CN101929077B - 一种对生物亲和的布料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种对生物亲和的布料，由如下方法获得：以合成纤维、无机纤维、再生纤维、天然纤维中两种以上的混合物为原料加工制成纤维布料，将所得纤维布料经微生物酵化处理，即获得所述对生物亲和的布料；本发明布料适用于水、水-陆、陆地等多界面，适合微生物和原生动物、后生动物富集也容易固定植物的根系和营养；可作为生物填料、殖生材料、土工布、农牧业和渔业用材、滤布等不需抑制生物生长，不需阻碍水体运动的条件下使用。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种对生物亲和的布料及其应用，属于生态学和材料学领域。
(二)背景技术
众多的理论和实践研究都表明，生物和自然环境之间有着紧密和重要的关系，例如绿色植物的光合作用；湿地生态对地球的影响等。地球环境创造了生命，生命发展又促进了环境变化，因此生物是制约地理环境的主要因素。而造成现今环境污染的主要原因就是生态结构损毁与功能丧失。因此保持生物多样性是保护环境的根本，《生物多样性公约》(Convention on Biological Diversity)的通过和签署也说明了这一点。
在生产和建设领域，存在以合成高分子材料制造的布状或类似于布状材料的使用，例如：
一、农业生产中提供基质固定以及植物生长的殖生材料；
二、土木工程中提供结构支护绿化以及垂直、平面绿化固定培植基质的生态袋；
三、生物膜法处理污水工艺中的生物填料；
四、以及在需促进或不需抑制生物生长条件下使用的土工布。
这些柔性材料按照使用要求来说，除了需要具备抗拉强度高、耐腐蚀、抗紫外线等机能以外，最重要的是需对生物亲和，能促进生物生长。例如殖生材料需有助于土壤微生物、原生动物、后生动物以及植物的生长，形成生态链；例如生物填料需提供细菌、真菌、藻类的附着，使其固定和富 集并为鱼类、贝类等提供饵料，起到类似庇护所的作用。
提供一种原料丰富、工艺简单、用途广泛，即具备物理稳定性又对生物亲和；能促进动植物、微生物的发展，适用于水、水-陆、陆地等多界面，加强水运动并阻碍土壤运动的有助于特别是湿地等生态系统的建立和恢复的原材料，达到材料、功能、理论的创新，是本发明的目的和意义。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种对生物亲和，有利于生态系统建立的布料。
本发明采用的技术方案是：
一种对生物亲和的布料，由如下方法获得：以合成纤维、无机纤维、再生纤维、天然纤维中两种以上的混合物(优选的，制备所述纤维布料的原料中必定包括合成纤维和天然纤维)为原料加工制成纤维布料，将所得纤维布料经微生物酵化处理，即获得所述对生物亲和的布料；所述微生物酵化处理方法如下：
(1)将光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌、反硝化细菌各自经液体培养获得的菌液混合，获得混合菌液；各类菌株液体培养可按照常规方法进行，选用适用于各菌株生长的液体培养基，在常规条件下培养即可，获得混合菌液中菌体总含量约为1×107～1×109cfu/mL；
(2)将混合菌液以5％～15％体积比接入酵化营养液中，28～32℃静止培养6～12小时，获得酵化菌液；酵化营养液的目的是为各菌株提供生长必须的碳源、氮源及其他生长元素，可按照常识根据所选菌株种类对营养液成分进行调整。
(3)按照每kg纤维布料加入100～800g酵化菌液的添加量，将酵化菌液均匀喷洒于纤维布料上，酵化4～8天后，自然风干，即得所述对生物亲和的布料。
本发明加工成的布料经过微生物酵化处理，主要方法是利用酵化菌液直接泼洒在布料上进行酵化。经过酵化的布料相当于纤维表面覆盖了生物涂层，其接种定殖的大量微生物缩短了布料与周边生态系统的融合过程，缩短了对其他生物的驯化过程；使布料具备了对生物高度的亲和性，减轻了材料本身以及加工过程中可能残留的生物不亲和物质对生物的影响。
合成纤维是将人工合成的、具有适宜分子量并具有可溶(或可熔)性的线型聚合物，经纺丝成形和后处理而制得的化学纤维。通常将这类具有成纤性能的聚合物称为成纤聚合物。与天然纤维和人造纤维相比，合成纤维的原料是由人工合成方法制得的，生产不受自然条件的限制。合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能，如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外，不同品种的合成纤维各具有某些独特性能。
无机纤维(inorganic fibre)是以矿物质为原料制成的化学纤维。主要品种有玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维和金属纤维等。
再生纤维(regenerated fiber，又称：cellulose fiber)，是用天然聚合物为原料、经化学方法制成的、与原聚合物在化学组成上基本相同的化学纤维。
天然纤维是自然界存在和生长的、具有纺织价值的纤维，主要包括天然植物纤维和动物纤维。
制备所述纤维布料的原料采用本领域常规纤维原料，与现有不同的是本发明将多种不同性质的纤维混合用于制备布料，使不同纤维的物理、化 学特性互补。例如天然纤维力学强度和耐腐蚀性较差，但吸湿、亲水性较好，有利于大多数微生物附着；而合成纤维具有力学强度和耐腐蚀性高且具有亲脂性，有利于亲脂性微生物附着；无机纤维中的特殊化学组分可促进特异微生物的生长，如玻璃纤维和陶瓷纤维中的硅元素可促进硅藻群的生长繁殖。所以多种纤维的合理搭配可改善布料的生物亲和性，有利于不同特性生物的定殖。
