一种利用微生物再生废橡胶的方法技术

本发明专利技术提供一种利用微生物再生废橡胶的方法。所用微生物为酿酒酵母。酿酒酵母细胞在生长过程中产生的酶类和含巯基代谢物与废橡胶反应，橡胶硫交联键断裂及脱硫再生，达到靶向脱硫的目的。采用橡胶粉和酿酒酵母菌共培养进行脱硫，并结合酿酒酵母细胞热裂解破壁反应、相转移剂和相转移剂助剂强化废橡胶脱硫再生效果。确定了脱硫再生较佳的工艺条件：温度、ｐＨ、转速、反应时间、相转移剂和相转移剂助剂用量等。通过测定再生处理橡胶的交联密度和溶胀度，以及Ｘ－射线光电子能谱（ＸＰＳ）检测表明，经过酿酒酵母作用后，脱硫再生橡胶的交联密度明显降低，溶胀度明显提高，再生橡胶表面的硫元素含量降低，表明酿酒酵母对橡胶表面产生脱硫再生效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及废旧橡胶再生技术，具体而言是涉及一种利用酵母菌对废旧橡胶进行靶向 脱硫即硫键断裂及脱硫再生的方法和工艺。
技术介绍
目前，全世界每年约产生一千多万吨的废旧橡胶。废旧橡胶具有稳定的三维化学网状 结构，既不熔化也不溶解。废旧橡胶的处理，一直是环境保护和橡胶再利用领域的一个难题。 废旧橡胶的回收有利于充分利用资源和保护环境，是可持续发展的必然要求。自1839年橡胶工业诞生时起，废旧橡胶的处理问题就客观地摆到了人们面前。废旧 橡胶的回收利用一直倍受关注，自1910年起人们就开始研究废橡胶再生。传统的橡胶再生方法大体上可以分为两类物理再生和化学再生。 物理再生是利用外加能量，如力、热-力、冷-力、微波、超声波等，使交联橡胶的三 维网络破碎成碎片。除微波和超声波能真正地再生橡胶外，其余的物理方法只是粉碎技术， 即制造胶粉。这些胶粉只能作为非补强性填料。利用微波、超声波等物理能量能够达到橡 胶再生的效果，但设备要求高，能量消耗大，再生程度不易控制。化学再生是利用化学助剂，如有机二硫化物、硫醇、碱金属等，在一定温度下，借助 机械力破坏橡胶交联键，达到再生目的。在化学再生过程中，要使用大量的化学品，而这 些化学品几乎都是难闻和对人体有害的。传统的脱硫方法，其缺点是①除切断硫键交联网点以外，还会引起橡胶主链键的氧化和部分热裂解。②二次污染较严重，生产效率低,能耗较大。在人们环保意识日益增强和能源越来越短缺的今天，这2种方法将不会再受到人们的欢迎。用生物工程学方法对废橡胶脱硫进行探索，确实存在着促进未来废橡胶回收利用的可 能性。利用微生物使废橡胶脱硫的再生技术就是其中一项。此项技术在日本、德国、美国 均已有专利报道。美国巴特尔太平洋西北实验室对废橡胶进行了生物脱硫研究，瑞典、韩 国等也对废橡胶生物脱硫方法进行了研究，均取得较好的效果。美国利用嗜硫菌对废旧橡胶脱硫取得一定的效果。其脱 硫机理是化能自养嗜硫细菌在生长过程中以橡胶硫为生长所需的硫源，并可通过硫的氧化 提供生长所需能量，由于嗜硫细菌为化能自养型微生物，生长缓慢，橡胶再生需要较长时 间。本专利技术是利用酿酒酵母对废橡胶进行再生，酿酒酵母细胞生长过程产生的多种巯基 (-SH)物质和酶对硫磺硫化的橡胶的一S—S—和一S—C—交联键还原断裂成-SH基，部分 -SH基继续被氧化成-S03， -S04。酿酒酵母比化能自养型微生物易培养，生长快，橡胶再生 周期短。本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种环境友好、生产成本低、过程简单， 利用微生物对废旧橡胶进行靶向脱硫再生的方法。本专利技术提供一种利用酵母菌再生废旧橡胶的工艺。先将酵母进行种子培养，进一步扩 大培养，在扩大的培养体系里对废旧橡胶进行脱硫再生。本专利技术提供一种利用酵母菌再生 废旧橡胶的工艺。先将酵母进行种子培养，进一步扩大培养，在扩大的培养体系里对废旧 橡胶进行脱硫再生。 -本专利技术提供，其特征在于，包括下述步骤(1)将酿酒酵母菌接入种子培养基，培养至对数生长期的酿酒酵母菌种子液；(2) 将橡胶粉和脱硫培养基置反应器中于115'C， 0.1Mpa灭菌20min;(3) 灭菌结束后，将对数生长期的酵母菌种子液接入反应器中；酿酒酵母菌与 橡胶粉进行共培养3-—5天，橡胶粉在酿酒酵母菌的作用下硫键断裂或脱硫再生；酿酒酵母细胞培养中脱硫的工艺条件为温度28。C一35。C;pH: 5.0—5.8;搅拌转速300—600rpm:通气量0.4—0.6Nm3/L;培养过程用氨水控制pH，并作为补加的氮源； 培养过程流加葡萄糖补充碳源，残糖含量控制在2g/L;(4) 反应结束收集橡胶粉，加水搅拌洗涤除去杂质，千燥得到脱硫再生橡胶粉。 