CN109666669A - 一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法及使用方法，属于粉尘抑爆剂的制备技术领域。该方法首先通过对碳酸盐矿化菌进行优化培养，选取脲酶活性较高的细菌制成休眠体芽孢，同时添加胶质芽孢杆菌休眠体芽孢，然后选取营养底物、氯化钙和尿素作为芯材填料，将双菌种芽孢和培养基填料混合在一起用造粒机挤压成型，形成芯材组分。选取多孔硅藻土作为壁材，使芯材组分被多孔硅藻土吸附形成微胶囊。将该微生物胶囊播撒在堆积的粉尘中，微生物胶囊壁材受力触发释放出碳酸岩矿化菌，矿化菌在体内脲酶作用下分解尿素生成碳酸根，并不断螯合钙离子形成碳酸钙。该方法制备得到的微胶囊具有较好的抑爆效果，且能最大程度的降低环境污染。

Description

一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法及使用方法

技术领域

本发明涉及粉尘抑爆剂的制备技术领域，具体涉及一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法及使用方法。

背景技术

随着现代工业生产中对可燃粉体的加工处理量的增加，各种可燃粉体处理工序，尤其是采煤过程中产生的高爆煤尘极易堆积形成粉尘***的危险源。粉尘***的破坏范围广，容易形成二次***，危害程度高于气体***，局部***引起的地面积尘扬起的危害更加应该受到重视。隔爆和抑爆的技术措施是切断此类危险源发展的事故链条的重要手段。

目前，本领域的研究者们主要通过添加抑爆剂等对粉尘***进行预防和隔断，抑制粉尘***导致的二次***等，常选用的抑爆材料有卤代烷、尿素、二氧化硅、碳酸氢钠、磷酸二氢铵、碳酸钙等，这些抑爆材料能够在一定程度上遏制粉尘***的***压力和压力上升速率，然而现有的研究没有考虑到一般工业粉尘的粒子直径低于425μm，尤其是高爆煤尘粒径一般小于850μm，粉尘粒子比表面积的增大会大大增强可燃粉尘的化学活性，***反应速度会更快，而普通颗粒的抑爆剂并不能很好的隔离粉尘粒子和空气的接触，无法形成有效的物理隔离层，对自由基的吸收效果也不理想，势必会造成抑爆效果大打折扣，而且现有的一些抑爆剂材料容易造成环境污染。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法及使用方法，该方法可以利用细菌诱导生成的微米级碳酸钙包覆粉尘颗粒从而抑制***，具有较好的抑制效果，且能最大程度的降低环境污染。

为实现上述目的，本发明的任务之一在于提供一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法。

其所采用的技术方案为；

一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法，依次包括以下步骤：

a筛选碳酸盐矿化菌进行细菌培养，对碳酸盐矿化菌诱导产生碳酸钙晶体沉积的过程进行调控；具体调控因素包括：PH值、钙离子浓度、尿素浓度、营养物浓度等培养条件，调控步骤为采取单因素实验的方法，分别配置PH值、钙离子浓度、尿素浓度、营养物浓度梯度变化的多组菌液进行培养，通过测定电导率比较各组菌液的初始脲酶活性，通过测定OD值比较各组菌液的细菌存活率，选取生物量和初始脲酶活性最高的一组菌液来制作芯材；

b对碳酸盐矿化菌培养液的菌种生物量进行测定；OD值达到0.1以上即可；

c取固氮菌培养基对胶质芽孢杆菌进行细菌培养，并进行芽孢发酵，离心得到胶质芽孢杆菌菌泥；

d将培养好的碳酸盐矿化菌进行芽孢发酵，芽孢率达到90％以上时进行离心操作，得到碳酸岩矿化菌芽孢菌泥；

e在碳酸岩矿化菌芽孢菌泥中加入步骤c所得胶质芽孢杆菌菌泥，形成双菌种芽孢菌泥，所形成的双菌种芽孢菌泥与营养物、尿素和氯化钙混合均匀，通过造粒机挤压成型，得到芯材微粒；

f称取一定量的多孔硅藻土和芯材微粒，使得芯材微粒被多孔硅藻土包覆形成微胶囊，即得。

作为本发明的一个优选方案，步骤a中，所述的碳酸盐矿化菌为球形芽孢杆菌或巴氏芽孢杆菌，菌种接种量为培养基体积的1％。

作为本发明的另一个优选方案，步骤e中，碳酸岩矿化菌芽孢菌泥与胶质芽孢杆菌菌泥的质量比为2-10：1。

进一步的，步骤e中，双菌种芽孢菌泥与营养物、尿素和氯化钙三者的总质量比为1:10-20。

本发明的另一任务在于提供上述基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法制备得到的粉尘抑爆剂的使用方法，将制成的微胶囊撒播在堆积的煤粉中，遇外力震动作用时，胶囊破裂，微生物得以释放，从而生成微米级碳酸钙，以微生物为成核位点，紧密包覆粉尘颗粒。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