优选的，制备所述纤维布料的原料为合成纤维、无机纤维、再生纤维和天然纤维的混合物，质量组成如下：合成纤维40～90％，无机纤维0～10％，再生纤维0～10％，天然纤维10～60％。
将纤维原料加工成纤维布料的方法可按本领域常规方法进行，如织造、非织造工艺，可在布料的纤维之间或布料的内外部营造大小不同的孔隙和内外不同生存环境，可繁殖更多不同大小和有不同生存条件要求的生物。例如利用毛巾的织造工艺可在布料表面形成非常丰富的毛圈结构；例如非织造工艺时通过调整针刺频率、植针密度等使布料形成不同的间隙空间。可将不同加工工艺的布料组合使用达到不同的生物定殖效果。
优选的，所述步骤(2)中酵化营养液按如下组成配制：硫酸铵0.1～1g，硝酸钠0.05～5g，醋酸钠0.5～4g，柠檬酸0.1～1g，无水乙醇1～10mL，磷酸二氢钾0.1～2.0g，葡萄糖1～10g，玉米粉1～6g，腐殖酸钠0.1～2g，酵母浸膏粉0.1～1g，氯化镁0.1～1g，氯化钙0.005～0.05g，硫酸亚铁0.001～0.01g，硫酸锰0.0005～0.002g，硼酸0.01～0.05g，水1L。
优选的，所述步骤(3)酵化在发酵池中进行，方法如下：将纤维布料折叠成2～5cm厚度为一层平铺于发酵池中，布料的层与层间均匀铺设厚度1～2cm的泥炭土，布料总高度为1.5～2.5m，按照每kg纤维布料加入 400～600g酵化菌液的添加量，将酵化菌液均匀喷洒于纤维布料上，室温放置4～7天后，自然风干，即得所述对生物亲和的布料。
先将所用菌液分别单独发酵，发酵后光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌和反硝化细菌的浓度分别为：5～20×108cfu/ml、1～20×108cfu/ml、1～5×107cfu/ml、1～10×108cfu/ml、1～5×107cfu/ml、1～5×108cfu/ml，混合菌液中各微生物比例可不受限制，实际上，由于不同微生物菌群之间的相互影响和制约，即使在酵化营养液中投入菌群比例不一致情况下，最终处理系统中各种菌群会达到一定的平衡。作为优选的方案，所述混合菌液中光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌和反硝化细菌的初始投入菌体量之比为10～50∶5～40∶0.01～0.5∶1～10∶0.1～2.0∶1～2。
通常，合成纤维表面比较光滑，不利于微生物定植，且影响纤维的比表面积，减少微生物的附着量；另外合成纤维不亲水，易产生静电，且是带正电荷，而微生物则通常带负电荷，这就会产生合成纤维材料不容易吸附微生物的现象。合成纤维经过低温等离子体改性处理可弥补这些缺陷，处理方式为表面刻蚀和活化。
低温等离子表面刻蚀能增加合成纤维的比表面积，使表面产生粗糙的凹坑，纤维之间的摩擦力增加；表面刻蚀的凹坑与微生物细胞大小相适，有利于细胞的直接定殖；低温等离子刻蚀同时也适用于无机纤维、再生纤维、天然纤维。
低温等离子表面活化可使合成纤维表面氧化以及亲水基团的增加从而提高了纤维的亲水性和抗静电性；纤维受到高能活化粒子的作用增大了微生物与纤维之间的作用力，有利于微生物的吸附；合成纤维经过低温等 离子体刻蚀、活化处理会增加合成纤维的亲水性、导电性、抗静电性；而天然纤维其本身带正电荷，在生产中不需要进行活化抗静电处理。因此合成纤维经过低温等离子体活化处理后布料会带微正电荷，与微生物的负电荷相互吸引，更有利于对微生物的吸附。
优选的，为达到去正电荷、增加表面积、亲和微生物之效果，制备纤维布料的合成纤维原料先经低温等离子体刻蚀和活化处理后再进行加工制成所述纤维布料。
所述低温等离子体刻蚀和活化处理在等离子体发生器中进行，等离子处理用气体为下列之一或其中两种以上的混合：NH3、O2、CO、Ar、N2、H2，处理时间3～5分钟，处理温度20～40℃。刻蚀采用氧气；活化处理采用氧气与NH3、Ar、N2之一或其中两种以上的混合气体，可同时具备刻蚀和活化的效果。
等离子体处理用气体优选为O2和Ar的混合气体，其中氧气体积含量为60～80％，Ar体积含量为20～40％，处理时间为4分钟，处理温度为25～35℃。
或者，等离子体处理用气体优选为O2和N2或NH3的混合气体，其中氧气体积含量为60～80％，N2或NH3体积含量为20～40％，处理时间为4分钟，处理温度为25～35℃。
具体方法如下：待处理纤维材料放入真空腔中，将真空腔内气压抽到一定真空度(7～15Pa)后定量(50～80sccm)通入特定的反应气体(或混合气体)，然后在一定的频率(10～20MHz)下进行放电，产生辉光等离子体。等离子体中含有的大量电子、离子和自由基等各种活性粒子与材料表面发生物理和化学反应。反应一定时间(3～5min)后，停止放电，向 真空腔内充入气体，使其内外压力平衡后，取出材料，完成整个材料表面处理的过程。纤维原料宜采用输送带式处理方式，即将原料置于输送带上，输送带经过等离子体放电区后收集。
所述低温等离子体处理技术属通用技术，国内外均有报导和应用，具体可参考相关低温等离子体技术在纺织行业应用方面的论文；所述等离子体表面处理设备为通用产品，以辉光放电设备为主，德国LEYBOLD HERAEUS公司、日本信越化学公司、俄罗斯Niekmi研究院及苏州奥米格机电科技有限公司等厂家的辉光放电等离子体处理机均可满足加工要求。