所述的脱硫培养基成分为葡萄糖40g/L，酵母浸粉15g/L，蛋白胨15g/L，麦芽浸粉5g/L， MgS04.7H20 5g/L， K2HP04.3H20 lg/L， KH2P041 g/L， ZnS04 0.044g/L， FeS04'7H20 0.03g/L， CuCl2 0.016g/L， MnS040.019 g/L，其余为水。进一步还加入相转移剂助剂为吐温80。进一步还加入相转移剂大蒜素，大蒜素和吐温80同时使用时两者质量比为1:1。进一步步骤(4)中洗涤时搅拌转速为300—400rpm，干燥温度50'C，干燥时间10h。本专利技术利用酵母细胞对废旧橡胶进行脱硫再生，是利用酵母细胞培养过程产生的多种巯基(-SH)化合物和酶对硫磺硫化的橡胶的一S—S—、 一S—C—进行催化断链脱硫以达 到靶向脱硫的目的。脱硫机理如下所示CH3 ，S 一C卩-C二CH-CH2— ，3 I"Sx + RSH——< ~wCH—6=CH-CK^""^+ CH—C^CH—CH^w^CH-C二CH-CH2洲 ， CH3iH3 H*RSH为酵母细胞培养过程产生的含巯基(-SH)化合物所用酵母为经基因组改组的酿酒酵母，脱硫过程结合破壁反应和相转移剂以强化脱硫 效果。所用相转移剂为大蒜素，相转移剂助剂为吐温80，大蒜素能使橡胶交联网络膨胀， 增加酵母细胞及其产物含巯基(-SH)化合.物和酶与橡胶的接触面积，增强脱硫反应发生的几 率。相转移剂助剂吐温80能改善大蒜素和橡胶的亲水性，增加脱硫剂和橡胶的接触性， 所以再生体系中加入大蒜素和吐温80乳浊液能强化脱硫效果。只加入相转移剂助剂吐温 80能改善橡胶的亲水性，也有强化脱硫的效果。专利技术效果本专利技术与现有技术相比具有如下优点和效果(l)脱硫过程为酿酒酵母细胞培养过程， 条件温和，不需高温高压，脱硫过程简单，设备要求低；(2)酵母菌易于得到，容易培养， 生长周期短，能縮短脱硫的时间，易于工业化；(3)酿酒酵母菌培养过程对环境无污染，使 材料的循环利用达到一种自然和谐的程度。 附图说明图1实施例1再生天然硫化橡胶X-射线光电子能谱图(XPS)胶粉经过酵母菌再生3天后，硫含量有一定的降低。 图2实施例2再生天然硫化橡胶X-射线光电子能谱图(XPS)胶粉经过酵母菌再生5天后，硫含量显著降低，效果优于3天。图3实施例3再生天然硫化橡胶X-射线光电子能谱图(XPS)胶粉经过酵母菌再生3天且结合破壁反应，硫含量显著降低，效果优于单纯酵母作用3 天，和作用5天相当。图示符号说明Count:电子束每秒计数S:秒Binding Energy:结合能 eV:电子伏特NR:未再生处理的天然橡胶Rl:酵母再生处理的天然橡胶由于实施例4-6中加入的相转移剂大蒜素和相转移剂助剂吐温80含有硫，对X-射线光 电子能谱图测定有干扰，故未采用X-射线光电子能谱图测定，用力学性能和溶胀性能 分析橡胶再生效果。下面通过优选实施例对本专利技术做进一步的详细描述，但本专利技术的实施方式不限于此。 具体实施例方式实施例1一、 材料1菌禾中酉良酒酉孝母(S^cc/!"romyce51 cerev/j7'flfe)。2天然橡胶粉云标1#云南天然橡胶产业股份有限公司。3培养基(1) 斜面培养基葡萄糖20g/L，酵母浸粉10g/L，蛋白胨10g/L，琼脂15g/L; pH5.0-6.0，115。C， 0.1Mpa灭菌.30min;(2) 种子培养基葡萄糖50g/L，酵母浸粉10g/L，蛋白胨10g/L，麦芽浸粉5g/L; 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用微生物再生废橡胶的方法，其特征在于，包括下述步骤：　（１）将酿酒酵母菌接入种子培养基，培养至对数生长期；　（２）将橡胶粉和脱硫培养基置反应器中于１１５℃，０．１Ｍｐａ灭菌２０ｍｉｎ；　（３）灭菌结束后，将对数生长期 的酿酒酵母菌种子液接入反应器中与橡胶粉进行共培养３－５天，橡胶粉在酿酒酵母菌的作用下硫键断裂或脱硫再生；　酿酒酵母细胞培养中脱硫的工艺条件为：　温度：２８℃－３５℃；　ｐＨ：５．０－５．８；　搅拌转速：３００－６００ ｒｐｍ；　通气量：０．４－０．６Ｎｍ↑［３］／Ｌ；　培养过程用氨水控制ｐＨ，并作为补加的氮源；　培养过程流加葡萄糖补充碳源，残糖含量控制在２ｇ／Ｌ；　（４）反应结束收集橡胶粉，加水搅拌洗涤除去杂质，干燥得到脱硫再生橡 胶粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王雅琴，赵素合，张翠茹，吕杰，姜广明，霍瑞明，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]