CN1513891A - 可生物降解吸水剂及其微生物复合制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可生物降解吸水剂及其微生物复合制备方法，它包含以下组份：淀粉、丙烯酸、氨水、催化剂过硫酸钾、交联剂丙三醇、微生物湿菌泥，采用吸水树脂凝胶包埋法，按单体与油1∶3的比例加入豆油，高速搅拌分散成小滴，升温至52摄氏度至其反应结束；倾去液体，用水或缓冲液充分洗涤即可获得珠型固定化细胞。本发明所含的有益微生物，迅速复合繁殖，它们通过对根面和根围生态位置的抢占，营养物质，氧气的竞争及抑菌活性物质的分泌，有效阻止有害菌的定殖、入侵，从而减少土传病害，增强了作物的抗病能力；同时这些有益菌繁殖过程中，产生多种植物生长调节物质，促进根系发育，使作物生长旺盛，营养全面抗逆性增强，此外由于有益微生物的大量繁殖，可增加土壤活性，加速土壤中有机物分解及有效营养元素的转化，改善根际营养环境，提高了土壤养分的供应水平和肥料的有效利用率。还可引入可降解农药化肥的菌株，以减少农药化肥对环境的破坏。

Description

可生物降解吸水剂及其微生物复合制备方法

所属领域：本发明涉及一种可生物降解吸水剂及其微生物复合制备方法。

背景技术：超强吸水剂在我国的开发时间比较短，现在所生产的吸水剂除有吸水保水的作用外，有的已经与化肥及腐殖酸相结合，其作用也只是吸水剂与化肥的双效，未能解决生产中化肥污染的问题。而生物肥也是随着绿色产品的出现，针对农业生产开发出的新肥料，虽然其能改变土壤环境恢复土壤的生物活性，但如果没有水这一前提，生物肥也不能充分发挥其作用。现各科研院所开发的产品主要是单一的吸水剂产品，只具有吸水保水的作用，目前就应用而言还有其不足之处那就是其在干燥后易板结不利于水土的保持。而开发的微生物肥在使用时也必须配以大量的水以保证微生物的存活，如果没有了水微生物也将不能发挥其独特的作用，同时微生物的保存及运输也是一个很不好解决的问题。

发明内容：本发明的目的是提供一种可保持土壤中有益生物菌的优势、恢复土壤生物活性、降解残留农药及重金属污染物、提高产品质量的可生物降解吸水剂及其微生物复合制备方法。本发明为：一种可生物降解吸水剂，它包含以下组份：

    淀粉：                                 8-15g

    丙烯酸：C₃H₄O₂                     40-60g

    氨水或碱(KOH浓度18-25％)               90-150ml

    催化剂过硫酸钾K₂S₂O₂               0.1-0.3g

    交联剂丙三醇C₃H₈O₃                 2-5g

微生物湿菌泥(芽胞杆菌、节杆菌等复合芽胞菌)8-12g，每g有效活菌数≥2亿。

本发明所述的微生物复合制备方法为：采用吸水树脂凝胶包埋法：取生活污水厂的污水按1％的接种量接种到富集培养基内，在转速为133r/min、30℃的恒温摇床中培养30h，将富集菌液在经过4000r/min下离心20min，去掉上清液，形成菌泥备用；

取丙烯酸，用氨水或其它碱液中和至PH值为7.0，降温至35度，加入玉米淀粉，催化剂，交联剂，表面活性剂，及取上述过程得到的湿菌泥混合均匀，按单体与油1∶3的比例加入豆油，高速搅拌分散成小滴，升温至52度至其反应结束；

倾去液体，用水或缓冲液充分洗涤即可获得珠型固定化细胞。

由于吸水剂只具有吸水保水的单一功能，生物肥虽能调节土壤环境但如果没有水也无从谈起，为了使一种产品同时具有此两种现代农业生产新产品的功能，本发明开发出了与微生物复合应用的可生物降解型吸水剂，它同时具有吸水剂与生物肥的双重功效，通过微生物固定化包埋技术使二者很好的结合在一起，从而将微生物固定化的产品，具有吸水剂所不具备的调整土壤植物根区生物环境的有益优势菌株，使本发明同时具有吸水剂与微生物的双重功效，在土壤湿润的条件下调整土壤环境达到综合治理的效果。本发明也解决了吸水剂与微生物肥的价格问题，在具有双重功效的前提下并没有大的增加生产成本。相比之下减少农业生产中的投入，降低农业生产中的负担。本发明集中施用于农作物根区后，产品中所含的有益微生物，迅速复制繁殖，它们通过对根面和根围生态位置的抢占，营养物质，氧气的竞争及抑菌活性物质的分泌，在作物根际形成一种生物屏障，阻止有害菌的定殖、入侵，从而减少土传病害，增强了作物的抗病能力；同时这些有益菌繁殖过程中，产生多种植物生长调节物质(赤霉素、SOD酶等)，促进根系发育，使作物生长旺盛，营养全面抗逆性(抗旱、抗倒伏)增强，此外由于有益微生物的大量繁殖，可增加土壤活性，加速土壤中有机物分解及有效营养元素的转化，改善根际营养环境，提高了土壤养分的供应水平和肥料的有效利用率。还可引入可降解农药化肥的菌株，以减少药化肥对环境的破坏。

