CN105461879A - 一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，由以下重量份计的原料组分混合制成：聚醚多元醇15-30份，聚酯多元醇5-15份，异氰酸酯20-35份，催化剂0.31-0.40份，泡沫稳定剂0.8-1.0份，发泡剂5-15份，有效微生物培养基质以干重计30-50份。本发明既具有较高浓度有效微生物含量的载体，又具有微孔和大孔的交联网状结构和强极吸水保水性能，它集微孔大表面、大孔通透性、亲水性及强吸附性于一体，具有良好的微生物亲和性、高负载量，同时，结构性能稳定。该产品既可用于水体中氮、磷污染物吸收和有机物质的分解，也可作为轻型、多功能的植物栽培基质，用于室内植物培育、园林绿化等工程。

Description

一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体

技术领域

本发明涉及一种固化载体，特别涉及一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体。

背景技术

我国在今后相当一个时期内仍处于发展阶段，水污染是一个长期存在的问题。地表水作为重要的水资源，正在遭受着严重的破坏随着工业化与城市化的迅猛发展，受人类生产、生活的影响，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，导致水体溶解氧量下降，水体富营养化现象日趋严重。针对富营养化水体的治理，植物修复技术、微生物修复技术是治理水体富营养化的有效措施，在此基础上发展起来的植物-微生物联合修复技术是当前研究的热点之一

固定化微生物可以通过提供特殊的微环境，较好地保护优势菌不受土著菌恶性竞争，在保持高效修复能力的同时,可以将优势菌屏蔽于恶劣环境之外，在一定程度上克服了传统修复工艺的不足，具有较好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，既具有较高浓度有效微生物含量的载体，又具有微孔和大孔的交联网状结构和强极吸水保水性能，它集微孔大表面、大孔通透性、亲水性及强吸附性于一体，具有良好的微生物亲和性、高负载量，同时，结构性能稳定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，由以下重量份计的原料组分混合制成：聚醚多元醇15-30份，聚酯多元醇5-15份，异氰酸酯20-35份，催化剂0.31-0.40份，泡沫稳定剂0.8-1.0份，发泡剂5-15份，有效微生物培养基质以干重计30-50份。

为达到在水环境中的具有一定的强度、韧性及使用寿命，本发明采用聚醚多元醇和聚酯多元醇混合发泡技术，增加聚氨酯材料的交联强度。同时通过聚醚多元醇、聚酯多元醇的选择，使生成的聚氨酯材料能很好地同有效微生物（EM）固定的基质材料（活性炭、植物纤维、矿物粘粒、糖蜜）有效结合，最终产品既能负载较高浓度有效微生物，又能使负载微生物保持一定的活性。

由于本发明产品主要用于水生植物的培养，因此，需要的强度和韧性加大，在配方中加上聚酯多元醇，可增加产品的强度。但当前水体污染严重，如通过聚氨酯与微生物培养基质的结合，能促进有效微生物（EM）的生长和繁育，可促进水体中有机污染物的分解，净化环境。同时，有效微生物在促进养分转化和植物根系生长都具有积极的作用。

作为优选，所述聚醚多元醇由一种端胺基聚醚多元醇与二羟基聚醚多元醇、三羟基聚醚多元醇中的一种或两种组合而成。具体的，所述聚醚多元醇为2-3种聚醚多元醇的混合物。本发明的聚醚多元醇中：端胺基聚醚多元醇占聚醚多元醇总重量的15-60%，该端胺基聚醚分子量在200-1000之间，胺值大于100mgKOH/g，其余聚醚多元醇为二羟基聚醚多元醇、三羟基聚醚多元醇中的一种或二种组合，二羟基聚醚多元醇、三羟基聚醚多元醇的分子量为1500-3500之间，羟值15-60mgKOH/g。本发明这样特定组成的聚醚多元醇，亲水性好，同植物栽培基质复合紧密，复合产品既有利于微生物活动，又适合植物种植。

