CN105036697B - 一种利用微生物技术制作环保生态板材的方法 - Google Patents

一种利用微生物技术制作环保生态板材的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用微生物技术制作环保生态板材，其特征在于按如下步骤实现：将水100‑1000mL、粉煤灰100‑200g和砂150‑300g注入一个模板里，再注入微生物100‑200mL、酵母粉10‑15g、氯化铵10‑20g、尿素40‑70g、秸秆粉或稻壳100‑200g，pH自然；将上述材料置于黑暗环境之中，养护一至两周之后，长成了一片生态板材，然后对其做干燥处理，最后切割成形；所述的微生物由巴斯德芽孢杆菌Bacillus pasteurii、土壤杆菌Agrobacterium biovar1和黄单胞杆菌Xanthomonas Campestris构成。本发明生态板材用途十分广泛，其优点是无需使用高能耗的水泥，降低二氧化碳排放，具有生态环保、轻质、造价低、施工方便良等特点，其力学和保温等性能优越。

Description

一种利用微生物技术制作环保生态板材的方法
技术领域
本发明涉及一种利用微生物技术制作环保生态板材的方法。
背景技术
目前制作板材的方法，主要由三种类型：第一种化学固化法，这种方法原理简单，比如选择如水泥等化学固化剂，在常温下混合、搅拌、振捣和养护成型，板材的力学性能较好，但这种水泥固化剂的生产具有高能耗的特点，对环境有一定污染。第二种烧结法，该方法处理效果较好，但需要高温加热设备，对周围环境影响较大，需要消耗大量的热量，造价较高。第三种压实成型法，在常温下将原料(需要时添加一定的粘结剂)压实成型，但需要专门的压实机械，造价较高。
我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3％，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用。
粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉，兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料，受到人们的青睐。粉煤灰综合利用的途径以从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用外，发展到在水泥原料、水泥混合材、大型水利枢纽工程、泵送混凝土、大体积混凝土制品、高级填料等高级化利用途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种造价低、施工方便和生态环保的板材制作方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用微生物生化反应产生胶结物的方法，使胶结物均匀填充孔隙，利用胶结物将粉煤灰和砂凝结成整体，提高板材的力学性能。
环保生态板材的制作流程如下：将水100-1000mL、粉煤灰100-200g和砂150-300g注入一个模板里，再注入微生物100-200mL、酵母粉10-15g、氯化铵10-20g、尿素40-70g、秸秆粉或稻壳100-200g，pH自然。所述的微生物由巴斯德芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)、土壤杆菌(Agrobacterium biovar1)和黄单胞杆菌(Xanthomonas Campestris))构成。
现有技术表明：碳酸矿化菌可以作为微生物水泥，在碱性环境下，与其中钙离子和碳酸根离子作用，产生方解石，形成微生物水泥。但本发明采用粉煤灰，其中粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、氧化铁、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50％以上。其含有少量方解石，显然用单一碳酸矿化菌不能实现其功能。本发明采用多种微生物复合，巴斯德芽孢杆菌Bacillus pasteurii为碳酸矿化菌，实现矿物胶合作用；同时土壤杆菌(Agrobacterium biovar1)与黄单胞杆菌Xanthomonas Campestris分解秸秆或培养基形成可得然胶和黄原胶，三者协同作用，将粉煤灰和砂粘合,形成空间网状结构，改善了板材的微观结构，提高了材料的力学和保温性能，达到检测标准GB/T9846-2004的指标要求。
与传统的方法相比，本发明的有益效果：采用微生物复合发酵产生胶结物方法，具有造价低、施工方便、生态环保、提高了板材的力学性能等优点。另外，由原料采用粉煤灰和秸秆等固体废弃物，变废为宝，减少了环境污染，降低了工程造价，具有良好的经济效益和社会效益。本发明所述环保生态板材由于其具有绿色环保、造价低、施工方便和力学性能优越的特点，可消耗粉煤灰和秸秆等固体废弃物，其优点：
(1)造价低
不需专门施工机械，无需高温高压等条件，采用粉煤灰以及各种作物秸秆作为原料，不需要其他材料，造价低。
(2)生态环保
利用微生物复合发酵作用，采用粉煤灰和秸秆为原料，无需使用如水泥等化学添加剂，减少了环境污染。
(3)施工性
不需压实，注入微生物溶液，工艺简单，施工方便，工期短。
