兩種微生物菌混合脫硫再生廢橡膠的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及廢橡膠的脫硫再生技術，特別涉及兩種微生物菌混合脫硫廢橡膠的方 法和工藝。
【背景技術】
[0002] 隨著世界工業的迅猛發展，橡膠產品的消耗量在全球范圍內逐漸增加，我國也迅 速發展成為世界橡膠工業的大國。與此同時，橡膠產品的廢棄物也在不斷增加，據報道，每 年會有100萬噸的廢橡膠制品在全球范圍內積存，其中僅廢舊輪胎就占了所有廢棄橡膠產 品的60% -70%。然而由于橡膠制品具有穩定的三維網絡結構，在自然環境中長期不能降 解，造成了生態環境的黑色污染和資源的嚴重浪費。因此，有效地回收利用廢舊橡膠變得越 來越重要，甚至已經上升為全球性的戰略問題。
[0003] 經過科學工作者的不斷探索，人們已經發現多種再生橡膠的方法，目前比較常用 的有物理法和化學法兩種。物理再生是指利用機械力等使硫交聯鍵斷裂，但其能耗高，投資 大；化學再生是指利用化學助劑斷裂硫鍵，但容易造成二次污染，所有這兩種方法均不符合 可持續發展的要求。
[0004] 近年來，生物脫硫逐漸被科學工作者廣泛關注。所謂生物再生是指利用某些微生 物來斷裂橡膠的硫交聯鍵，達到脫硫效果，其設備簡單、反應條件溫和且不會造成二次污 染，已經成為最有潛力的橡膠再生方法之一。此技術在德國、日本及瑞典已有相關報道， 美國的巴特爾太平洋西北實驗室也對廢舊橡膠的生物脫硫展開研宄并獲得一定的成果 [US5275948,1994 ;US5597851，1997 ;US6479558B1，2002]。以上關于生物脫硫的研宄均為 某單一菌種作用，而關于多種微生物菌混合共生過程對廢橡膠協同脫硫再生效果的研宄還 未見系統報道。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種新的兩種微生物菌混合生長過程對廢硫化橡膠的生物 脫硫再生方法。該方法脫硫效果更好、生產成本低、設備要求簡單、反應條件溫和且對環境 友好。
[0006] 本發明提供一種利用兩種微生物菌混合生長過程脫硫再生廢橡膠的方法，該方法 是利用兩種微生物菌混合生長與廢橡膠共培養脫硫，其特征在于包括下述步驟：
[0007] (1)將廢橡膠膠片或膠粉置于質量百分比濃度75%的乙醇中浸泡24h解毒滅菌； 搖瓶培養基在115°C下滅菌30min;
[0008] (2)滅菌結束后，將鞘氨醇單胞菌和戈登氏菌接入到搖瓶中；
[0009] (3)當脫硫微生物菌生長達穩定期后，將解毒后的廢橡膠膠片及膠粉加入搖瓶中， 共培養脫硫；
[0010] (4)共培養結束后收集廢橡膠，并在室溫下用去離子水洗滌，干燥后得到脫硫廢橡 膠膠片或膠粉。
[0011] 本發明所用微生物菌為鞘氨醇單胞菌和戈登氏菌。
[0012] 本發明所用培養基配方為：NH4C1 0? 4g/L，KH2P044g/L，K2HP04 ? 3H204g/L， MgS04 ? 7H20 0? 8g/L，CaCl20. 01g/L，Na2S204 ? 5H20 10g/L，蛋白胨lg/L，酵母粉 0?lg/L，葡 萄糖2g/L，其余為水。
[0013] 本發明所用橡膠為丁苯橡膠、天然橡膠硫化膠膠片、廢輪胎胎面膠膠片或膠粉；廢 胎面膠膠粉直徑在50-200ym之間；共培養脫硫時，廢橡膠的添加量為50g/L(廢膠粉質量 /培養基體積）。