本发明所述微生物复合制备方法采用反相悬浮合成法，合成超强吸水树脂并将生物菌体包埋于吸水树脂凝胶中。合成过程中以豆油或液体石蜡为悬浮剂，水溶性的单体与生物菌为水相液滴(反应后形成粒子)。合成单体是水溶性的或亲水性的物质，分散介质是油性溶质，体系黏度低，聚合热易排除，不至因聚合放热，温度过高而使生物菌成活率下降；操作控制比较方便；产品分子量较高，比较稳定，质量均匀纯净。该方法的主要特点是将丙烯酸用碱中和后，再加入反应器中，这就使反应系统在中性或弱碱性的状态进行聚合，因此设备不易被腐蚀，碱中和丙烯酸是在液相中进行，容易调节所要求的pH值；一步完成。产物的粒子直径为0.01-5mm，一般约0.05-2mm，粒子直径大小由分散剂性质及其用量、搅拌情况而定。

具体实施方式：

本发明为一种可生物降解吸水剂，它包含以下组份：

    淀粉：                                         8-15g

    丙烯酸：C₃H₄O₂                             40-60g

    氨水或碱(KOH浓度18-25％)                       90-150ml

    催化剂过硫酸钾K₂S₂O₂                       0.1-0.3g

    交联剂丙三醇C₃H₈O₃                         2-5g

微生物湿菌泥(芽胞杆菌、节杆菌等复合芽胞菌)8-12g，每g有效活菌数≥2亿。

在本实施例中：

    淀粉：                                  12g

    丙烯酸：C₃H₄O₂                      60g

    氨水或碱(KOH浓度18-25％)                110ml

    催化剂过硫酸钾(K₂S₂O₂)               0.2g

    交联剂丙三醇C₃H₈O₃                   0.3g

微生物湿菌泥(芽胞杆菌、节杆菌等复合芽胞菌)g，每g有效活菌数≥2亿。

本发明所述的微生物复合制备方法为：

一、微生物的分离培养：、选择分离源。一般为被污染的土壤，如垃圾场。

1、破碎、分散处理。注意机械强度不能过大，以免破坏菌种细胞。

2、培养基的制作。选择培养基，选择适合芽胞杆菌、节杆菌等生长繁殖的基础培养基，确定培养条件。

3、目标微生物的分离与纯化。选择形态特征明显的菌苔或菌落。

4、根据微生物特点作显微鉴别或生化鉴别培养。鉴定为目标微生物则作下一步即富集培养。

5、富集培养。选择适合目标微生物生长繁殖的选择培养基，确定培养条件。

6、将富集于培养液中的微生物菌经高速离心，形成菌泥沉淀，倾去培养液取出菌泥备用。

7、菌种保藏。利用砂土管或其他适宜方法保藏，注意定期复壮，以保证菌种纯度，防止菌种变异或衰退。

二、生物---吸水剂复合肥的合成

采用吸水树脂凝胶包埋法：取生活污水厂的污水按1％的接种量接种到富集培养基内，在转速为133r/min、30℃的恒温摇床中培养30h，将富集菌液在经过4000r/min下离心20min，去掉上清液，形成菌泥备用；

取丙烯酸，用氨水或其它碱液中和至PH值为7.0，降温至35度，加入玉米淀粉，催化剂，交联剂，表面活性剂，及取上述过程得到的湿菌泥混合均匀，按单体与油1∶3的比例加入豆油，高速搅拌分散成小滴，升温至52度至其反应结束；

倾去液体，用水或缓冲液充分洗涤即可获得珠型固定化细胞。

三、药品：

玉米淀粉、丙烯酸、氨水或氢氧化钾、豆油、偶氮二异丁腈、甘油、乙醇水溶液

四、仪器设备：灭菌罐、恒温培养箱、高速离心机、温度计、高速搅拌器、水浴锅、分析天平。

1、反相悬浮合成法的基本原理：

反相悬浮聚合法是以油类(油相)为分散介质，水溶性的单体为水相液滴(反应后形成粒子)，引发剂(或催化剂)溶解在单体水相中进行聚合反应的一种实施方法。通过强烈搅拌(或剧烈振荡)和分散剂使高分子的悬浮液分散成液滴，悬浮于油介质中，进行高分子化合物的化学反应；或者使高分子的固体微粒悬浮于油性介质中所进行的高分子的化学反应。因此该法所采用的高分子化合物(反应物)是亲水性的或水溶性的物质，分散介质是油性溶质。值得注意之点是该法的后处理，反应后的产物除须去掉参加反应的低分子反应物外，还要除去所夹带的溶剂，同时要回收大量的分散介质。

