本发明属于污废水领域及微生物载体材料领域，涉及玄武岩纤维载体的表面改性方法，尤其涉及在玄武岩纤维表面通过紫外诱导引发聚合，接枝聚合物链的方法。
背景技术：
玄武岩纤维是一种绿色环保的高性能无机纤维，被我国列为重点发展的四大纤维之一，被广泛应用于航空航天、军工、汽车船舶制造、工程塑料以及建筑等领域，目前在环保领域的巨大优势和潜在市场也在逐步开发中。蒋霞等(蒋霞,吴春笃,吴智仁,etal.玄武岩纤维填料在废水处理中的应用[j].合成纤维工业,2015,38(5):16-20.)通过接种污泥法，对玄武岩纤维填料、弹性填料以及组合填料进行挂膜对比实验，结果表明，玄武岩纤维的挂膜速度最快，经过7d的短期培养，生物膜的总生物量为90～150kg/m3，cod的去除率可以达到85.3％，优于弹性填料和组合填料。中国专利《一种水处理用玄武岩纤维载体》(cn202953860u)也提到玄武岩纤维载体可以有效提高单位体积内微生物生物膜附着所需载体的表面积，大大提高污水处理的效果。由此可见，玄武岩纤维已经被开发成为一种新型微生物载体应用于污废水处理中。但是玄武岩纤维为无机纤维，表面无亲水官能团，属于疏水性材料，因此在投入应用前，需要对玄武岩纤维表面进行改性。
通过接枝聚合在纤维表面引入各种功能性基团来改善纤维表面性能的方法，是国内外常用的一种方法。紫外光引发表面接枝简捷、高效，同其它辐照接枝方法相比，具有以下优点：1)由于紫外光对基材的穿透能力差，接枝可严格限制在基材表面或亚表面进行；2)反应程度可控性强；3)紫外发生装置成本低，操作简便、易于连续化生产。
本发明首先利用硅烷偶联剂在玄武岩纤维表面涂覆，引入光敏基因，然后通过紫外辐照诱导引发丙烯酰胺在玄武岩纤维表面的接枝聚合，引入亲水官能团，提高玄武岩纤维的亲水性。
技术实现要素：
技术问题：针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种紫外光接枝改性玄武岩纤维载体的制备方法，通过预处理、表面涂覆、反应溶液配置、紫外光接枝等简单的过程获得高性能的玄武岩纤维，负载更多的生物量，提高污水净化效果。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明的一种紫外光接枝改性玄武岩纤维载体的方法包括如下步骤：
步骤1.预处理：将玄武岩纤维浸入丙酮中，在超声波的作用中清洗1～3h，以去除表面在生产过程中添加的杂质，取出后用蒸馏水反复冲洗多次，在105～120℃下烘干备用；
步骤2.表面涂覆：先配制表面涂覆溶液，准备5％～10％的乙醇水溶液，加乙酸调节ph为4.5-5.5后，搅拌放入硅烷偶联剂kh550溶液中，配制成表面涂覆溶液；将步骤1处理后的玄武岩纤维浸没于所述的表面涂覆溶液中，放入超声波中涂覆1h后，取出在105～120℃下烘干备用；
步骤3.反应溶液配置：将引发剂及单体溶于溶剂中，制成反应溶液；所述的引发剂为二苯甲酮，单体为丙烯酰胺，溶剂为丙酮和乙醇的混合溶液；
步骤4.紫外光接枝：将步骤2获得的玄武岩纤维进行紫外预辐射，辐射时间为30-40min；然后将预辐射后的玄武岩纤维放入装有步骤3配置的反应溶液的石英烧杯中，通氮气10～20min充分去除系统内的氧气，再放在紫外灯下进行紫外二次辐射，辐射时间为25-35min；最后，取出玄武岩纤维，用去离子水清洗干净，在40-50℃条件下烘干备用。