具体的，所述光合细菌可为下列之一或其中两种以上的混合：沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、血色红假单胞菌(Rhodopseudomonas rutila)、优美红游动菌(Phodoplanes elegans)、嗜硫小红卵菌(Rhodovulum sulfidophilus)；所述芽孢杆菌为下列之一或其中两种以上的混合：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、侧孢芽孢杆菌(Bacillus laterosporus)、胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)、腊样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、坚强芽孢杆菌(Bacillius firmu)；所述放线菌为下列之一或其中两种以上的混合：鲑色诺卡氏菌(Nocardia salmonicolor)、诺卡氏菌(Nocardia)、金色产色链霉菌(Gold color producing Streptomyces)、泾阳链霉菌(Streptomyces Jingyang)；所述乳酸菌为下列之一或其中两种以上的混合：植物乳杆菌(Lactobacillus)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、嗜粪乳杆菌(L.fecal Lactobacillus)；所述酵母菌为下列之一或其中两种以上的混合：解脂假丝酵母(Candida lipolytica)、啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、深红酵母(Rhodotorula rubra)；所述反硝化菌为下列之一或其中两种以上的混合：木糖氧化产碱菌反硝化亚种(Xylose oxidation denitrifying Alcaligenes subspecies)、反硝化产碱菌反硝化亚种(Denitrifying denitrifying Alcaligenes subspecies)、反硝化产碱菌(Denitrifying Alcaligenes)。
优选的，所述合成纤维为下列之一或其中两种以上的混合：聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚酰胺纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚氨基甲酸酯纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维；所述无机纤维为下列之一或其中两种以上的混合：玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维、高硅氧纤维、氧化铝纤维；所述再生纤维为下列之一或其中两种以上的混合：醋酯纤维、粘胶纤维、大豆纤维、蚕蛹蛋白纤维、竹纤维；所述天然纤维为下列之一或其中两种以上的混合：棉纤维、木棉纤维、苎麻纤维、大麻纤维、亚麻纤维、蚕丝纤维、羊毛纤维、兔毛纤维。
本发明布料主要由合成纤维和天然纤维组成，合成纤维不易降解且结构强度高，合成纤维相当于充当基础结构件，为布料稳定持久使用提供了保证；天然纤维亲水性高且可降解，利用表面丰富的活性基团形成与生物的同源性亲和力，加快了生物的附着栖息；纤维上富集的营养物可为生物定向供给营养物质，包括天然纤维在内的有机物经过相对较长时间的生物利用分解，最终会形成大量空隙，而最终这些空隙会被生物以及其代谢营养物或其他有机质置换占据，使得生物对布料的包裹接触更为紧密，也为营养基质的添加提供了空间。
本发明还涉及所述的对生物亲和的布料在工程建设或生态修复等领 域的应用。
本发明所涉一种促进生物多样性的布料，其在生产环节实现不同技术指标的要点是：
一、通过选择不同直径和数量的纤维控制布料的比表面积；
二、通过控制天然纤维在布料中的比例和是否将纤维进行低温等离子体抗静电处理实现布料不同的电荷；
三、通过调整天然纤维在布料中的比例控制布料的可降解度；
四、通过调整合成纤维、无机纤维、再生纤维、天然纤维的比例实现布料不同的结构强度、亲水性和亲脂性；
五、通过调整布料的疏密度实现纤维之间不同的间隙；
六、通过调整布料的疏密度实现纤维之间不同的间隙和通过控制天然纤维在布料中的比例控制布料的可降解度共同实现微生物和原生动物及其代谢营养物不同的栖息填充空间；
七、通过调整布料的疏密度和亲水性共同实现布料不同的透水性；
八、同时不同功能的纤维组成可实现布料不同的吸附性。
本发明所述一种对生物亲和的布料的有益效果主要体现在：(1)、本发明布料适用于水、水-陆、陆地等多界面，适合微生物和原生动物、后生动物富集也容易固定植物的根系和营养；可作为生物填料、殖生材料、土工布、农牧业和渔业用材、滤布等不需抑制生物生长，不需阻碍水体运动的条件下使用。(2)、以布的形式实现本发明的目的，布料生产工艺成熟，使用方便，可按不同材料的组分制造不同密度、比重、尺寸的单体；其软性材质的物理特征，适合制作形状丰富多变的衍生产品，容易与其他材料组合应用于生产建设工程中，并能将结构工程与生态工程相结合。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