作为优选，所述聚酯多元醇为磺酸盐改性聚酯多元醇，分子量1200-3500g/mol，羟值25-80mgKOH/g。

作为优选，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六甲基二异氰酸酯中的一种或几种组合。

作为优选，所述催化剂为三乙烯二胺、三乙醇胺中的一种；所述泡沫稳定剂为硅油；所述发泡剂为去离子水。

作为优选，所述有效微生物培养基质的原料按质量百分比计由以下成分混合制成：活性炭35-49%，植物纤维35-49.5%，矿物粘粒5-10%，糖蜜5-10%，EM菌液0.5-1.0%。

作为优选，所述的活性炭为比表面积大于300m²/g的植物源活性炭；所述植物纤维为木纤维、椰壳纤维、竹纤维、泥炭纤维中的一种或几种的组合，植物纤维的长度小于2毫米。

作为优选，所述的矿物粘粒为珍珠岩、蛭石、蒙脱石、硅藻土中的一种或几种的组合。

有效微生物培养基质配方的特点：

1.强度较大，韧性较好，能在水体中作为植物生长的基质，不破碎；

2.EM菌能在这一配方中很好的保存和繁殖；

3.植物根系也能很好地在该基质中生长。

作为优选，有效微生物培养基质按下列步骤生产得到：

（1）将活性炭、植物纤维、矿物粘粒、糖蜜按比例搅拌混合均匀，组成发酵混合料；

（2）将EM菌液用去离子水稀释后，加入到发酵混合料中混匀，再用去离子水将混合物料的含水量调节到60-65%，然后将混合物料建堆发酵，发酵时间为：夏季和秋季为7-10天，春季和冬季为15-20天；最后得到含水率为25-40%有效微生物培养基质。

作为优选，制备方法如下：

A、多元醇组份制备：将聚醚多元醇、聚酯多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂，按配比混合，温度保持在20-35℃，在容器内充分混合均匀，制得多元醇组份；

B、向有效微生物培养基质中加入步骤A的多元醇组份中，搅拌10-15分钟，充分混合，再加入异氰酸酯，计时搅拌10-20秒，倒入模具中，在温度20-35℃条件下静止20-30分钟后脱模，再把脱模后产品放置在20-50℃通风、相对湿度小于40%的环境下熟化24-48小时后得到产品。

本发明的有益效果是：在制备过程中通过添加聚醚多元醇、聚酯多元醇、有效微生物（EM）培养基质及异氰酸酯联合发泡工艺，使其既具有较高浓度有效微生物含量的载体，又具有微孔和大孔的交联网状结构和强极吸水保水性能，它集微孔大表面、大孔通透性、亲水性及强吸附性于一体，具有良好的微生物亲和性、高负载量，同时，结构性能稳定，是一种高效的有效微生物（EM）固定化载体，该产品可用作苗木培育、植物水培的基质，也可放置在水中作为水污染微生物治理的载体。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

本发明实施例中的聚酯多元醇为磺酸盐改性聚酯多元醇（市售），分子量1200-3500g/mol，羟值25-80mgKOH/g。聚醚多元醇由一种端胺基聚醚多元醇（市售）与二羟基聚醚多元醇（市售）、三羟基聚醚多元醇（市售）中的一种或两种组合而成。端胺基聚醚多元醇占聚醚多元醇总重量的15-60%，该端胺基聚醚分子量在200-1000之间，胺值大于100mgKOH/g，其余聚醚多元醇为二羟基聚醚多元醇、三羟基聚醚多元醇中的一种或二种组合，二羟基聚醚多元醇、三羟基聚醚多元醇的分子量为1500-3500之间，羟值15-60mgKOH/g。

实施例1：

一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，由以下重量份计的原料组分混合制成：聚醚多元醇15份，聚酯多元醇5份，异氰酸酯（甲苯二异氰酸酯）20份，催化剂（三乙烯二胺）0.31份，泡沫稳定剂（硅油）0.8份，发泡剂（去离子水）5份，有效微生物培养基质以干重计30份。

