，擠出成直徑為0. 3 0. 8cm的圓柱體，在室溫下冷卻后，制成長度為1. O 4. Ocm的 短小柱體。實(shí)施例3 按每份20g稱取，選分子量為2萬的聚乳酸，聚乳酸與淀粉按質(zhì)量比 6 4配比，在高速粉碎機(jī)中粉碎、攪拌均勻后，緩慢勻速加入到已升溫至100 180°C注塑
4機(jī)中，擠出成直徑為0. 3 0. 8cm的圓柱體，在室溫下冷卻后，制成長度為1. 0 4. Ocm的 短小柱體。實(shí)施例4 按每份20g稱取，選分子量為2萬的聚乳酸，聚乳酸與淀粉按質(zhì)量比 5 5配比，在高速粉碎機(jī)中粉碎、攪拌均勻后，緩慢勻速加入到已升溫至100 180°C注塑 機(jī)中，擠出成直徑為0. 3 0. 8cm的圓柱體，在室溫下冷卻后，制成長度為1. 0 4. Ocm的 短小柱體。其他實(shí)施例(注塑條件及產(chǎn)品形狀同以上實(shí)施例)及階段平均釋放速率見下表、 釋放速率范圍見

圖1
分子量 實(shí)施例
淀粉質(zhì)
階段釋放量(mg/段)
1段
段 2
段 3
(0-12d)(13-24d)(25-36d)120%408. 51592.17504. 18230%254. 60285.55266. 152萬340%387. 05924. 781162. 23450%1260. 63912.14983. 92520%336. 32340.96350. 14630%337. 52366.38414. 384萬740%502. 16431.89642. 64850%735. 11792.35806. 131320%314. 55385.93349. 851430%293. 41374. 86474. 736萬1540%610. 52938.771110. 191650%738. 52647. 73713. 13920%228. 37227.26290. 471030%239. 60354. 75303. 228萬1140%487. 88508.74672. 641250%798. 611036.061057. 52 本發(fā)明利用普通淀粉作為有機(jī)固體碳源，利用實(shí)驗(yàn)室通過發(fā)酵有機(jī)廢棄物制得的 乳酸聚合而成的低分子量聚乳酸為骨架，在一定條件下，通過注塑制得了碳源釋放速率較 為穩(wěn)定的緩釋碳材料。由附表釋放性能的數(shù)據(jù)可知，不同分子量聚乳酸及各種比例配置制 備的緩釋碳緩釋速率曲線變化趨勢具有一定的相似性，附圖的釋放范圍說明釋放量變化范 圍較廣，表明該緩釋碳材料能滿足水處理過程中不同微生物對碳源的各種需求量，其較為 穩(wěn)定的緩釋性能也能為微生物的旺盛生長提供必要條件。
權(quán)利要求
熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法，其特征在于，該方法具體為1)制得的分子量1～10萬的聚乳酸；2)在質(zhì)量比范圍1～4內(nèi)，稱取聚乳酸和淀粉，混合后攪拌均勻；3)利用注塑法，設(shè)定注塑溫度為100～180℃，緩慢均勻加入上述混勻的聚乳酸和淀粉，擠出成型，在10～40℃下冷卻，制得緩釋碳材料。
2.如權(quán)利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法，其特 征在于，所述步驟1)中的聚乳酸采用有機(jī)廢棄物發(fā)酵液提取的乳酸、再經(jīng)熔融聚合制得。
3.如權(quán)利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法，其特 征在于，所述步驟1)中的聚乳酸采用餐廚垃圾發(fā)酵液提取的乳酸、再經(jīng)熔融聚合制得。
4.如權(quán)利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法，其特 征在于，所述步驟2)中的淀粉包括小麥淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉或甘薯淀粉，淀粉的平 均粒徑為80 llOnm。
5.如權(quán)利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法，其特 征在于，所述聚乳酸和淀粉的優(yōu)選質(zhì)量比為8 2、7 3、6 4或5 5。
6.如權(quán)利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法，其特 征在于，所述步驟2)中聚乳酸和淀粉經(jīng)高速粉碎攪拌機(jī)粉碎攪拌均勻。
7.如權(quán)利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法，其特 征在于，所述緩釋碳材料的表面均布有微孔。
8.如權(quán)利要求1所述的熔融聚合制得的低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法，其 特征在于，所述緩釋碳材料的優(yōu)選形狀為柱體形，其直徑為0. 3 0. 8cm、長度為1. O 4. Ocm0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用低分子量聚乳酸制備緩釋碳材料的方法，其采用可生物降解的聚乳酸、廉價(jià)淀粉按一定比例粉碎攪拌均勻，加入到升溫至100～180℃注塑機(jī)，使其重新注塑成型，然后隨之冷卻固化的方法制得。本發(fā)明的產(chǎn)品具有緩釋、無二次污染特性，可以克服目前水處理領(lǐng)域碳源供給不均勻造成的微生物營養(yǎng)不平衡、導(dǎo)致的代謝功能下降、進(jìn)而致使其處理效率下降的問題；本發(fā)明的方法亦可用于緩釋農(nóng)藥、化肥等方面；本發(fā)明工藝簡單，不需添加其他輔助物質(zhì)，成本相對低廉。
文檔編號C02F3/28GK101973642SQ20101054566
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者劉建國, 李朋, 汪群慧, 王爽, 田艷麗 申請人:宜興匯洋環(huán)保科技有限公司