可生物降解吸水劑及其微生物複合製備方法

2023-10-18 03:19:24

專利名稱：可生物降解吸水劑及其微生物複合製備方法
所屬領域本發明涉及一種可生物降解吸水劑及其微生物複合製備方法。
背景技術：
超強吸水劑在我國的開發時間比較短，現在所生產的吸水劑除有吸水保水的作用外，有的已經與化肥及腐殖酸相結合，其作用也只是吸水劑與化肥的雙效，未能解決生產中化肥汙染的問題。而生物肥也是隨著綠色產品的出現，針對農業生產開發出的新肥料，雖然其能改變土壤環境恢復土壤的生物活性，但如果沒有水這一前提，生物肥也不能充分發揮其作用。現各科研院所開發的產品主要是單一的吸水劑產品，只具有吸水保水的作用，目前就應用而言還有其不足之處那就是其在乾燥後易板結不利於水土的保持。而開發的微生物肥在使用時也必須配以大量的水以保證微生物的存活，如果沒有了水微生物也將不能發揮其獨特的作用，同時微生物的保存及運輸也是一個很不好解決的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種可保持土壤中有益生物菌的優勢、恢復土壤生物活性、降解殘留農藥及重金屬汙染物、提高產品質量的可生物降解吸水劑及其微生物複合製備方法。本發明為一種可生物降解吸水劑，它包含以下組份澱粉 8-15g丙烯酸C3H4O240-60g氨水或鹼(KOH濃度18-25％) 90-150ml催化劑過硫酸鉀K2S2O20.1-0.3g交聯劑丙三醇C3H8O32-5g微生物溼菌泥(芽胞桿菌、節桿菌等複合芽胞菌)8-12g，每g有效活菌數≥2億。
本發明所述的微生物複合製備方法為採用吸水樹脂凝膠包埋法取生活汙水廠的汙水按1％的接種量接種到富集培養基內，在轉速為133r/min、30℃的恆溫搖床中培養30h，將富集菌液在經過4000r/min下離心20min，去掉上清液，形成菌泥備用；取丙烯酸，用氨水或其它鹼液中和至PH值為7.0，降溫至35度，加入玉米澱粉，催化劑，交聯劑，表面活性劑，及取上述過程得到的溼菌泥混合均勻，按單體與油1∶3的比例加入豆油，高速攪拌分散成小滴，升溫至52度至其反應結束；傾去液體，用水或緩衝液充分洗滌即可獲得珠型固定化細胞。
由於吸水劑只具有吸水保水的單一功能，生物肥雖能調節土壤環境但如果沒有水也無從談起，為了使一種產品同時具有此兩種現代農業生產新產品的功能，本發明開發出了與微生物複合應用的可生物降解型吸水劑，它同時具有吸水劑與生物肥的雙重功效，通過微生物固定化包埋技術使二者很好的結合在一起，從而將微生物固定化的產品，具有吸水劑所不具備的調整土壤植物根區生物環境的有益優勢菌株，使本發明同時具有吸水劑與微生物的雙重功效，在土壤溼潤的條件下調整土壤環境達到綜合治理的效果。本發明也解決了吸水劑與微生物肥的價格問題，在具有雙重功效的前提下並沒有大的增加生產成本。相比之下減少農業生產中的投入，降低農業生產中的負擔。本發明集中施用於農作物根區後，產品中所含的有益微生物，迅速複製繁殖，它們通過對根面和根圍生態位置的搶佔，營養物質，氧氣的競爭及抑菌活性物質的分泌，在作物根際形成一種生物屏障，阻止有害菌的定殖、入侵，從而減少土傳病害，增強了作物的抗病能力；同時這些有益菌繁殖過程中，產生多種植物生長調節物質(赤黴素、SOD酶等)，促進根系發育，使作物生長旺盛，營養全面抗逆性(抗旱、抗倒伏)增強，此外由於有益微生物的大量繁殖，可增加土壤活性，加速土壤中有機物分解及有效營養元素的轉化，改善根際營養環境，提高了土壤養分的供應水平和肥料的有效利用率。還可引入可降解農藥化肥的菌株，以減少藥化肥對環境的破壞。