所述有效微生物培养基质的原料按质量百分比计由以下成分混合制成：活性炭（比表面积大于300m²/g的植物源活性炭，颗粒大小过80目筛，市售）35%，植物纤维（市售，木纤维，植物纤维的长度小于2毫米）49.5%，矿物粘粒（珍珠岩，颗粒大小过200目筛）5%，糖蜜10%，EM菌液（市售）0.5%。

实施例2：

一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，由以下重量份计的原料组分混合制成：聚醚多元醇30份，聚酯多元醇15份，异氰酸酯（二苯甲烷二异氰酸酯）35份，催化剂（三乙醇胺）0.40份，泡沫稳定剂（硅油）1.0份，发泡剂（去离子水）15份，有效微生物培养基质以干重计50份。

所述有效微生物培养基质的原料按质量百分比计由以下成分混合制成：活性炭（比表面积大于300m²/g的植物源活性炭，颗粒大小过80目筛，市售）49%，植物纤维（木纤维与竹纤维按照1:1的质量配比混合而成，植物纤维的长度小于2毫米）35%，矿物粘粒（蒙脱石与硅藻土按照1:1的质量配比混合而成，颗粒大小过200目筛）10%，糖蜜5%，EM菌液（市售）1.0%。

实施例3：

一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，由以下重量份计的原料组分混合制成：聚醚多元醇20份，聚酯多元醇10份，异氰酸酯（甲苯二异氰酸酯与六甲基二异氰酸酯按照1:1的质量配比混合而成）30份，催化剂（三乙醇胺）0.35份，泡沫稳定剂（硅油）0.9份，发泡剂（去离子水）10份，有效微生物培养基质以干重计40份。

所述有效微生物培养基质的原料按质量百分比计由以下成分混合制成：活性炭（比表面积大于300m²/g的植物源活性炭，颗粒大小过80目筛，市售）44%，植物纤维（市售，泥炭纤维，植物纤维的长度小于2毫米）44%，矿物粘粒（蛭石，颗粒大小过200目筛）6%，糖蜜5.2%，EM菌液（市售）0.8%。

本发明有效微生物培养基质按下列步骤生产得到：

（1）将活性炭、植物纤维、矿物粘粒、糖蜜按比例搅拌混合均匀，组成发酵混合料；

（2）将EM菌液用去离子水按1:500倍稀释，加入到发酵混合料中混匀，再用去离子水将混合物料的含水量调节到60-65%，然后将混合物料建堆发酵，发酵时间为：夏季和秋季为7-10天，春季和冬季为15-20天；最后得到含水率为25-40%有效微生物培养基质。

本发明的多用途聚氨酯有效微生物固化载体制备方法如下：

A、多元醇组份制备：将聚醚多元醇、聚酯多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂，按配比混合，温度保持在20-35℃，在容器内充分混合均匀，制得多元醇组份；

B、向有效微生物培养基质中加入步骤A的多元醇组份中，搅拌10-15分钟，充分混合，再加入异氰酸酯，计时搅拌10-20秒，倒入模具中，在温度20-35℃条件下静止20-30分钟后脱模，再把脱模后产品放置在20-50℃通风、相对湿度小于40%的环境下熟化24-48小时后得到产品。

具体制备例1

第一步，聚醚-聚酯多元醇组份制备：将聚醚多元醇（型号3050）100克，端氨基聚醚多元醇（型号JEFFAMINED-400）50克，聚酯多元醇55克，三乙烯二胺3.5克，硅油8.5克，去离子水100克分别放入容器中，在25℃温度下，搅拌混合，在容器内充分混合均匀，制得聚醚-聚酯多元醇组份。

第二步，微生物培养基质材料组分制备：将150克活性炭、150克植物纤维、20克珍珠岩、20克糖蜜搅拌混合，将3克EM原液用去离子水按1:500倍稀释，再加入、搅拌混合到发酵混合料中，再用去离子水将混合料的含水量调节到60%，搅拌3分钟，将混合物料堆放在开口的水泥槽中发酵，在夏天发酵7天，最后得到含水率为28%有效微生物培养基质。