(4)优良的力学性能
通过实验表明由于微生物生化固化填充作用使得板材的密实度得到有效地提高，因此板材具有优良的的力学性能。
本发明涉及的微生物购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。
具体实施方式
实施例1
环保生态板材的制作流程如下：将水100mL、粉煤灰100g和砂150g注入一个模板里，再注入微生物100mL、酵母粉10g、氯化铵10g、尿素40g、秸秆粉或稻壳100g，pH自然，混合搅拌制成浆液，养护成型。所述的微生物由巴斯德芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)、土壤杆菌属(Agrobacteriumbiovar1)和黄单胞杆菌(Xanthomonas Campestris)构成，上述等体积混合。
制作工艺
环保生态板材的制作流程如下：
第一步：菌液接种至含有稻壳或秸秆等培养基中培养；
第二步：酵母粉和将砂、粉煤灰和水混合，均匀搅拌，导入模板中；
第三步：菌液导入模板，将菌液与培养基均匀混合；
第四步：模具放入黑暗环境，保持一定的温度(20-30°)和湿度(85％以上)，经过一至两周的养护，利用微生物发酵作用产生胶结物，使原料(粉煤灰、砂和水)均匀粘结成整体；
第五步：做高温干燥处理以免真菌滋生，最后切割成形。
实物样品的性能指标
物理力学性能达到GB/T9846-2004的指标要求。采用本项技术在工业化条件下生产出的正常产品实物性能远远超过JG/T041-2011规范指标，可以达到以下水平：
对所得环保生态板材进行性能测试，结果如下所示：
表干密度：200kg/m3；
导热系数：0.03W/(m·k)
抗压强度：0.8Mpa；
抗拉强度：0.3Mpa。
实施例2
环保生态板材的制作流程如下：将水500mL、粉煤灰150g和砂200g注入一个模板里，再注入微生物150mL、酵母粉12g、氯化铵15g、尿素55g、秸秆粉或稻壳150g，pH自然，混合搅拌制成浆液，养护成型。所述的微生物由巴斯德芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)、土壤杆菌属(Agrobacterium biovar1)和黄单胞杆菌(Xanthomonas Campestris)构成，上述等体积混合。
制作工艺
环保生态板材的制作流程如下：
第一步：菌液接种至含有稻壳或秸秆等培养基中培养；
第二步：酵母粉和将砂、粉煤灰和水混合，均匀搅拌，导入模板中；
第三步：菌液导入模板，将菌液与培养基均匀混合；
第四步：模具放入黑暗环境，保持一定的温度(20-30°)和湿度(85％以上)，经过一至两周的养护，利用微生物发酵作用产生胶结物，使原料(砂、粉煤灰和水)均匀粘结成整体；
第五步：做高温干燥处理以免真菌滋生，最后切割成形。
实物样品的性能指标
物理力学性能达到GB/T9846-2004的指标要求。采用本项技术在工业化条件下生产出的正常产品实物性能远远超过JG/T041-2011规范指标，可以达到以下水平：
对所得环保生态板材进行性能测试，结果如下所示：
表干密度：250kg/m3；
导热系数：0.028W/(m·k)
抗压强度：1.0Mpa；
抗拉强度：0.35Mpa。
实施例3
环保生态板材的制作流程如下：将水、粉煤灰200g和砂300g注入一个模板里，再注入微生物200mL、酵母粉15g、氯化铵20g、尿素70g、秸秆粉或稻壳200g，pH自然，混合搅拌制成浆液，养护成型。所述的微生物由巴斯德芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)、土壤杆菌属(Agrobacterium biovar1)和黄单胞杆菌(Xanthomonas Campestris)构成，上述等体积混合。
制作工艺
环保生态板材的制作流程如下：
第一步：菌液接种至含有稻壳或秸秆等培养基中培养；
第二步：酵母粉和将砂、粉煤灰和水混合，均匀搅拌，导入模板中；
第三步：菌液导入模板，将菌液与培养基均匀混合；
第四步：模具放入黑暗环境，保持一定的温度(20-30°)和湿度(85％以上)，经过一至两周的养护，利用微生物发酵作用产生胶结物，使原料(砂、粉煤灰和水)均匀粘结成整体；
第五步：做高温干燥处理以免真菌滋生，最后切割成形。
实物样品的性能指标
物理力学性能达到GB/T9846-2004的指标要求。采用本项技术在工业化条件下生产出的正常产品实物性能远远超过JG/T041-2011规范指标，可以达到以下水平：
对所得环保生态板材进行性能测试，结果如下所示：
表干密度：280kg/m3；
导热系数：0.022W/(m·k)
抗压强度：1.2Mpa；
抗拉强度：0.38Mpa。
对比例1
板材的制作流程如下：将水500mL、粉煤灰150g和砂200g注入一个模板里，再注入微生物150mL、酵母粉12g、氯化铵15g、尿素55g、秸秆粉或稻壳150g，pH自然，混合搅拌制成浆液，养护成型。所述的微生物为巴斯德芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)。
制作工艺
环保生态板材的制作流程如下：
第一步：菌液接种至含有稻壳或秸秆等培养基中培养；
第二步：酵母粉和将砂、粉煤灰和水混合，均匀搅拌，导入模板中；