本發明所述微生物複合製備方法採用反相懸浮合成法，合成超強吸水樹脂並將生物菌體包埋於吸水樹脂凝膠中。合成過程中以豆油或液體石蠟為懸浮劑，水溶性的單體與生物菌為水相液滴(反應後形成粒子)。合成單體是水溶性的或親水性的物質，分散介質是油性溶質，體系黏度低，聚合熱易排除，不至因聚合放熱，溫度過高而使生物菌成活率下降；操作控制比較方便；產品分子量較高，比較穩定，質量均勻純淨。該方法的主要特點是將丙烯酸用鹼中和後，再加入反應器中，這就使反應系統在中性或弱鹼性的狀態進行聚合，因此設備不易被腐蝕，鹼中和丙烯酸是在液相中進行，容易調節所要求的pH值；一步完成。產物的粒子直徑為0.01-5mm，一般約0.05-2mm，粒子直徑大小由分散劑性質及其用量、攪拌情況而定。
具體實施例方式本發明為一種可生物降解吸水劑，它包含以下組份澱粉 8-15g丙烯酸C3H4O240-60g氨水或鹼(KOH濃度18-25％) 90-150ml催化劑過硫酸鉀K2S2O20.1-0.3g交聯劑丙三醇C3H8O32-5g微生物溼菌泥(芽胞桿菌、節桿菌等複合芽胞菌)8-12g，每g有效活菌數≥2億。
在本實施例中澱粉 12g丙烯酸C3H4O260g氨水或鹼(KOH濃度18-25％)110ml
催化劑過硫酸鉀(K2S2O2) 0.2g交聯劑丙三醇C3H8O30.3g微生物溼菌泥(芽胞桿菌、節桿菌等複合芽胞菌)g，每g有效活菌數≥2億。
本發明所述的微生物複合製備方法為一、微生物的分離培養、選擇分離源。一般為被汙染的土壤，如垃圾場。
1、破碎、分散處理。注意機械強度不能過大，以免破壞菌種細胞。
2、培養基的製作。選擇培養基，選擇適合芽胞桿菌、節桿菌等生長繁殖的基礎培養基，確定培養條件。
3、目標微生物的分離與純化。選擇形態特徵明顯的菌苔或菌落。
4、根據微生物特點作顯微鑑別或生化鑑別培養。鑑定為目標微生物則作下一步即富集培養。
5、富集培養。選擇適合目標微生物生長繁殖的選擇培養基，確定培養條件。
6、將富集於培養液中的微生物菌經高速離心，形成菌泥沉澱，傾去培養液取出菌泥備用。
7、菌種保藏。利用砂土管或其他適宜方法保藏，注意定期復壯，以保證菌種純度，防止菌種變異或衰退。
二、生物---吸水劑複合肥的合成採用吸水樹脂凝膠包埋法取生活汙水廠的汙水按1％的接種量接種到富集培養基內，在轉速為133r/min、30℃的恆溫搖床中培養30h，將富集菌液在經過4000r/min下離心20min，去掉上清液，形成菌泥備用；取丙烯酸，用氨水或其它鹼液中和至PH值為7.0，降溫至35度，加入玉米澱粉，催化劑，交聯劑，表面活性劑，及取上述過程得到的溼菌泥混合均勻，按單體與油1∶3的比例加入豆油，高速攪拌分散成小滴，升溫至52度至其反應結束；傾去液體，用水或緩衝液充分洗滌即可獲得珠型固定化細胞。
三、藥品玉米澱粉、丙烯酸、氨水或氫氧化鉀、豆油、偶氮二異丁腈、甘油、乙醇水溶液四、儀器設備滅菌罐、恆溫培養箱、高速離心機、溫度計、高速攪拌器、水浴鍋、分析天平。
1、反相懸浮合成法的基本原理反相懸浮聚合法是以油類(油相)為分散介質，水溶性的單體為水相液滴(反應後形成粒子)，引發劑(或催化劑)溶解在單體水相中進行聚合反應的一種實施方法。通過強烈攪拌(或劇烈振蕩)和分散劑使高分子的懸浮液分散成液滴，懸浮於油介質中，進行高分子化合物的化學反應；或者使高分子的固體微粒懸浮於油性介質中所進行的高分子的化學反應。因此該法所採用的高分子化合物(反應物)是親水性的或水溶性的物質，分散介質是油性溶質。值得注意之點是該法的後處理，反應後的產物除須去掉參加反應的低分子反應物外，還要除去所夾帶的溶劑，同時要回收大量的分散介質。
反相懸浮聚合法是合成高分子超強吸水劑的重要方法之一，也可以說是它獨特的方法。這是因為製造吸水性樹脂所採用的原料單體均為親水性(或水溶性)物質。
懸浮聚合的優點是體系黏度低，聚合熱易排除，操作控制比較方便；產品分子量較高，比較穩定，質量均勻，純淨。該法的缺點是產品帶有少量分散劑殘留物。