一、纤维和织造
合成纤维的构成为聚酯纤维和聚丙烯腈纤维，含量分别为65％和5％；无机纤维为玻璃纤维：含量为3％；再生纤维的构成为醋酯纤维和大豆纤维：含量分别为2％和3％；天然植物纤维的构成为棉纤维和苎麻纤维：含量分别为5％和10％；天然动物纤维为羊毛纤维和蚕丝纤维：含量分别为4％和3％。聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、玻璃纤维、醋酯纤维和大豆纤维的直径为6dtex(tex是1000米纤维束的重量克数，dtex是分特，指10000米长的纤维束的克数)、长度为56mm、棉纤维、苎麻纤维、羊毛纤维和蚕丝纤维的直径为3dtex，长度为76mm；将合成纤维密封置于DGJ-01型等离子体处理机(苏州奥米格机电科技有限公司生产)的真空腔内，将真空腔内气压抽到真空度为10Pa后通入O2与Ar的混合气体(混合气体流量60sccm)，进行表面刻蚀、活化处理，功率为120W、频率为13.56MHz，基板间距为5mm，处理时间为3分钟，等离子气体为O2(80％，v/v)和Ar(20％，v/v)的混合气体。
将上述纤维混合后用毛巾织机编织成表面覆盖一层毛圈的长1000mm、宽400mm、厚10mm、重量规格为150g/m2的织造布。具体工艺可参照中国纺织出版社出版的《毛巾类家用纺织品的设计与生产》。
二、布料酵化处理
1、复合微生物菌液的制备
将光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌、反硝化细菌分别 液体发酵，具体方法为：
(1)光合细菌菌种选用ACCC10649(沼泽红假单胞菌)和CGMCC1.2175(优美红游动菌)；培养基按如下组成配制：硫酸铵1g+醋酸钠1.5g+磷酸二氢钾0.75g+硫酸镁0.2g+碳酸氢钠1g+酵母粉0.5g+氯化钙0.01g+硫酸亚铁0.005g+硫酸锰0.001g+硼酸0.02g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，光照强度1500Lx，静止培养时间7天左右；所得光合菌菌液中活菌体总量约为15×108cfu/mL，ACCC10649和CGMCC1.2175在光合菌液中的菌量比例约为1∶1。
(2)芽孢杆菌菌种选用ACCC11079(侧孢芽孢杆菌)、ACCC10011(巨大芽孢杆菌)、ACCC10095(胶冻样芽孢杆菌)和ACCC11062(枯草芽孢杆菌)；培养基按如下组成配制：硫酸铵0.5g+葡萄糖10g+酵母浸粉1g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，好氧发酵培养24小时；所得芽孢杆菌菌液中活菌体总量约为10×108cfu/mL，ACCC11079、ACCC10011、ACCC10095和ACCC11062在芽孢杆菌菌液中的菌体比例约为1∶1∶1∶1。
(3)放线菌菌种选用CGMCC4.1040(鲑色诺卡氏菌)；培养基按如下组成配制：玉米粉5g+腐植酸钠1g+硝酸钠1g+磷酸二氢钾0.5g+硫酸镁0.2g+硫酸亚铁0.001g+水1L；培养条件为：培养温度37℃，好氧发酵培养24小时，所得放线菌菌液中活菌体量约为1×107cfu/mL。
(4)乳酸菌菌种选用CGMCC1.124(植物乳杆菌)；培养基按如下组成配制：葡萄糖10g+酵母粉5g+醋酸钠1.5g+柠檬酸0.5g+磷酸二氢钾0.75g+大豆蛋白胨10g+硫酸亚铁0.005g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，所得乳酸菌菌液中活菌体量约为 5×108cfu/mL。
(5)酵母菌种选用ACCC20252(深红酵母)和ACCC20101(解脂假丝酵母)；培养基按如下组成配制：葡萄糖10g+乙醇5mL+酵母浸粉5g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，所得酵母菌菌液中活菌体总量约为2×107cfu/mL。
(6)反硝化菌菌种选为ACCC03247(反硝化产碱菌)；培养基按如下组成配制：硝酸钠1g+磷酸二氢钾0.5g+柠檬酸钠5g+硫酸镁0.2g+酵母浸粉0.1g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，所得反硝化菌菌液中活菌体总量约为2×108cfu/mL。
取发酵好的光合细菌菌液3L、芽孢杆菌菌液3L、放线菌菌液1L、乳酸菌菌液1L、酵母菌菌液1.5L、反硝化细菌菌液0.5L，混合得复合菌液。
2、配制酵化营养液
具体配方为：硫酸铵0.5g+硝酸钠0.1g+醋酸钠1.5g+柠檬酸0.5g+无水乙醇5mL+磷酸二氢钾0.75g+葡萄糖5g+玉米粉3g+腐殖酸钠1g+酵母浸粉0.3g+氯化镁0.4g+氯化钙0.01g+硫酸亚铁0.005g+硫酸锰0.001g+硼酸0.02g+水1L。按上述配方配制100L。
3、配制酵化菌液
将配制好的100L酵化营养液加入10L复合菌液，30℃静止培养10小时左右。
4、布料酵化
取200kg布料，将布料折叠成厚度约3cm为一层，布料的层与层中间均匀地撒入厚度大约为1cm的泥炭土，将布料平铺到发酵池中，布料的总高度为2m左右。
按每kg布料加入500g酵化菌液的量，将酵化菌液均匀泼洒到堆积在发酵池中的布料上酵化7天，布料自然风干后备用。