第三步：菌液导入模板，将菌液与培养基均匀混合；
第四步：模具放入黑暗环境，保持一定的温度(20-30°)和湿度(85％以上)，经过一至两周的养护，利用微生物发酵作用产生胶结物，使原料(粉煤灰、砂和水)均匀粘结成整体；
第五步：做高温干燥处理以免真菌滋生，最后切割成形。
实物样品的性能指标
物理力学性能达到GB/T9846-2004的指标要求。采用本项技术在工业化条件下生产出的正常产品实物性能远远超过JG/T041-2011规范指标，可以达到以下水平：
对所得板材进行性能测试，结果如下所示：
表干密度：250kg/m3；
导热系数：0.08W/(m·k)
抗压强度：0.8Mpa；
抗拉强度：0.26Mpa。
对比例2
板材的制作流程如下：将水500mL、粉煤灰150g和砂200g注入一个模板里，再注入微生物150mL、酵母粉12g、氯化铵15g、尿素55g、秸秆粉或稻壳150g，pH自然，混合搅拌制成浆液，养护成型。所述的微生物为土壤杆菌(Agrobacterium biovar1)。
制作工艺
环保生态板材的制作流程如下：
第一步：菌液接种至含有稻壳或秸秆等培养基中培养；
第二步：酵母粉和将砂、粉煤灰和水混合，均匀搅拌，导入模板中；
第三步：菌液导入模板，将菌液与培养基均匀混合；
第四步：模具放入黑暗环境，保持一定的温度(20-30°)和湿度(85％以上)，经过一至两周的养护，利用微生物发酵作用产生胶结物，使原料(粉煤灰、砂和水)均匀粘结成整体；
第五步：做高温干燥处理以免真菌滋生，最后切割成形。
实物样品的性能指标
物理力学性能达到GB/T9846-2004的指标要求。采用本项技术在工业化条件下生产出的正常产品实物性能远远超过JG/T041-2011规范指标，可以达到以下水平：
对所得板材进行性能测试，结果如下所示：
表干密度：250kg/m3；
导热系数：0.08W/(m·k)
抗压强度：0.6Mpa；
抗拉强度：0.24Mpa。
对比例3
板材的制作流程如下：将水500mL、粉煤灰150g和砂200g注入一个模板里，再注入微生物150mL、酵母粉12g、氯化铵15g、尿素55g、秸秆粉或稻壳150g，pH自然，混合搅拌制成浆液，养护成型。所述的微生物为黄单胞杆菌(Xanthomonas Campestris)。
制作工艺
环保生态板材的制作流程如下：
第一步：菌液接种至含有稻壳或秸秆等培养基中培养；
第二步：酵母粉和将砂、粉煤灰和水混合，均匀搅拌，导入模板中；
第三步：菌液导入模板，将菌液与培养基均匀混合；
第四步：模具放入黑暗环境，保持一定的温度(20-30°)和湿度(85％以上)，经过一至两周的养护，利用微生物发酵作用产生胶结物，使原料(粉煤灰、砂和水)均匀粘结成整体；
第五步：做高温干燥处理以免真菌滋生，最后切割成形。
实物样品的性能指标
物理力学性能达到GB/T9846-2004的指标要求。采用本项技术在工业化条件下生产出的正常产品实物性能远远超过JG/T041-2011规范指标，可以达到以下水平：
对所得板材进行性能测试，结果如下所示：
表干密度：250kg/m3；
导热系数：0.08W/(m·k)
抗压强度：0.5Mpa；
抗拉强度：0.21Mpa。
通过对比发现，从表观密度指标来看，板材的表干密度在200-250kg/m3左右，低于传统的混凝土板材的密度，具有轻质的优点。采用单一菌形成的板材的强度和保温指标(抗压强度、抗拉强度和导热系数)均低于采用由巴斯德芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)、土壤杆菌属(Agrobacterium biovar1)和黄单胞杆菌(Xanthomonas Campestris)构成的复合菌形成的板材。按本发明形成的板材，由于采用了三种复合菌，通过生化反应，发挥了方解石、可得然胶和黄原胶的三者的共同作用，改善了板材的微观结构，板材的强度和保温指标优于采用单一菌形成的板材。
综上所述，按本发明形成的板材，具有生态环保、造价低、施工方便、轻质、力学和保温性能优良等特点。

Claims (3)

1.一种利用微生物技术制作环保生态板材的方法，其特征在于按如下步骤实现： 将水100-1000mL、粉煤灰100-200g和砂150-300g注入一个模板里，再注入微 生物100-200mL、酵母粉10-15g、氯化铵10-20g、尿素40-70g、秸秆粉或稻壳 100-200g，pH自然；将上述材料置于黑暗环境之中，养护一至两星期之后，就 长成了一个生态板材，然后对其做干燥处理，最后切割成形；所述的微生物由巴 斯德芽孢杆菌Bacilluspasteurii、土壤杆菌Agrobacteriumbiovar1和黄单胞杆菌 XanthomonasCampestris构成。
2.根据权利要1所述的一种利用微生物技术制作环保生态板材的方法，其 特征在于所述的微生物菌液按巴斯德芽孢杆菌Bacilluspasteurii、土壤杆菌 Agrobacteriumbiovar1和黄单胞杆菌XanthomonasCampestris等体积混合。
3.根据权利要求1所述的一种利用微生物技术制作环保生态板材的方法， 其特征在于所述的养护条件为保持20-30°和湿度85％以上。
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