CN109928682A - 一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法 - Google Patents

一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法，该方法选取水泥、沙子、无水乙醇、水和硬脂酸作为原材料，先使用磁力搅拌器将硬脂酸和无水乙醇搅拌成混合溶液；再将混合溶液与水泥、沙子、水搅拌制成新鲜混凝土；将模具内侧壁和底壁用紫铜网覆盖，然后将新鲜混凝土置入模具中，同时向模具中添加包覆芽孢杆菌的微胶囊，然后振捣混凝土，振捣完毕后刮平表面，最后在顶部覆盖铜网；再在室温下硬化，脱模，除去铜网，放入标准养护箱中养护，即得疏水亲油可降解油污的海洋混凝土。本发明制备了疏水亲油可降解油污的海洋混凝土，其表面不仅具有疏水性能，还可以有效吸收海上泄漏的油污，并自行降解，从而缓解海洋油污污染问题。

Description

一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及海洋混凝土制备领域，具体地说是涉及一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法。
背景技术
随着海洋业的发展，在沿海地带严酷的海洋环境中，海洋油污污染严重，引起了人们的极大重视。现有海洋混凝土主要是在混凝土表面做涂层处理，大范围施工时，容易造成涂抹不均匀等问题，而且该涂层在外力的作用下耐磨性差，涂层的粗糙程度下降，外界环境的影响会使表面分子结构破坏，海洋混凝土性能下降。如果应用在海洋环境中，在海水的冲刷下，混凝土结构表面会被破坏，失去海洋混凝土的性能，而且大多采用的改性剂为氟类或硅烷类物质，氟类物质价格昂贵，硅烷类结构不稳定，应用在实际工程中造价高，另外氟类物质为毒性物质，处理不得当容易污染水源和农作物。
现有涂层法制备海洋混凝土的实现方案：用超疏水防腐涂料涂刷或喷涂在海工混凝土基体表面，干燥即可。此现有技术中所用到的改性硅丙乳液中的硅烷偶联剂和甲基三乙氧基硅烷均属微毒类型，对皮肤有刺激作用，其蒸汽或雾对眼睛、粘膜和上呼吸道有刺激作用，遇高热、明火易燃，与氧化剂能发生强烈反应。其次是硅烷类物质生产成本高，制备繁琐，要求实验环境较高，而且使用喷涂或涂抹的方式不利于应用在长期冲刷的海水中，会大大破坏其结构，影响使用。
总结来说，现有海洋混凝土存在以下缺点：
1、现有海洋混凝土采用的喷涂或涂抹技术经过海水的冲刷容易造成混凝土表面的疏水层脱落现象，使得海洋混凝土失去其性能；
2、现有海洋混凝土并没有解决海洋污油吸附进入混凝土后的问题；
3、现有海洋混凝土多采用的改性剂为氟类或硅烷类物质，氟类物质为有害物质，价格昂贵，硅烷类结构不稳定；
4、现有超疏水涂抹技术或喷涂技术，在进行大面积施工时容易造成涂抹不均匀，表面结构不完整，成本高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法，该方法所制备的海洋混凝土疏水亲油效果好，稳定性好，并可以有效的吸收海洋中的污油，改善海洋环境。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取水泥、沙子、无水乙醇、水和硬脂酸作为原材料，水泥、沙子、无水乙醇、水和硬脂酸的重量份配比为100∶100∶12∶45∶0.6-1；
(2)先使用磁力搅拌器将硬脂酸和无水乙醇搅拌成混合溶液，搅拌时间控制在40min～60min；
(3)再将步骤(2)配制的混合溶液与水泥、沙子、水按上述配比搅拌制成新鲜混凝土；
(4)制备包覆芽孢杆菌的微胶囊；
(5)将模具内侧壁和底壁用180目紫铜网覆盖，然后将新鲜混凝土置入模具中，同时向模具中添加包覆芽孢杆菌的微胶囊，之后采用插入式振捣器振捣混凝土，振捣完毕后刮平表面，最后在顶部覆盖铜网；
(6)在室温下硬化24小时后，脱模，除去铜网，得到混凝土试块；
(7)将混凝土试块放入标准养护箱中养护28天后，得到疏水亲油可降解油污的海洋混凝土；
上述步骤(4)中，包覆芽孢杆菌的微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(41)发酵