三、应用
将本发明生物亲和性布料(长1000mm、宽400mm、厚10mm)一片与市场上常见的相近尺寸的柔性生物填料(聚酯纤维制成，广州美瑞达安环保产品有限公司)一件同时放置于瓯江支流莲明河的的天然水体中并固定，经15天后在该布料和生物填料上各随机剪取三块约1cm2的布料并对布料上的细菌、藻类和原生动物等进行分析统计如下：
1、本发明布料细菌含量达109cfu，有700多种；藻类共发现46种隶属29科34属；原生动物共发现21属37种；此外还有若干软体动物及其幼体、鱼卵等。
2、柔性生物填料细菌含量为108cfu，有300多种；藻类共发现24种隶属15科17属；原生动物共发现10属19种。
由此可见本发明布料上的生物量明显多于现有柔性生物填料，该布料更具生物亲和性，可以促进生物多样性的形成。
实施例2：
一、纤维和非织造：
合成纤维的构成为聚丙烯纤维：含量为80％；无机纤维为玻璃纤维：含量为2％；天然植物纤维的构成为苎麻纤维：含量为15％；天然动物纤维为蚕丝纤维：含量为3％；聚丙烯纤维直径为7dtex、长度为50mm、玻璃纤维直径为7dtex，长度为70mm，苎麻纤维的直径为5dtex，长度为66mm；蚕丝纤维直径为3dtex，长度为76mm。
将合成纤维置于DGJ-01型等离子体处理机的真空腔中，将真空腔内 气压抽到真空度为12Pa，通入O2和N2的混和气体(混气体流量为65sccm)，其体积比为：6∶4。进行表面刻蚀、活化处理，功率为120W、频率为13.55MHz，基板间距为5mm，处理时间为4分钟，温度为30℃。
然后将处理后的纤维参照冯学本主编的《针刺法非织造布的生产工艺与质量控制》制成宽400cm，厚4mm，重量规格为300g/m2，长度5000cm的针刺非织造布。
二、微生物酵化处理方法
1、复合微生物菌液的制备
将光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌、反硝化细菌分别液体发酵，具体方法为：
(1)光合细菌菌种选用CGMCC1.2349(沼泽红假单胞菌)和CGMCC1.2355(血色红假单胞菌)；培养基按如下组成配制：硫酸铵1g+醋酸钠1.5g+磷酸二氢钾0.75g+硫酸镁0.2g+碳酸氢钠1g+酵母粉0.5g+氯化钙0.01g+硫酸亚铁0.005g+硫酸锰0.001g+硼酸0.02g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，光照强度1500Lx，静止培养时间7天左右；所得光合菌菌液中活菌体总量约为10×108cfu/mL，CGMCC1.2349和CGMCC1.2355在光合菌液中的菌体比例约为1∶1。
(2)芽孢杆菌菌种选用ACCC11079(侧孢芽孢杆菌)、CGMCC1.1217(坚强芽孢杆菌)和CGMCC1.813(地衣芽孢杆菌)；培养基按如下组成配制：尿素0.5g+大豆蛋白胨2g+葡萄糖10g+酵母浸粉1g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，好氧发酵培养24小时；所得芽孢杆菌菌液中活菌体总量约为5×108cfu/mL，ACCC11079、CGMCC1.1217、CGMCC1.813在芽孢杆菌菌液中的菌体比例约为1∶1∶2。
(3)放线菌菌种选用ACCC40021(泾阳链霉菌)；培养基按如下组成配制：玉米粉5g+腐植酸钠1g+硝酸钠1g+磷酸二氢钾0.5g+硫酸镁0.2g+硫酸亚铁0.001g+水1L；培养条件为：培养温度37℃，好氧发酵培养24小时，所得放线菌菌液中活菌体量约为1×107cfu/mL。
(4)乳酸菌菌种选用ACCC11073(嗜酸乳杆菌)；培养基按如下组成配制：葡萄糖10g+酵母粉5g+醋酸钠1.5g+柠檬酸0.5g+磷酸二氢钾0.75g+大豆蛋白胨10g+硫酸亚铁0.005g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，所得乳酸菌菌液中活菌体量约为3×108cfu/mL。
(5)酵母菌种选用ACCC20252(深红酵母)和CGMCC2.2088(解脂假丝酵母)；培养基按如下组成配制：葡萄糖10g+乙醇5mL+酵母浸粉5g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，所得酵母菌菌液中活菌体总量约为2×107cfu/mL。
(6)反硝化菌菌种选为CGMCC1.2684(反硝化产碱菌反硝化亚种)；培养基按如下组成配制：硝酸钠1g+磷酸二氢钾0.5g+柠檬酸钠5g+硫酸镁0.2g+酵母浸粉0.1g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，所得反硝化菌菌液中活菌体总量约为2×108cfu/mL。
取发酵好的光合细菌菌液4L、芽孢杆菌菌液2L、放线菌菌液1L、乳酸菌菌液1L、酵母菌菌液2L、反硝化细菌菌液1L，混合。
2、配制酵化营养液
具体配方为：硫酸铵0.5g+硝酸钠0.1g+醋酸钠1.5g+柠檬酸0.5g+无水乙醇5mL+磷酸二氢钾0.75g+葡萄糖5g+玉米粉3g+腐殖酸钠1g+酵母浸粉0.3g+氯化镁0.4g+氯化钙0.01g+硫酸亚铁0.005g+硫酸锰 0.001g+硼酸0.02g+水1L。按上述配方配制100L。
3、配制酵化菌液
将配制好的100L酵化营养液加入10L复合菌液，30℃静止培养10小时左右。