其中：
步骤2中所述硅烷偶联剂kh550溶液的浓度质量分数为20％。
步骤3中所述溶剂为丙酮和乙醇的混合溶液，丙酮和乙醇的体积比为3:2。
步骤3中所述二苯甲酮与溶剂的质量比为1：100～1:200，丙烯酰胺与溶剂的质量比为1：5～1:10。
步骤4中所述紫外预辐射时间优选35min；紫外二次辐射时间优选30min。
有益效果：本发明所公开的玄武岩纤维载体的改性方法，利用紫外辐照诱导引发丙烯酰胺在玄武岩纤维表面的接枝聚合，引入亲水官能团，提高玄武岩纤维的亲水性，负载更多的微生物，增强玄武岩纤维作为载体应用于污废水净化的效果。另外，紫外光接枝，操作简单，反应时间短，环境污染小，自由基聚合接枝反应机理成熟，此方法具有广阔的工业化应用前景。
附图说明
图1为改性前后玄武岩纤维载体电镜扫描图，其中，(a)为改性前，(b)为改性后。
图2为改性玄武岩纤维载体挂膜效果图，其中，(a)为改性前，(b)为改性后。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
(1)称取40g玄武岩纤维浸没至500ml丙酮溶液中，放入超声波清洗仪中清洗2h，取出后用去离子水反复清洗干净，放入105℃烘箱中烘干；
(2)配制表面涂覆溶液，准备5％的乙醇水溶液，加乙酸调节ph为4.5-5.5后搅拌放入20％的硅烷偶联剂kh550溶液中。将步骤(1)所得的玄武岩纤维浸没于表面涂覆溶液中，放入超声波中涂覆1h后，取出在105℃下烘干备用；
(3)配置反应溶液，将二苯甲酮及丙烯酰胺溶于溶剂中，溶剂为丙酮和乙醇(3:2)的混合溶液，其中二苯甲酮与溶剂的质量比为1:200，丙烯酰胺与溶剂的质量比为1:10；
(4)将步骤(2)获得的玄武岩纤维进行紫外预辐射，辐射时间为30-40min。；
(5)将步骤(4)预辐射后的玄武岩纤维放入装有步骤(3)配置的反应溶液的石英烧杯中，通氮气10min充分去除系统内的氧气，再放在紫外灯下进行紫外二次辐射，辐射时间为25-35min。最后，取出玄武岩纤维，用去离子水清洗干净，在40-50℃条件下烘干备用，制得马来酸酐液相接枝玄武岩纤维载体(mbf-1)。
实施例2
(1)称取40g玄武岩纤维浸没至500ml丙酮溶液中，放入超声波清洗仪中清洗2h，取出后用去离子水反复清洗干净，放入105℃烘箱中烘干；
(2)配置反应溶液，将二苯甲酮及丙烯酰胺溶于溶剂中，溶剂为丙酮和乙醇(3:2)的混合溶液，其中二苯甲酮与溶剂的质量比为1:200，丙烯酰胺与溶剂的质量比为1:10；
(3)将步骤(1)获得的玄武岩纤维进行紫外预辐射，辐射时间为30-40min。；
(4)将步骤(3)预辐射后的玄武岩纤维放入装有步骤(2)配置的反应溶液的石英烧杯中，通氮气10min充分去除系统内的氧气，再放在紫外灯下进行紫外二次辐射，辐射时间为25-35min。最后，取出玄武岩纤维，用去离子水清洗干净，在40-50℃条件下烘干备用，制得马来酸酐液相接枝玄武岩纤维载体(mbf-2)。
实验结果：
1.扫描电镜(sem)分析：
如图1所示，改性前玄武岩纤维载体表面较光滑，几乎不含有杂质，经紫外光接枝后的玄武岩纤维载体，可以清晰看到玄武岩纤维表面附着聚合物，玄武岩纤维的表面粗糙度增加，更有利于微生物附着的附着，增加微生物负荷量。
2.挂膜性能分析：
表1.改性前后玄武岩纤维载体的挂膜效果比较