2.液滴的分散與穩定在單體-油的體系中，由於進行強力攪拌，在剪切力的作用下，單體液層將分散成液滴。大液滴受力，變成小液滴。又由於表面張力的作用，液滴成微球狀。這種微球也有聚集在一起形成較大液滴的趨勢。在一定的攪拌強度和界面張力下，大小不同的液滴，在分散和聚集之間，構成一定的動態平衡，最後達到一定的平均細度。一般當聚合到轉化率為20％-70％時，液滴變得具有很大的黏性。此時兩液滴互相碰撞，往往粘結在一起，難以打散，結果很快就粘結形成大塊狀，這是發粘階段(也稱危險期)。當轉化率達60％-70％以上，液滴轉變成固體顆粒，就沒有粘結成塊的危險了。因此，進行反相懸浮聚合時，為了使聚合反應渡過危險期而得到符合要求的球狀聚合物，還需要加入懸浮劑(分散劑)。
3.分散劑及其分散作用分散劑一般有兩大類型。
(1)水溶性有機高分子物質屬於這類的分散劑有部分水解的聚乙烯醇及其衍生物、聚丙烯酸鹽；甲基纖維素、等半合成的纖維素衍生物；明膠、蛋白質、澱粉、藻酸鈉等天然高分子化合物。它們的作用機理主要是吸附在液滴表面，形成一層保護膜，起著保護膠體粒子的作用。同時增加介質的黏度，阻礙了兩液滴的粘合。明膠、聚乙烯醇等的水溶液還能使界面張力變小，液滴變小，因此更為穩定。分散劑的選擇及其用量的確定隨吸水劑的種類和顆粒的要求而定。除顆粒的大小和形狀外，還應考慮樹脂的透明性等除了上述主分散劑外，有時還加少量表面活性劑，作為輔助分散劑。例如十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉等。主分散劑的用量為0.1％左右，助分散劑的用量為0.01％-0 3％。
4.顆粒的大小與形態產物的顆粒大小與形態主要由攪拌強度和大小所決定。攪拌強度愈大，產品的粒子愈細；轉速過低，將使聚合結塊，反應不能進行。此外，油與單體之比一般為3∶1。油少則容易結塊或粒子變粗；油多則粒子變細，粒徑分布窄。單體及引發劑(或催化劑)的種類和用量、聚合速度、其他添加劑等對顆粒的大小及形態均有較大的影響，但比較複雜，尚難總結成普遍規律。
權利要求
1.一種可生物降解吸水劑，其特徵是它包含以下組份澱粉 8-15g丙烯酸C3H4O240-60g氨水或鹼(KOH濃度18-25％) 90-150ml催化劑過硫酸鉀K2S2O20.1-0.3g交聯劑丙三醇C3H8O32-5g微生物溼菌泥(芽胞桿菌、節桿菌等複合芽胞菌)8-12g，每g有效活菌數≥2億。
2.按照權利要求1所提供的一種可生物降解吸水劑的微生物複合製備方法，其特徵是採用吸水樹脂凝膠包埋法取生活汙水廠的汙水按1％的接種量接種到富集培養基內，在轉速為133r/min、30℃的恆溫搖床中培養30h，將富集菌液在經過4000r/min下離20min，去掉上清液，形成菌泥備用；取丙烯酸，用氨水或其它鹼液中和至PH值為7.0，降溫至35度，加入玉米澱粉，催化劑，交聯劑，表面活性劑，及取上述過程得到的溼菌泥混合均勻，按單體與油1∶3的比例加入豆油，高速攪拌分散成小滴，升溫至52度至其反應結束；傾去液體，用水或緩衝液充分洗滌即可獲得珠型固定化細胞。
全文摘要
本發明涉及一種可生物降解吸水劑及其微生物複合製備方法，它包含以下組份澱粉、丙烯酸、氨水、催化劑過硫酸鉀、交聯劑丙三醇、微生物溼菌泥，採用吸水樹脂凝膠包埋法，按單體與油1∶3的比例加入豆油，高速攪拌分散成小滴，升溫至52攝氏度至其反應結束；傾去液體，用水或緩衝液充分洗滌即可獲得珠型固定化細胞。本發明所含的有益微生物，迅速複合繁殖，它們通過對根面和根圍生態位置的搶佔，營養物質，氧氣的競爭及抑菌活性物質的分泌，有效阻止有害菌的定殖、入侵，從而減少土傳病害，增強了作物的抗病能力；同時這些有益菌繁殖過程中，產生多種植物生長調節物質，促進根系發育，使作物生長旺盛，營養全面抗逆性增強，此外由於有益微生物的大量繁殖，可增加土壤活性，加速土壤中有機物分解及有效營養元素的轉化，改善根際營養環境，提高了土壤養分的供應水平和肥料的有效利用率。還可引入可降解農藥化肥的菌株，以減少農藥化肥對環境的破壞。
文檔編號B01J20/22GK1513891SQ0311098
公開日2004年7月21日 申請日期2003年1月29日 優先權日2003年1月29日
發明者田玉忠, 劉寶臣, 遆鐵軍, 劉貴峰, 張蘇德 申請人:田玉忠, 劉寶臣