4、布料酵化
取300kg布料，将布料折叠成厚度约4cm为一层，布料的层与层中间均匀地撒入厚度大约为1cm的泥炭土，将布料平铺到发酵池中，布料的总高度为2.5m左右。
按每kg布料加入500g酵化菌液的量，将酵化菌液均匀泼洒到堆积在发酵池中的布料上酵化7天，布料自然风干后备用。
三、应用：
将本发明布料对折形成宽400cm，长度500cm的尺寸平铺在瓯江某段边坡上，夹层均匀铺撒黑麦草种子；同时以相同尺寸相同厚度的植生毯(聚丙烯纤维制成，沧州玉金绿化材料有限公司)用同样的方式播种铺设，材料分别固定。边坡结构类型为石笼植生。
经过15天后本发明布料已全部均匀地长出黑麦草，株长约5cm，其中并夹杂着少量杂草；而植生毯上的黑麦草和杂草数量均明显少于本发明布料上长出的黑麦草和杂草，且株长也低于本发明布料上的黑麦草和杂草。各取10cm×10cm尺寸材料经过对比材料表面的生物，分析统计如下：
1、本发明布料表面细菌含量达109cfu/cm2，有500多种，所包裹泥土中细菌含量约为109cfu/g、有700多种。
2、植生毯表面细菌含量为108cfu/cm2，有300多种，所包裹泥土中细菌含量约为108cfu/g、有500多种。
由此检测结果可得到结论，本发明布料更具生物亲和性，适合作为植 生材料使用且效果好于传统产品。
实施例3：
一、纤维和非织造：
合成纤维的构成为聚丙烯腈纤维含量为45％，聚酯纤维40％；无机纤维为玻璃纤维：含量为1％；天然植物纤维的构成为棉纤维：含量为14％；聚丙烯腈纤维直径为5dtex、长度为45mm；聚酯纤维直径为4dtex，长度为40mm；玻璃纤维直径为5dtex、长度为45mm；棉纤维的直径为3dtex，长度为66mm；
将纤维参照冯学本主编的《针刺法非织造布的生产工艺与质量控制》制成宽300cm，厚4mm，重量规格为280g/m2，长度10000cm的针刺非织造布。
二、微生物酵化处理方法
1、复合微生物菌液的制备
将光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌、反硝化细菌分别液体发酵，具体方法为：
(1)光合细菌菌种选用ACCC00310(沼泽红假单胞菌)和CGMCC1.2192(嗜硫小红卵菌)；培养基按如下组成配制：硫酸铵1.2g+醋酸钠1.5g+磷酸二氢钾0.75g+硫酸镁0.2g+碳酸氢钠1g+酵母粉0.5g+氯化钙0.01g+硫酸亚铁0.003g+硫酸锰0.001g+硼酸0.02g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，光照强度1200Lx，静止培养时间7天左右；ACCC00310和CGMCC1.2192在光合菌液中的菌量比约为1∶2，所得光合菌菌液中活菌总量约为12×108cfu/mL。
(2)芽孢杆菌菌种选用ACCC03123(坚强芽孢杆菌)和 ACCC10604(腊状芽孢杆菌)培养基按如下组成配制：大豆蛋白胨10g+葡萄糖10g+酵母浸粉1g+硫酸锰0.015g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，好氧发酵培养24小时；所得芽孢杆菌菌液中活菌总量约为6×108cfu/mL，ACCC03123、ACCC10604在芽孢杆菌菌液中的菌量比约为1∶2。
(3)放线菌菌种选用ACCC41087(诺卡氏菌)；培养基按如下组成配制：玉米淀粉5g+腐植酸钠1g+硝酸钠0.5g+磷酸二氢钾0.5g+酵母浸粉0.5g+硫酸镁0.2g+硫酸亚铁0.001g+水1L；培养条件为：培养温度37℃，好氧发酵培养24小时，所得放线菌菌液中活菌量约为1.5×107cfu/mL。
(4)乳酸菌菌种选用ACCC11073(嗜酸乳杆菌)和CGMCC1.214(嗜粪乳杆菌)；培养基按如下组成配制：葡萄糖10g+酵母粉5g+醋酸钠1.5g+柠檬酸0.5g+磷酸二氢钾0.75g+大豆蛋白胨10g+硫酸亚铁0.005g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，ACCC11073和CGMCC1.214的菌量比为1∶1，所得乳酸菌菌液中活菌量约为2×108cfu/mL。
(5)酵母菌种选用ACCC21250(啤酒酵母)和CGMCC2.2088(解脂假丝酵母)；培养基按如下组成配制：葡萄糖10g+乙醇5mL+酵母浸粉5g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，ACCC21250与CGMCC2.2088的菌量比为1∶1，所得酵母菌菌液中菌体总量约为2×107cfu/mL。
(6)反硝化菌菌种选为ACCC10299(木糖氧化产碱菌反硝化亚种)；培养基按如下组成配制：硝酸钠1g+磷酸二氢钾0.5g+柠檬酸钠5g+硫酸镁0.2g+酵母浸粉0.1g+水1L；培养条件为：培养温度 30℃，静止培养24小时，所得反硝化菌菌液中菌体总量约为2×108cfu/mL。
取发酵好的光合细菌菌液4L(12×108cfu/mL)、芽孢杆菌菌液2L(6×108cfu/mL)、放线菌菌液1L(1.5×107cfu/mL)、乳酸菌菌液1L(2×108cfu/mL)、酵母菌菌液2L(2×107cfu/mL)、反硝化细菌菌液1L(2×108cfu/mL)，混合。
2、配制酵化营养液