第三步，将步骤二得到的微生物培养基质材料组分加入步骤一制得的聚醚-聚酯多元醇组份中，搅拌15分钟，充分混合，再加入异氰酸酯（TDI-100）270克，计时搅拌，10秒后，将混合物倒入正方形模具中，在温度25℃条件下静止20分钟后脱模，再把脱模后产品放置在25℃、相对湿度30%的通风环境下熟化28小时后得到产品。

本制备例中聚醚多元醇牌号为山东蓝星东大化工有限责任公司，型号3050；端氨基聚醚多元醇美国亨斯迈（Huntsman）公司，型号JEFFAMINED-400；聚酯多元醇为磺酸盐改性聚酯多元醇，北京佰源化工有限公司生产，型号BY3301。三乙烯二胺，上海试剂厂，型号：CP；聚醚改性硅油，山东大易化工有限公司，型号DY-ET10；活性炭为竹质活性炭，比表面积为550m²/g，大小过80目筛；植物纤维为长度小于2毫米的竹纤维（市售）；甲苯二异氰酸酯为德国拜尔，型号TDI-100；有效微生物（EM）原液为山东康宝兴肥业有限公司生产。珍珠岩为缙云县珍珠岩膨胀厂生产，过200目筛。

本制备例生产的植物培育的生物炭聚氨酯复合材料容重0.31g/cm3，孔隙度74%，复合材料有效微生物达到8亿个/g以上，同时，能在养分富集化的水体中快速增长，清洁水体中的无机氮、无机磷，分解水体中的有机质。

具体制备例2

第一步，聚醚-聚酯多元醇组份制备：将聚醚多元醇（型号DEP455S）100克，端氨基聚醚多元醇（型号D-400）50克，聚酯多元醇70克，三乙烯二胺3.5克，硅油8.5克，去离子水100克分别放入容器中，在25℃温度下，搅拌混合，在容器内充分混合均匀，制得聚醚-聚酯多元醇组份。

第二步，微生物培养基质材料组分制备：将170克活性炭、170克植物纤维、23克珍珠岩、20克糖蜜搅拌混合，将3克EM原液用去离子水按1:500倍稀释，再加入、搅拌混合到发酵混合料中，再用去离子水将混合料的含水量调节到60%，搅拌5分钟，将混合物料堆放在开口的水泥槽中发酵，在秋天发酵15天，最后得到含水率为35%有效微生物培养基质。

第三步，将步骤二得到的微生物培养基质材料组分加入步骤一制得的聚醚-聚酯多元醇组份中，搅拌15分钟，充分混合，再加入异氰酸酯（TDI-100）250克，计时搅拌，15秒后，将混合物倒入正方形模具中，在温度25℃条件下静止20分钟后脱模，再把脱模后产品放置在25℃、相对湿度30%的通风环境下熟化30小时后得到产品。

本制备例的聚醚多元醇牌号为淄博德信联邦化学工业有限公司，型号DEP455S；端氨基聚醚多元醇无锡阿科力科技股份有限公司，型号D-400；三乙烯三胺，美国亨斯曼；聚酯多元醇为磺酸盐改性聚酯多元醇，北京佰源化工有限公司生产，型号BY3306；聚醚改性硅油，上海晏迪新材料科技有限公司，型号:YD-3701。三乙烯二胺，上海试剂厂，型号：CP；聚醚改性硅油，山东大易化工有限公司，型号DY-ET10；活性炭为竹质活性炭，比表面积为350m²/g，大小过100目筛；植物纤维为长度小于2毫米的椰壳纤维；甲苯二异氰酸酯为德国拜尔，型号TDI-80；有效微生物（EM）原液为山东康宝兴肥业有限公司生产。珍珠岩为缙云县珍珠岩膨胀厂生产，过200目筛。