从表1可以看出，紫外光接枝后的玄武岩纤维载体表面微生物附着性能得到一定改善，挂膜率相较于未改性的玄武岩纤维得到显著提高，尤其市mbf-1，表明该方式改性后的玄武岩纤维载体表面微生物附着量增加，污/废水净化的效果能够得到一定提高，而mbf-2残余挂膜率高于mbf-1，说明mbf-2的微生物可以附着的时间更长。
微生物附着量评价：
将改性和未改性的玄武岩纤维制作成纤维束，放入接触氧化反应装置(5l)，进行挂膜实验。进水为人工合成污水，乙酸钠为碳源，硫酸铵为氮源，磷酸氢二钾为磷源，其中cod:n:p＝100:5:1。接种污泥取自江宁开发区污水处理厂(mlss＝8000mg/l)，连续曝气72h后取出，记录玄武岩纤维载体表面固着微生物的宏观形貌图并测定挂膜率和残余挂膜率。
1)挂膜率：玄武岩纤维载体取出后，烘干至恒重。
其中：w0：玄武岩纤维原重(g)；w1：固着微生物一定时间后玄武岩纤维和微生物的质量和(g)。
2)残余挂膜率：玄武岩纤维载体取出后，浸入标准pbs缓冲液中，并在室温条件下一同放入超声振荡器中以30w功率振荡20min后，用蒸馏水缓慢冲洗并烘干至恒重。
其中：w2：超声振荡后玄武岩纤维和微生物的质量和(g)。
进一步地，2)中所述的标准pbs缓冲液为氯化钠8.5g/l，磷酸氢二钠2.28.5g/l，磷酸二氢钠0.48.5g/l，ph＝7。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
1.一种紫外光接枝改性玄武岩纤维载体的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1.预处理：将玄武岩纤维浸入丙酮中，在超声波的作用中清洗1～3h，以去除表面在生产过程中添加的杂质，取出后用蒸馏水反复冲洗多次，在105～120℃下烘干备用；
步骤2.表面涂覆：先配制表面涂覆溶液，准备5％～10％的乙醇水溶液，加乙酸调节ph为4.5-5.5后，搅拌放入硅烷偶联剂kh550溶液中，配制成表面涂覆溶液；将步骤1处理后的玄武岩纤维浸没于所述的表面涂覆溶液中，放入超声波中涂覆1h后，取出在105～120℃下烘干备用；
步骤3.反应溶液配置：将引发剂及单体溶于溶剂中，制成反应溶液；所述的引发剂为二苯甲酮，单体为丙烯酰胺，溶剂为丙酮和乙醇的混合溶液；
步骤4.紫外光接枝：将步骤2获得的玄武岩纤维进行紫外预辐射，辐射时间为30-40min；然后将预辐射后的玄武岩纤维放入装有步骤3配置的反应溶液的石英烧杯中，通氮气10～20min充分去除系统内的氧气，再放在紫外灯下进行紫外二次辐射，辐射时间为25-35min；最后，取出玄武岩纤维，用去离子水清洗干净，在40-50℃条件下烘干备用。
2.根据权利要求1所述紫外光接枝改性玄武岩纤维载体的方法，其特征在于：步骤2中所述硅烷偶联剂kh550溶液的浓度质量分数为20％。
3.根据权利要求1所述紫外光接枝改性玄武岩纤维载体的方法，其特征在于：步骤3中所述溶剂为丙酮和乙醇的混合溶液，丙酮和乙醇的体积比为3:2。
4.根据权利要求1所述紫外光接枝改性玄武岩纤维载体的方法，其特征在于：步骤3中所述二苯甲酮与溶剂的质量比为1：100～1:200，丙烯酰胺与溶剂的质量比为1：5～1:10。
5.根据权利要求1所述紫外光接枝改性玄武岩纤维载体的方法，其特征在于：步骤4中所述紫外预辐射时间优选35min；紫外二次辐射时间优选30min。
技术总结