[0014] 本發明的再生過程在搖瓶中進行，共培養脫硫工藝為：pH為6-7,搖床轉速為 100-300r/min，反應溫度25-35°C，脫硫時間為7-20天，鞘氨醇單胞菌與戈登氏菌的接種量 體積配比為1:10-10:1，兩菌的接種順序為鞘氨醇單胞菌先接種或戈登氏菌先接種或兩菌 同時接種。
[0015] 本發明在共培養結束后收集橡膠膠片與膠粉，采用去離子水充分洗滌干凈，干燥 后得到脫硫再生的廢橡膠樣品。
[0016] 本發明是利用鞘氨醇單胞菌與戈登氏菌的混菌在代謝過程中產生的脫硫酶，催化 斷裂橡膠中的硫交聯鍵，從而達到脫硫再生橡膠的目的。
[0017] 本發明與現有技術相比具有以下優勢：（1)整個脫硫過程簡單可控、工藝簡單、成 本低、反應條件溫和；（2)鞘氨醇單胞菌和戈登氏菌有相似的生長環境要求，混菌的生物量 高于單一菌種，對橡膠具有良好的脫硫效果；(3)兩種微生物菌產生的生物酶均能選擇性 地斷裂硫交聯鍵；(4)生物脫硫過程安全環保，無二次污染產生，完全符合可持續發展的要 求；
【附圖說明】
[0018] 圖1是鞘氨醇單胞菌和戈登氏菌的混菌脫硫廢胎面膠粉前后的XPS譜圖（C元 素），其中GTR表示未經處理的胎面膠，DGTR表示經脫硫處理的胎面膠。
[0019] 圖2是鞘氨醇單胞菌和戈登氏菌的混菌脫硫廢胎面膠粉前后的XPS譜圖（0元 素），其中GTR表示未經處理的胎面膠，DGTR表示經脫硫處理的胎面膠。
[0020] 圖3是鞘氨醇單胞菌和戈登氏菌的混菌脫硫廢胎面膠粉前后的XPS譜圖（S元 素），其中GTR表示未經處理的胎面膠，DGTR表示經脫硫處理的胎面膠。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合實施例對本發明做進一步的詳細描述，但本發明的實施方式不限于 此。所用的橡膠為丁苯橡膠硫化膠、天然橡膠硫化膠或廢輪胎胎面膠粉；廢膠粉直徑在 50-200ym之間。廢膠粉的添加量為按照廢膠粉質量/培養基體積為50g/L。
[0022] 實施例1
[0023] 菌種：鞘氨醇單胞菌，購自上海富眾（亞平寧）生物科技發展有限公司；戈登氏 菌，購自中國工業微生物菌種保藏管理中心。
[0024] 培養基A(鞘氨醇單胞菌單獨培養時所用培養基）：NH4C1 0. 4g/L，KH2P044g/ L，K2HP04 ? 3H20 4g/L，MgS04 ? 7H20 0? 8g/L，CaCl20. 01g/L，Na2S204 ? 5H2010g/L，蛋白 胨lg/L，酵母粉0.lg/L，葡萄糖2g/L，其余為水；培養基B(戈登氏菌單獨培養時所用 培養基）：NH4C1 2g/L,KH2P042 . 44g/L,Na2HP04 ? 3H205. 57g/L,MnCl2 ? 4H20 0? 008g/L,MgCl20. 2g/L,ZnCl20.OOlg/L,CoCl2 ? 6H200. 004g/L,CaCl20. 04g/L,A1C13 ? 6H20 0. 001g/ L,CuCl2 ? 2H20, 0?OOlg/L,FeCl3 ? 7H20 0? 04g/L,H3B030.OOlg/L,NaMo04 ? 2H20 0? 001g/L，葡 萄糖4g/L，其余為水。