本发明通过制备以碳酸岩矿化菌和胶质芽孢杆菌双菌种为芯材、以多孔硅藻土为壁材的微胶囊，播撒到地面积尘中，外力作用能够触发微胶囊破裂，释放出双菌种芽孢，碳酸盐矿化菌芽孢萌发并利用体内的脲酶分解尿素生成碳酸钙，碳酸钙的沉积是以细菌为成核位点的，能够紧密包覆小粒径的粉尘颗粒，形成与氧气的隔离层。与此同时，胶质芽孢杆菌芽孢萌发并体外分泌碳酸酐酶，加速碳酸钙的生成，促进粉尘粒子表面碳酸钙的快速包覆效果。该方法充分利用微生物的自然繁殖和脲酶活性，在预防地面积尘尤其是高爆煤尘堆积过程中可能产生的扬尘二次***方面，具有较好的抑爆效果。

该方法受到自然界中微生物天然螯合钙离子自动生成小粒径碳酸钙的启发，对受粉尘二次***威胁的堆积粉尘选择高效抑爆剂具有重要指导意义。根据此方法可以自动生成以粉尘颗粒为核心的包覆碳酸钙，有效解决了人工设计和添加的碳酸钙无法实现粒径尺度微观化的难题，避免传统抑爆剂需要大量添加而造成的资源浪费，最大程度实现对生态环境的保护；

与现有技术中的抑爆剂相比，本发明制备得到的粉尘抑爆剂具有加倍增强抑爆的效果，并具有很好的生态友好性，制备方法简单、成本低等有益效果。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明制备得到的粉尘抑爆剂的使用原理图。

具体实施方式

本发明提出了一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法及使用方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

首先，对本发明所选用的主要原料做以下说明；

碳酸盐矿化菌选自球形芽孢杆菌或巴氏芽孢杆菌等矿化能力突出的菌种。

巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii，属于产脲酶厌氧性细菌)：

球形芽孢杆菌(Bacillus sphaericus，属于产脲酶厌氧性细菌)

本发明所选原料均可通过商业渠道购买获得。

实施例1：

以球形芽孢杆菌为例，对本发明基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂制备方法进行举例说明:

a对球形芽孢杆菌进行细菌培养，对球形芽孢杆菌诱导产生碳酸钙晶体沉积的过程进行调控；具体调控过程为：取LB营养肉汤配制1300mL液体培养基，其中1200mL平均分装在6个锥形瓶中，pH依次调节为7、8、9、10、11和12，肉汤营养液浓度分别调节为5g/L、10g/L、15g/L、20g/L、25g/L和30g/L，灭菌后在超净工作台接种，接种量为培养基体积的1％，置于振荡培养箱28℃温度下振荡培养，24h后采用酶标仪检测微生物数量，检测时所用波长为600nm，所测值用OD600表示，即测定不同pH、不同营养液浓度下的OD值。同时,采用电导率仪对菌液中初始脲酶活性进行测定。

b对球形芽孢杆菌培养液在不同钙离子浓度和尿素浓度条件下的菌种生物量进行测定。其中钙源选择无水氯化钙，钙离子浓度分别调节为0mol/L、0.20mol/L、0.40mol/L、0.60mol/L、0.80mol/L、1.00mol/L，尿素浓度分别调节为0mol/L、0.25mol/L、0.5mol/L、0.75mol/L、1.0mol/L、1.25mol/L和1.5mol/L，采用酶标仪检测微生物数量，检测时所用波长为600nm，所测值用OD600表示,进而判断菌液能否达到诱导产生碳酸钙生成的要求。

c取固氮菌培养基对胶质芽孢杆菌进行细菌培养，并进行芽孢发酵，离心后得到胶质芽孢杆菌菌泥。

d将培养好的球形芽孢杆菌进行芽孢发酵，芽孢率达到90％以上时进行离心操作，得到芽孢菌泥。在球形芽孢杆菌芽孢菌泥中按6:1的质量比加入胶质芽孢杆菌芽孢，所形成的双菌种芽孢菌泥与营养物、尿素和氯化钙按照1:10的质量比混合均匀，通过造粒机挤压成型，得到芯材微粒。