具体配方为：硫酸铵0.5g+硝酸钠0.1g+醋酸钠1.5g+柠檬酸0.5g+无水乙醇5mL+磷酸二氢钾0.75g+葡萄糖5g+玉米粉3g+腐殖酸钠1g+酵母浸粉0.3g+氯化镁0.4g+氯化钙0.01g+硫酸亚铁0.005g+硫酸锰0.001g+硼酸0.02g+水1L。按上述配方配制100L。
3、配制酵化菌液
将配制好的100L酵化营养液加入10L复合菌液，30℃静止培养10小时左右。
4、布料酵化
取300kg布料，将布料折叠成厚度约5cm为一层，布料的层与层中间均匀地撒入厚度大约为1cm的泥炭土，将布料平铺到发酵池中，，布料的总高度为2.2m左右。
按每kg布料加入600g酵化菌液的量，将酵化菌液均匀泼洒到堆积在发酵池中的布料上酵化7天，自然风干后即得所述对生物亲和的布料。
实施例4：
一、纤维和非织造：
合成纤维的构成为聚酰胺纤维含量为40％，再生纤维为大豆纤维： 含量为10％；天然植物纤维的构成为棉纤维含量为20％，亚麻纤维30％；聚酰胺纤维直径为5dtex、长度为45mm；大豆纤维直径为6dtex，长度为70mm；棉纤维的直径为3dtex，长度为66mm；亚麻纤维直径为7dtex、长度为70mm。
将纤维参照冯学本主编的《针刺法非织造布的生产工艺与质量控制》制成宽300cm，厚5mm，重量规格为350g/m2，长度10000cm的针刺非织造布。
二、微生物酵化处理方法
1、复合微生物菌液的制备
将光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌、反硝化细菌分别液体发酵，具体方法为：
(1)光合细菌菌种选用ACCC00310(沼泽红假单胞菌)和CGMCC1.2192(嗜硫小红卵菌)；培养基按如下组成配制：硫酸铵1.2g+醋酸钠1.5g+磷酸二氢钾0.75g+硫酸镁0.2g+碳酸氢钠1g+酵母粉0.5g+氯化钙0.01g+硫酸亚铁0.003g+硫酸锰0.001g+硼酸0.02g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，光照强度1200Lx，静止培养时间7天左右；ACCC00310和CGMCC1.2192在光合菌液中的菌量比约为1∶2，所得光合菌菌液中活菌总量约为12×108cfu/mL。
(2)芽孢杆菌菌种选用ACCC03123(坚强芽孢杆菌)和ACCC10604(腊状芽孢杆菌)培养基按如下组成配制：大豆蛋白胨10g+葡萄糖10g+酵母浸粉1g+硫酸锰0.015g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，好氧发酵培养24小时；所得芽孢杆菌菌液中活菌总量约为6×108cfu/mL，ACCC03123、ACCC10604在芽孢杆菌菌液中的菌量比约为1∶2。
(3)放线菌菌种选用ACCC41087(诺卡氏菌)；培养基按如下组成配制：玉米淀粉5g+腐植酸钠1g+硝酸钠0.5g+磷酸二氢钾0.5g+酵母浸粉0.5g+硫酸镁0.2g+硫酸亚铁0.001g+水1L；培养条件为：培养温度37℃，好氧发酵培养24小时，所得放线菌菌液中活菌量约为1.5×107cfu/mL。
(4)乳酸菌菌种选用ACCC11073(嗜酸乳杆菌)和CGMCC1.214(嗜粪乳杆菌)；培养基按如下组成配制：葡萄糖10g+酵母粉5g+醋酸钠1.5g+柠檬酸0.5g+磷酸二氢钾0.75g+大豆蛋白胨10g+硫酸亚铁0.005g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，ACCC11073和CGMCC1.214的菌量比为1∶1，所得乳酸菌菌液中活菌量约为2×108cfu/mL。
(5)酵母菌种选用ACCC21250(啤酒酵母)和CGMCC2.2088(解脂假丝酵母)；培养基按如下组成配制：葡萄糖10g+乙醇5mL+酵母浸粉5g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，ACCC21250与CGMCC2.2088的菌量比为1∶1，所得酵母菌菌液中菌体总量约为2×107cfu/mL。
(6)反硝化菌菌种选为ACCC10299(木糖氧化产碱菌反硝化亚种)；培养基按如下组成配制：硝酸钠1g+磷酸二氢钾0.5g+柠檬酸钠5g+硫酸镁0.2g+酵母浸粉0.1g+水1L；培养条件为：培养温度30℃，静止培养24小时，所得反硝化菌菌液中菌体总量约为2×108cfu/mL。
取发酵好的光合细菌菌液4L、芽孢杆菌菌液2L、放线菌菌液1L、乳酸菌菌液1L、酵母菌菌液2L、反硝化细菌菌液1L，混合。
2、配制酵化营养液
具体配方为：硫酸铵0.5g+硝酸钠0.1g+醋酸钠1.5g+柠檬酸0.5g+无水乙醇5mL+磷酸二氢钾0.75g+葡萄糖5g+玉米粉3g+腐殖酸钠1g+酵母浸粉0.3g+氯化镁0.4g+氯化钙0.01g+硫酸亚铁0.005g+硫酸锰0.001g+硼酸0.02g+水1L。按上述配方配制100L。
3、配制酵化菌液
将配制好的100L酵化营养液加入10L复合菌液，30℃静止培养10小时左右。
4、布料酵化
取300kg布料，将布料折叠成厚度约5cm为一层，布料的层与层中间均匀地撒入厚度大约为1cm的泥炭土，将布料平铺到发酵池中，布料的总高度为2.2m左右。
按每kg布料加入600g酵化菌液的量，将酵化菌液均匀泼洒到堆积在发酵池中的布料上酵化7天，自然风干后即得所述对生物亲和的布料。
Claims (9)