将枯草芽孢杆菌接种于细菌基础培养基中，于30℃、200r/min摇床培养12h后，按5％接种量转接于发酵培养基中，在30℃、200r/min条件下培养，待发酵液芽孢率大于90％时停止发酵，得到菌株发酵液；
(42)糊化
将麦芽糊精与水按体积比2∶1混合搅拌均匀，加热至60℃，持续2min至糊化为金黄色，冷却备用；
(43)喷雾干燥
将已糊化的麦芽糊精与菌株发酵液混合，得到混合液，将混合液置于磁力搅拌器中以500r/min持续搅拌混合均匀，经蠕动泵均匀进样到喷雾干燥机，喷雾干燥后收集产物，得到包覆芽孢杆菌的微胶囊。
优选的，步骤(1)中：所述沙子为河沙或海沙，沙子的粒径为0.2mm-0.3mm或0.6mm-1.18mm。
优选的，步骤(41)中，所述发酵培养基的配方如下：淀粉24g，蛋白粉30g，CaCO34.8g，K2HPO4 2g，KH2PO4 0.6g，糖蜜15g，水1L，pH 7.0。
优选的，步骤(43)中，所述已糊化的麦芽糊精与菌株发酵液的配比为：m(麦芽糊精)∶V(发酵液)＝1∶1。
本发明的有益技术效果是：
1)本发明在混凝土拌合料中掺入低表面能物质，在铜网和生物菌的共同作用下，制成疏水亲油可降解油污的海洋混凝土，与现有技术相比不需另外配备涂层，因此制备工艺便捷，有利于大面积施工。
2)本发明制备的海洋混凝土中富含有微胶囊包覆芽孢杆菌，其能够生物降解进入混凝土内部的污油。
3)本发明使用的低表面能物质为硬脂酸，硬脂酸成本相对于氟类和硅烷类较低廉，无毒无污染，稳定性好。
4)本发明制备了疏水亲油可降解油污的海洋混凝土，其表面不仅具有疏水性能，还可以有效吸收海上泄漏的油污，并自行降解，从而缓解海洋油污污染问题。
本发明所涉及到的原理性内容介绍如下：
本发明所采用的硬脂酸是一种低表面能物质，可修饰混凝土的微观结构；混凝土外侧壁的铜网有利于加强混凝土微表面结构，使得混凝土表面具有微米/纳米结构，可促进超疏水混凝土疏水亲油效果，提高混凝土的机械性能(如耐磨性等)。
本发明将制备的包覆芽孢杆菌的微胶囊置入混凝土中，且在混凝土振捣的过程中，微胶囊破裂，芽孢杆菌进入混凝土并生存繁殖，进而可降解污油。其中所述芽孢杆菌生命力强，在高低温和酸碱环境下都可以存活，繁殖快速；混凝土由于水泥矿物组分的水化产生的是氢氧化钙碱性溶液，有利于芽孢杆菌存活。
本发明所选用的芽孢杆菌本身具有较强的污油降解能力，另外海洋油污本身含有可降解石油烃的微生物，通过芽孢杆菌刺激的方式还可以激活这部分微生物发挥降解海洋油污的作用。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明所制得的海洋混凝土表面对水滴和油滴的润湿性的俯视图；
图2为本发明所制得的海洋混凝土表面对水滴和油滴的润湿性的侧视图。
图中：11为油滴，12为水滴。
具体实施方式
在沿海地带，由于船舶燃油外溢，油舱破裂造成的渗漏，对海洋环境造成污染。本发明制备的一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土，可以有效的吸收海洋中因船舶渗漏的污油，改善海洋环境，而且进入混凝土的污油可以由生物菌降解，不会使桥梁混凝土内部的结构发生变化。同时这种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土还可以防止海水的侵入，避免混凝土内的钢筋受到侵蚀。
一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取水泥、沙子、无水乙醇、水和硬脂酸作为原材料，水泥、沙子、无水乙醇、水和硬脂酸的重量份配比为100∶100∶12∶45∶1。所述沙子为河沙或海沙，沙子的粒径可选择0.2mm-0.3mm或0.6mm-1.18mm。
(2)先使用磁力搅拌器将低表面能物质硬脂酸和无水乙醇搅拌成混合溶液，搅拌时间控制在40min～60min。
(3)再将步骤(2)配制的混合溶液与水泥、沙子、水按上述配比搅拌均匀制成新鲜混凝土，搅拌时间控制在30min内。
(4)采用喷雾干燥法制备包覆芽孢杆菌的微胶囊
(41)发酵
将枯草芽孢杆菌接种于细菌基础培养基中，于30℃、200r/min摇床培养12h后，按5％接种量转接于发酵培养基(淀粉24g，蛋白粉30g，CaCO 3 4.8g，K 2HPO 4 2g，KH 2PO40.6g，糖蜜15g，水1L，pH 7.0)中，在30℃、200r/min条件下培养，待发酵液芽孢率(将发酵液置于结晶紫染色后光学显微镜下镜检，视野内芽孢杆菌含量与总菌含量的比值为芽孢率)大于90％时停止发酵，得到菌株发酵液。