本制备例生产的植物培育的生物炭聚氨酯复合材料容重0.42g/cm3，孔隙度54%，复合材料有效微生物达到8亿个/g，同时，能在养分富集化的水体中快速增长，清洁水体中的无机氮、无机磷，分解水体中的有机质。该基质材料又十分适合植物根系的生长，可用于植物水培。

本发明的聚氨酯有效微生物固化载体能使微生物产生很强的繁殖性（每毫升中繁殖出上百万的微生物），能快速减少水体中BOD5(生物耗氧量)、COD(化学耗氧量)、TSS(固体悬浮物)，对氨氮和磷有很强的去除能力；能在治理污水的同时，清除淤泥，去除池塘中的恶臭。通常能在3-7天内消除臭味（气温在摄氏12-45度之内），治理的同时不再产生淤泥，污染的河湖不需清淤，清理效果长期稳固；处理污水和淤泥时间短。聚氨酯有效微生物固化载体在治理河道等自然水体，不需要任何化学剂，所选用的所有微生物都是来自于自然界，没有基因改变的菌种，没有致病和产生变异的危险。处理后的污水无二次污染，所产生的微生物自然死亡，水中没有BOD(生物耗氧量)，则微生物失去存活能源，自然减少，成为二氧化碳和水，不对环境和生物产生任何伤害。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于：由以下重量份计的原料组分混合制成：聚醚多元醇15-30份，聚酯多元醇5-15份，异氰酸酯20-35份，催化剂0.31-0.40份，泡沫稳定剂0.8-1.0份，发泡剂5-15份，有效微生物培养基质以干重计30-50份。

2.根据权利要求1所述的一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于：所述聚醚多元醇由一种端胺基聚醚多元醇与二羟基聚醚多元醇、三羟基聚醚多元醇中的一种或两种组合而成。

3.根据权利要求1所述的一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于：所述聚酯多元醇为磺酸盐改性聚酯多元醇，分子量1200-3500g/mol，羟值25-80mgKOH/g。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于：所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六甲基二异氰酸酯中的一种或几种组合。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于：所述催化剂为三乙烯二胺、三乙醇胺中的一种；所述泡沫稳定剂为硅油；所述发泡剂为去离子水。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于：所述有效微生物培养基质的原料按质量百分比计由以下成分混合制成：活性炭35-49%，植物纤维35-49.5%，矿物粘粒5-10%，糖蜜5-10%，EM菌液0.5-1.0%。

7.根据权利要求6所述的一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于：所述的活性炭为比表面积大于300m²/g的植物源活性炭；所述植物纤维为木纤维、椰壳纤维、竹纤维、泥炭纤维中的一种或几种的组合，植物纤维的长度小于2毫米。

8.根据权利要求6所述的一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于：所述的矿物粘粒为珍珠岩、蛭石、蒙脱石、硅藻土中的一种或几种的组合。

9.根据权利要求6所述的一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于：有效微生物培养基质按下列步骤生产得到：

（1）将活性炭、植物纤维、矿物粘粒、糖蜜按比例搅拌混合均匀，组成发酵混合料；

（2）将EM菌液用去离子水稀释后，加入到发酵混合料中混匀，再用去离子水将混合物料的含水量调节到60-65%，然后将混合物料建堆发酵，发酵时间为：夏季和秋季为7-10天，春季和冬季为15-20天；最后得到含水率为25-40%有效微生物培养基质。

10.根据权利要求1所述的一种多用途聚氨酯有效微生物固化载体，其特征在于，制备方法如下：

A、多元醇组份制备：将聚醚多元醇、聚酯多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂，按配比混合，温度保持在20-35℃，在容器内充分混合均匀，制得多元醇组份；

B、向有效微生物培养基质中加入步骤A的多元醇组份中，搅拌10-15分钟，充分混合，再加入异氰酸酯，计时搅拌10-20秒，倒入模具中，在温度20-35℃条件下静止20-30分钟后脱模，再把脱模后产品放置在20-50℃通风、相对湿度小于40%的环境下熟化24-48小时后得到产品。