一种低成本、环境友好型固沙剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种低成本、环境友好型固沙剂及其制备方法，固沙剂选用韧皮纤维微生物脱胶残胶废液。制备方法包括以下步骤：韧皮纤维微生物脱胶、微生物脱胶后的辅助处理、残胶废弃物浓缩和灌装、浓缩残胶废液接种厌氧菌、残胶或残胶浓缩液的混合、稀释和雾化喷洒。本发明专利技术利用韧皮纤维残胶中的多糖物质吸水保水、对沙粒粘附力强、易获得且对环境友好等特点开发固沙剂产品，不仅具有固沙效果好、成本低、无污染的特点，还能改良流动沙地土壤理化性质。在不使用任何化学试剂的前提下，本方案实施后沙胶结壳层硬度可达到1.8‑2.7 Kg/cm

A low cost and environment friendly sand fixing agent and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低成本、环境友好型固沙剂及其制备方法
本专利技术属于固沙
，具体涉及一种低成本、环境友好型固沙剂及其制备方法。
技术介绍
韧皮纤维是纺织或复合材料的重要原料之一，这类原料获得高附加值应用的必要步骤是脱胶，以获得直径细、长径比值高的纤维。在此过程中，会产生大量的残胶废弃物。植物残胶的主要成分是多糖物质，包括半纤维素、果胶等，此外，残胶中还含有少量木质素、脂蜡质和水溶物。其中，半纤维素约占胶质总量的50%，由复杂的杂多糖分子组成。以苎麻为例，聚阿拉伯糖葡萄糖醛酸木糖、聚葡萄糖甘露糖和聚半乳糖葡萄糖甘露糖三种聚糖约占半纤维素总量的79%，其中聚半乳糖葡萄糖甘露糖的含量最高。这些富含杂多糖的脱胶废水直接排放会造成水体污染，需要经过严格的生物降解才能达到排放标准，因而增加了企业的生产成本。虽然分离纯化能够使这些杂多糖获得更高价值的应用，但加工成本远高于收益。因此，目前还没有很好的产业利用途径。许多研究发现多糖物质在沙漠治理领域具有很好的应用潜力。土地荒漠化是当今世界面临的最大环境问题之一，中国也是世界上荒漠化最严重的国家之一。荒漠化治理的主要途径有3种:生物防治技术、物理或机械防治技术及化学防治技术。化学固沙就是在荒漠化土地表层施用有机或无机化学材料,以提高地表沙土的稳定性和保水性,为植物生长创造良好的水土条件。根据来源不同大致分为石油产品类、合成高分子类、生物质资源类。其中，生物质资源类中的植物源多糖物质就是理想的生物质固沙剂资源之一。杂多糖分子内的羰基/羟基易与沙粒中钙离子、镁离子结合，对沙粒具有很好的粘附力；利用杂多糖分子内及分子间形成的氢键可以构建一定结构强度的膜，从而具备固沙能力。此外，多糖物质都具有良好的吸水保水性，当降水发生时结壳层软化,雨水可渗入沙丘内部。软化的结壳层在阳光作用下又可重新固结,在一定程度上可防止水分的散失,促进干旱、半干旱地区植物的生长。与聚丙烯酰胺、沥青、聚丙烯酸类树脂或具芳环结构的木质素改性固沙剂相比，天然植物多糖类固沙剂具有突出的优势：环境友好。植物多糖易被微生物消化降解，降解产物易被植物根系吸收，在治沙同时不会给脆弱生态造成新的环境污染。目前，有研究报道使用淀粉接枝丙烯酸、丙烯酰胺，亚麻籽水提醇沉法获得植物多糖，或对制浆废液中的木质素先进行羟甲基化改性，再与尿素反应制备固沙剂。这些操作都增加了固沙剂加工成本，且增加了环境污染。与上述方法相比，直接利用韧皮纤维脱胶过程的副产物，只需考虑运输成本问题，具有操作简单、成本低的优势。此外，韧皮作物残胶中还含有丰富的蛋白和微量元素，可以为沙生植物的生长提供必要的养分，这也是单一合成类高分子固沙剂无法相比的。由于多糖大分子的分子量与沙胶结壳层硬度密切相关，固沙应用前的保存和运输过程需尽量避免多糖分子量下降。对微生物脱胶来说，需要在脱胶结束后尽快使脱胶菌灭活。然而，该过程成本太高。因此，可以考虑低成本的生物方法。利用厌氧菌发酵糖物质产生的酸性环境使脱胶菌的产酶活力降低，为固沙剂的保存和运输保证足够时间。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为解决上述技术问题，提供一种低成本、操作简便、环境友好的生物质固沙剂及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种低成本、环境友好型固沙剂，选用韧皮纤维微生物脱胶后的残胶废液。其中，所述韧皮纤维是指胞间层及细胞内胶质以多糖为主、适于微生物脱胶的植物纤维，包括苎麻、亚麻、汉麻、黄麻等。其中，所述韧皮纤维微生物脱胶的加工步骤包括：装料、灭菌、接种、保温、脱胶、卸料、分装等。其中，所述微生物脱胶残胶废液内含有多糖、蛋白质氨基酸、钾、钠、黄酮类物质。优选的，所述多糖的主要成份为聚半乳糖葡萄糖甘露糖。本专利技术还提供一种低成本、环境友好型固沙剂的制备方法，包括如下步骤：将韧皮纤维、纯碱、硫酸铵、磷酸氢二钾和水按重量百分比120-140：5-8：2-4：1-3：1000-1500装入脱胶罐，升温至120℃，灭菌10-20min，降温至40℃后将脱胶菌接种至脱胶罐内，在40℃下通气发酵5-8h，分离出纤维，完成韧皮纤维微生物脱胶；韧皮纤维微生物脱胶过程中产生的微生物脱胶残胶废液A被收集后做固沙剂使用。其中，所述的脱胶菌应符合以下特征：产高活性木聚糖酶、半乳糖酶、甘露糖酶及低活性纤维素酶；稳定性好且对土壤环境无危害。优选的，宜选择嗜碱性枯草芽孢杆菌抗葡萄糖代谢阻遏突变株NTT33-Y6。其中，所述的微生物脱胶残胶废液A做固沙剂直接使用时，先加水稀释至原体积的2-6倍，在200-500r/min转速下混合搅拌均匀后雾化喷洒，喷施量100-550g/m2。其中，上述的低成本、环境友好型固沙剂的制备方法还包括韧皮纤维微生物脱胶之后的如下步骤：（a）微生物脱胶后的辅助处理：将微生物脱胶后的韧皮纤维依次进行打纤、漂洗和水洗工序，在各工序中分离出纤维后，得到微生物脱胶残胶废液B；（b）残胶废液的浓缩和罐装：将微生物脱胶残胶废液A和步骤（a）得到的微生物脱胶残胶废液B负压浓缩至一定比例后分别灌装至密闭容器，得到浓缩残胶废液C和浓缩残胶废液D；（c）浓缩残胶废液接种厌氧菌：向步骤（b）得到的浓缩残胶废液C和浓缩残胶废液D中分别添加溶液质量2%-10%的糖类物质，接种厌氧菌，分别得到浓缩残胶废液C′和浓缩残胶废液D′，发酵3-7天至pH降至5，密封后在低于40℃温度下可保存不超1年时间，做固沙剂使用。其中，步骤（b）中，负压浓缩时环境温度低于60℃，负压浓缩后的液体体积为浓缩前的1/10-1/6；步骤（c）中，向所述浓缩残胶废液C和浓缩残胶废液D中添加的糖类物质包括蔗糖、葡萄糖、蜜糖；步骤（c）中，在所述浓缩残胶废液C和浓缩残胶废液D中接种的厌氧菌包括乳酸菌，酵母菌或其复合菌种。做固沙剂应用时，将浓缩残胶废液C′和浓缩残胶废液D′按一定比例混合，再加水稀释至原体积的12-60倍，在200-500r/min转速下混合搅拌均匀，雾化喷洒，喷施量100-550g/m2；所述浓缩残胶废液C′和浓缩残胶废液D′混合后需满足混合后残胶废液中聚半乳糖葡萄糖甘露糖大分子的Mw不低于12000。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本专利技术提供一种利用韧皮纤维微生物脱胶过程产生的残胶废弃物制作生物质固沙剂的方法，利用残胶内植物多糖大分子聚半乳糖葡萄糖甘露糖具有一定吸水保水能力，同时对沙粒粘附力强的特征，制备生物质固沙剂，具有固沙效果好、成本低、操作简单及环境友好等优点。本专利技术采用残胶废弃物制作固沙剂，不需复杂的分离或提纯步骤，不添加任何化学试剂，只需浓缩/混合/稀释后就能使用，具有成本低的优势。同时，由于固沙剂中还含有各种蛋白质氨基酸、钾、钠及少量黄酮类物质，有利植物生长，具有很好的治沙效果，如：在不使用任何化学试剂前提下，本方案实施后固沙层硬度可达1.8-2.7Kg/cm2，7日沙地保水率提高15倍，起沙风速超过20m/s；沙地土壤有机碳和全氮含量分别提高580%和470%以上，1年后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本、环境友好型固沙剂，其特征在于，选用韧皮纤维微生物脱胶后的残胶废液。/n