反相悬浮聚合法是合成高分子超强吸水剂的重要方法之一，也可以说是它独特的方法。这是因为制造吸水性树脂所采用的原料单体均为亲水性(或水溶性)物质。

悬浮聚合的优点是：体系黏度低，聚合热易排除，操作控制比

较方便；产品分子量较高，比较稳定，质量均匀，纯净。该法的缺点是产品带有少量分散剂残留物。

2.液滴的分散与稳定

在单体-油的体系中，由于进行强力搅拌，在剪切力的作用下，

单体液层将分散成液滴。大液滴受力，变成小液滴。又由于表面张力的作用，液滴成微球状。这种微球也有聚集在一起形成较大液滴的趋势。在一定的搅拌强度和界面张力下，大小不同的液滴，在分散和聚集之间，构成一定的动态平衡，最后达到一定的平均细度。一般当聚合到转化率为20％-70％时，液滴变得具有很大的黏性。此时两液滴互相碰撞，往往粘结在一起，难以打散，结果很快就粘结形成大块状，这是发粘阶段(也称危险期)。当转化率达60％-70％以上，液滴转变成固体颗粒，就没有粘结成块的危险了。因此，进行反相悬浮聚合时，为了使聚合反应渡过危险期而得到符合要求的球状聚合物，还需要加入悬浮剂(分散剂)。

3.分散剂及其分散作用

分散剂一般有两大类型。

(1)水溶性有机高分子物质属于这类的分散剂有部分水解的聚乙烯醇及其衍生物、聚丙烯酸盐；甲基纤维素、等半合成的纤维素衍生物；明胶、蛋白质、淀粉、藻酸钠等天然高分子化合物。它们的作用机理主要是吸附在液滴表面，形成一层保护膜，起着保护胶体粒子的作用。同时增加介质的黏度，阻碍了两液滴的粘合。明胶、聚乙烯醇等的水溶液还能使界面张力变小，液滴变小，因此更为稳定。分散剂的选择及其用量的确定随吸水剂的种类和颗粒的要求而定。除颗粒的大小和形状外，还应考虑树脂的透明性等除了上述主分散剂外，有时还加少量表面活性剂，作为辅助分散剂。例如十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠等。主分散剂的用量为0.1％左右，助分散剂的用量为0.01％-0 3％。

4.颗粒的大小与形态

产物的颗粒大小与形态主要由搅拌强度和大小所决定。搅拌强度愈大，产品的粒子愈细；转速过低，将使聚合结块，反应不能进行。此外，油与单体之比一般为3∶1。油少则容易结块或粒子变粗；油多则粒子变细，粒径分布窄。单体及引发剂(或催化剂)的种类和用量、聚合速度、其他添加剂等对颗粒的大小及形态均有较大的影响，但比较复杂，尚难总结成普遍规律。

Claims (2)

1、一种可生物降解吸水剂，其特征是：它包含以下组份：

    淀粉：                                   8-15g

    丙烯酸：C₃H₄O₂                       40-60g

    氨水或碱(KOH浓度18-25％)                 90-150ml

    催化剂过硫酸钾K₂S₂O₂                 0.1-0.3g

    交联剂丙三醇C₃H₈O₃                   2-5g

微生物湿菌泥(芽胞杆菌、节杆菌等复合芽胞菌)8-12g，每g有效活菌数≥2亿。

2、按照权利要求1所提供的一种可生物降解吸水剂的微生物复合制备方法，其特征是：

采用吸水树脂凝胶包埋法：取生活污水厂的污水按1％的接种量接种到富集培养基内，在转速为133r/min、30℃的恒温摇床中培养30h，将富集菌液在经过4000r/min下离20min，去掉上清液，形成菌泥备用；

取丙烯酸，用氨水或其它碱液中和至PH值为7.0，降温至35度，加入玉米淀粉，催化剂，交联剂，表面活性剂，及取上述过程得到的湿菌泥混合均匀，按单体与油1∶3的比例加入豆油，高速搅拌分散成小滴，升温至52度至其反应结束；

倾去液体，用水或缓冲液充分洗涤即可获得珠型固定化细胞。