1.一种对生物亲和的布料，由如下方法获得：以合成纤维、无机纤维、再生纤维、天然纤维中的两种以上的混合物为原料加工制成纤维布料，将所得纤维布料经微生物酵化处理，即获得所述对生物亲和的布料；所述微生物酵化处理方法如下：
(1)将光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌、反硝化细菌各自经液体培养获得的菌液混合，获得混合菌液；
(2)将混合菌液以5％～15％体积比接入酵化营养液中，28～32℃静止培养6～12小时，获得酵化菌液；
(3)按照每kg纤维布料加入100～800g酵化菌液的添加量，将酵化菌液均匀喷洒于纤维布料上，酵化4～8天后，自然风干，即得所述对生物亲和的布料。
2.如权利要求1所述的对生物亲和的布料，其特征在于制备所述纤维布料的原料为合成纤维、无机纤维、再生纤维和天然纤维的混合物，质量组成如下：合成纤维40～90％，无机纤维0～10％，再生纤维0～10％，天然纤维10～60％。
3.如权利要求1或2所述的对生物亲和的布料，其特征在于所述步骤(2)中酵化营养液按如下组成配制：硫酸铵0.1～1g，硝酸钠0.05～5g，醋酸钠0.5～4g，柠檬酸0.1～1g，无水乙醇1～10mL，磷酸二氢钾0.1～2.0g，葡萄糖1～10g，玉米粉1～6g，腐殖酸钠0.1～2g，酵母浸膏粉0.1～1g，氯化镁0.1～1g，氯化钙0.005～0.05g，硫酸亚铁0.001～0.01g，硫酸锰0.0005～0.002g，硼酸0.01～0.05g，水1L。
4.如权利要求1或2所述的对生物亲和的布料，其特征在于所述步骤(3)酵化在发酵池中进行，方法如下：将纤维布料折叠成2～5cm厚度为一层平铺于发酵池中，布料的层与层间均匀铺设厚度1～2cm的泥炭土，布料总高度为1.5～2.5m，按照每kg纤维布料加入400～600g酵化菌液的添加量，将酵化菌液均匀喷洒于纤维布料上，室温放置4～7天后，自然风干，即得所述对生物亲和的布料。
5.如权利要求1或2所述的对生物亲和的布料，其特征在于所述混合菌液中光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌和反硝化细菌的初始投入菌体量之比为10～50∶5～40∶0.01～0.5∶1～10∶0.1～2.0∶1～2。
6.如权利要求1或2所述的对生物亲和的布料，其特征在于制备纤维布料的合成纤维先经低温等离子处理后再进行加工制成所述纤维布料，所述低温等离子处理在等离子体发生器中进行，等离子处理用气体为下列之一或其中两种以上的混合：NH3、O2、CO、Ar、N2、H2，处理时间3～5分钟，处理温度25～40℃。
7.如权利要求1或2所述的对生物亲和的布料，其特征在于：所述光合细菌为下列之一或其中两种以上的混合：沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、优美红游动菌(Phodoplanes elegans)、嗜硫小红卵菌(Rhodovulum sulfidophilus)；所述芽孢杆菌为下列之一或其中两种以上的混合：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、侧孢芽孢杆菌(Bacillus laterosporus)、胶质芽孢杆菌(Bacillusmucilaginosus)、腊样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、坚强芽孢杆菌(Bacilliusfirmu)；所述放线菌为下列之一或其中两种以上的混合：诺卡氏菌(Nocardia)、金色产色链霉菌(streptomyces aureochromogenes)、泾阳链霉菌(Streptomyces Jingyangesis)；所述乳酸菌为下列之一或其中两种以上的混合：植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)；所述酵母菌为下列之一或其中两种以上的混合：解脂假丝酵母(Candida lipolytica)、啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、深红酵母(Rhodotorula rubra)；所述反硝化菌为反硝化产碱菌(Alcaligenes dentrificans)。
8.如权利要求1或2所述的对生物亲和的布料，其特征在于：所述合成纤维为下列之一或其中两种以上的混合：聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚酰胺纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚氨基甲酸酯纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维；所述无机纤维为下列之一或其中两种以上的混合：玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维；所述再生纤维为下列之一或其中两种以上的混合：醋酯纤维、粘胶纤维、大豆纤维、蚕蛹蛋白纤维；所述天然纤维为下列之一或其中两种以上的混合：棉纤维、木棉纤维、苎麻纤维、大麻纤维、亚麻纤维、蚕丝纤维、羊毛纤维、兔毛纤维。
9.如权利要求1或2所述的对生物亲和的布料在工程建设或生态修复中的应用。
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