【技术特征摘要】
1.一种低成本、环境友好型固沙剂，其特征在于，选用韧皮纤维微生物脱胶后的残胶废液。


2.根据权利要求1所述的低成本、环境友好型固沙剂，其特征在于，所述韧皮纤维是指胞间层及细胞内胶质以多糖为主、适合微生物脱胶的植物纤维，包括苎麻、亚麻、汉麻、黄麻。


3.根据权利要求1所述的低成本、环境友好型固沙剂，其特征在于，所述的韧皮纤维微生物脱胶的加工步骤包括：装料、灭菌、接种、保温、脱胶、卸料、分装。


4.根据权利要求1所述的低成本、环境友好型固沙剂，其特征在于，所述微生物脱胶后的残胶废液内含有多糖、蛋白质氨基酸、钾、钠、黄酮类物质。


5.根据权利要求4所述的低成本、环境友好型固沙剂，其特征在于，所述多糖的主要成份为聚半乳糖葡萄糖甘露糖。


6.一种如权利要求1-5中任一项所述的低成本、环境友好型固沙剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将韧皮纤维、纯碱、硫酸铵、磷酸氢二钾和水按重量百分比120-140：5-8：2-4：1-3：1000-1500装入脱胶罐，升温至120℃，灭菌10-20min，降温至40℃后将脱胶菌接种至脱胶罐内，在40℃下通气发酵5-8h，分离出纤维，完成韧皮纤维微生物脱胶；韧皮纤维微生物脱胶过程中产生的微生物脱胶残胶废液A被收集后做固沙剂使用。


7.根据权利要求6所述的低成本、环境友好型固沙剂的制备方法，其特征在于，所述的微生物脱胶残胶废液A做固沙剂直接使用时，先加水稀释至原体积的2-6倍，在200-500r/min转速下混合搅拌均匀后雾化喷洒，喷施量100-550g/m2。


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【专利技术属性】
技术研发人员：董震，褚特野，张凯锋，赵志慧，邱新海，闫德仁，丁志荣，
申请(专利权)人：南通大学，江西恩达麻世纪科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32