[0025] 交換培養基培養：分別在250mL搖瓶中配制lOOmL培養基A和lOOmL培養基B，在 115°C下滅菌30min;滅菌結束當培養基溫度降至室溫時，分別將鞘氨醇單胞菌和戈登氏菌 接種于培養基A和培養基B中，搖瓶置于全溫振蕩培養箱中，轉速為200r/min。每天觀察記 錄兩菌分別在兩培養基中的生物量，直至生長穩定，得到四條不同的生長曲線。
[0026] 生長情況評價：鞘氨醇單胞菌在兩種培養基中有著相同的生長趨勢，均在生長大 約1天后達到穩定，但在培養基A中生物量更高一些，約2. 9 ;戈登氏菌在培養基B中的生 長遲滯期明顯延長，大約5天時才逐漸趨于穩定，而在培養基A中生長1天后即可快速達穩 定，且生物量保持在較高水平，約2. 0。表明鞘氨醇單胞菌和戈登氏菌均可在培養基A中達 到生長速度的一致性和較高的生物量，選擇培養基A作為混菌共生的培養基。
[0027] 實施例2
[0028] 菌種：鞘氨醇單胞菌，購自上海富眾（亞平寧）生物科技發展有限公司；戈登氏 菌，購自中國工業微生物菌種保藏管理中心。
[0029] 橡膠：填充30重量份炭黑的丁苯橡膠硫化膠，剪成lcmXlcm的膠片。具體配方 如下：丁苯橡膠生膠100 (重量份），氧化鋅4,硬脂酸2,促進劑D0. 6,促進劑DM1. 2,硫磺 1. 8,防老劑RD1.0,炭黑30。
[0030]培養基：NH4C1 0? 4g/L，KH2P044g/L，K2HP04 ? 3H20 4g/L，MgS04 ? 7H200. 8g/L， CaCl20. 01g/L，Na2S204 ? 5H20 10g/L，蛋白胨lg/L，酵母粉 0.lg/L，葡萄糖 2g/L，其余為水。
[0031] 共培養脫硫工藝：丁苯橡膠硫化膠的膠片在質量百分比濃度75%的乙醇中浸泡 24h進行解毒；在250mL搖瓶中配制100mL培養基，在115°C下滅菌30min;滅菌結束當培養 基溫度降至室溫時，將鞘氨醇單胞菌和戈登氏菌按體積比1:2的比例同時接入到搖瓶中； 當脫硫微生物菌生長24h達穩定期后，將解毒后的丁苯橡膠硫化膠的膠片加入搖瓶中，共 培養脫硫10天，脫硫溫度為25°C，pH為7,搖瓶置于全溫振蕩培養箱中，轉速為150r/min; 共培養結束后收集丁苯橡膠硫化膠的膠片，在室溫下用去離子水洗滌，干燥。
[0032] 效果評價：混菌脫硫后丁苯橡膠膠片的溶脹值由脫硫前的3. 25增加到3. 40,交聯 密度由9. 87Xl(T5mol/cm3降低到9. 26X10_5mol/cm3,其表面硫含量降低了 36. 5%。
[0033] 實施例3
[0034] 菌種：鞘氨醇單胞菌，購自上海富眾（亞平寧）生物科技發展有限公司；戈登氏 菌，購自中國工業微生物菌種保藏管理中心。
[0035] 橡膠：填充30重量份炭黑的丁苯橡膠硫化膠，剪成lcmXlcm的膠片。具體配方 如下：丁苯橡膠生膠100 (重量份），氧化鋅4,硬脂酸2,促進劑D0. 6,促進劑DM1. 2,硫磺 1. 8,防老劑RD1.0,炭黑30。
[0036] 培養基：NH4C1 0? 4g/L，KH2P044g/L，K2HP04 ? 3H20 4g/L，MgS04 ? 7H200. 8g/L， CaCl20. 01g/L，Na2S204 ? 5H20 10g/L，蛋白胨lg/L，酵母粉 0.lg/L，葡萄糖 2g/L，其余為水。
[0037] 共培養脫硫工藝：丁苯橡膠硫化膠的膠片在質量百分比濃度75%的乙醇中浸泡 24h進行解毒；在250mL搖瓶中配制100mL培養基，在115°C下滅菌30min;滅菌結束當培養 基溫度降至室溫時