e按2:1的质量比称取多孔硅藻土和芯材微粒，采用真空浸渍法使得芯材微粒被多孔硅藻土包覆形成微胶囊。

实施例2：

与实施例1不同之处在于，步骤d中，在球形芽孢杆菌芽孢菌泥中按2:1的质量比加入胶质芽孢杆菌芽孢。

实施例3：

与实施例1不同之处在于，步骤d中，在球形芽孢杆菌芽孢菌泥中按10:1的质量比加入胶质芽孢杆菌芽孢。

实施例4：

与实施例1不同之处在于，对巴氏芽孢杆菌进行细菌培养，培养基成分为酪蛋白胨15g/L、大豆蛋白胨5g/L、氯化钠5g/L、琼脂20g/L。

本发明制备得到的微胶囊粉尘抑爆剂，将其撒播在堆积的粉尘中，遇外力震动作用时，胶囊破裂，微生物得以释放，从而生成微米级碳酸钙，以微生物为成核位点，紧密包覆粉尘颗粒，同时，壁材部分多孔硅藻土也可以从吸收自由基的角度进行粉尘抑爆。如图1所示，矿化菌对粉尘颗粒具有吸附作用，当矿化菌休眠体从硅藻土中释放出来时，接触空气、高温和水分，萌发恢复产脲酶能力，开始分解尿素生成碳酸根，并不断螯合钙离子生成碳酸钙，同时，胶质芽孢杆菌的萌发会产生体外碳酸酐酶，碳酸酐酶加速碳酸根和钙离子的结合。结合生成的碳酸钙不断沉积在所吸附的粉尘颗粒表面，形成对粉尘颗粒的有效包覆。

上述未述及的部分借鉴现有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

a筛选碳酸盐矿化菌进行细菌培养，对碳酸盐矿化菌诱导产生碳酸钙晶体沉积的过程进行调控；具体调控因素包括：pH值、钙离子浓度、尿素浓度、营养物浓度，调控步骤为采取单因素实验的方法，分别配置pH值、钙离子浓度、尿素浓度、营养物浓度梯度变化的多组菌液进行培养，通过测定电导率比较各组菌液的初始脲酶活性，通过测定OD值比较各组菌液的细菌存活率，选取生物量和初始脲酶活性最高的一组菌液来制作芯材；

b对碳酸盐矿化菌培养液的菌种生物量进行测定，OD值达到0.1以上即可；

c取固氮菌培养基对胶质芽孢杆菌进行细菌培养，并进行芽孢发酵，离心得到胶质芽孢杆菌菌泥；

d将培养好的碳酸盐矿化菌进行芽孢发酵，芽孢率达到90％以上时进行离心操作，得到碳酸岩矿化菌芽孢菌泥；

e在碳酸岩矿化菌芽孢菌泥中加入步骤c所得胶质芽孢杆菌菌泥，形成双菌种芽孢菌泥，所形成的双菌种芽孢菌泥与营养物、尿素和氯化钙混合均匀，通过造粒机挤压成型，得到芯材微粒；

f称取一定量的多孔硅藻土和芯材微粒，使得芯材微粒被多孔硅藻土包覆形成微胶囊，即得。

2.根据权利要求1所述的一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述的碳酸盐矿化菌为球形芽孢杆菌或巴氏芽孢杆菌，菌种接种量为培养基体积的1％。

3.根据权利要求1所述的一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法，其特征在于：步骤e中，碳酸岩矿化菌芽孢菌泥与胶质芽孢杆菌菌泥的质量比为2-10：1。

4.根据权利要求1所述的一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法，其特征在于：步骤e中，双菌种芽孢菌泥与营养物、尿素和氯化钙三者的总质量比为1:10-20。

5.根据权利要求1所述的一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法，其特征在于：步骤f中，多孔硅藻土与芯材微粒的质量比为2:1，采用真空浸渍法使得芯材微粒被多孔硅藻土包覆。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于微生物胶囊的粉尘抑爆剂的制备方法制备得到的粉尘抑爆剂的使用方法，其特征在于：将制成的微胶囊撒播在堆积的煤粉中，遇外力震动作用时，胶囊破裂，微生物得以释放，从而生成微米级碳酸钙，以微生物为成核位点，紧密包覆粉尘颗粒。