上述5％接种量指的是按照发酵重量计算的接入菌种的比例。
(42)糊化
将麦芽糊精与水按体积比2∶1混合搅拌均匀，加热至60℃，持续2min至糊化为金黄色，冷却备用；
(43)喷雾干燥
将已糊化的麦芽糊精与菌株发酵液混合，得到混合液，将混合液置于磁力搅拌器中以500r/min持续搅拌混合均匀，经蠕动泵均匀进样到喷雾干燥机，喷雾干燥后收集产物，得到包覆芽孢杆菌的微胶囊。
喷雾干燥制备包覆枯草芽孢杆菌的微胶囊时，随壁材麦芽糊精比例的增加，菌体存活率提高，壁材与芯材的最佳配比为m(麦芽糊精):V(发酵液)＝1:1。
所制得的包覆枯草芽孢杆菌的微胶囊，麦芽糊精为壁材，枯草芽孢杆菌发酵液)为芯材。
(5)将模具内侧壁和底壁用180目紫铜网覆盖，然后将新鲜混凝土置入模具中，同时向模具中添加包覆芽孢杆菌的微胶囊，之后采用插入式振捣器振捣混凝土，振捣完毕后刮平表面，最后在顶部覆盖铜网。混凝土外侧壁的铜网有利于加强混凝土微表面结构，促进海洋混凝土疏水亲油效果，提高混凝土的机械性能。
包覆芽孢杆菌的微胶囊在混凝土搅拌过程中添加进去即可，微胶囊的添加量可根据需要及应用环境进行调整。
(6)在室温下硬化24小时后，脱模，除去铜网，得到混凝土试块。
(7)将混凝土试块放入标准养护箱中(标准养护箱的室温为20°c±2°；湿度为不小于95％)，养护28天后，得到疏水亲油可降解油污的海洋混凝土。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)选取水泥、沙子、无水乙醇、水和硬脂酸作为原材料，水泥、沙子、无水乙醇、水和硬脂酸的重量份配比为100∶100∶12∶45∶0.6-1；
(2)先使用磁力搅拌器将硬脂酸和无水乙醇搅拌成混合溶液，搅拌时间控制在40min～60min；
(3)再将步骤(2)配制的混合溶液与水泥、沙子、水按上述配比搅拌制成新鲜混凝土；
(4)制备包覆芽孢杆菌的微胶囊；
(5)将模具内侧壁和底壁用180目紫铜网覆盖，然后将新鲜混凝土置入模具中，同时向模具中添加包覆芽孢杆菌的微胶囊，之后采用插入式振捣器振捣混凝土，振捣完毕后刮平表面，最后在顶部覆盖铜网；
(6)在室温下硬化24小时后，脱模，除去铜网，得到混凝土试块；
(7)将混凝土试块放入标准养护箱中养护28天后，得到疏水亲油可降解油污的海洋混凝土；
上述步骤(4)中，包覆芽孢杆菌的微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(41)发酵
将枯草芽孢杆菌接种于细菌基础培养基中，于30℃、200r/min摇床培养12h后，按5％接种量转接于发酵培养基中，在30℃、200r/min条件下培养，待发酵液芽孢率大于90％时停止发酵，得到菌株发酵液；
(42)糊化
将麦芽糊精与水按体积比2∶1混合搅拌均匀，加热至60℃，持续2min至糊化为金黄色，冷却备用；
(43)喷雾干燥
将已糊化的麦芽糊精与菌株发酵液混合，得到混合液，将混合液置于磁力搅拌器中以500r/min持续搅拌混合均匀，经蠕动泵均匀进样到喷雾干燥机，喷雾干燥后收集产物，得到包覆芽孢杆菌的微胶囊。
2.根据权利要求1所述的一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述沙子为河沙或海沙，沙子的粒径为0.2mm-0.3mm或0.6mm-1.18mm。
3.根据权利要求1所述的一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(41)中，所述发酵培养基的配方如下：淀粉24g，蛋白粉30g，CaCO3 4.8g，K2HPO42g，KH2PO4 0.6g，糖蜜15g，水1L，pH 7.0。
4.根据权利要求1所述的一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(43)中，所述已糊化的麦芽糊精与菌株发酵液的配比为：m(麦芽糊精)∶V(发酵液)＝1∶1。
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