微生物发酵法合成生物抑尘剂的试验研究

抑尘剂(降尘剂)是提高水介质防尘降尘效率的重要途径,但目前煤矿应用的抑尘剂普遍为化学抑尘剂,存在表面活性较低、成本较高,降解性差、对环境有污染等问题。为此,提出研制高表面活性、天然环保的新一代抑尘剂——生物抑尘剂。研发了枯草芽孢杆菌发酵合成生物抑尘剂BDS(Biological Dust Suppressant)的工艺,并采用响应面分析法和Design Expert软件分析了菌株高产的最优发酵条件;采用X射线晶体衍射和红外光谱技术探究了BDS的晶体结构和官能团结构;采用表面张力仪测试BDS溶液的表面张力,研究了其在不同温度、酸碱度和盐度条件下的界面性能和环境耐受能力;采用界面流变仪和扫描电镜测试BDS的润湿性能,并与化学抑尘剂AEO(Al-cohol ethoxylate)进行了比较。结果表明:对枯草芽孢杆菌进行活化、优选和培养可得到含有BDS的发酵液,然后采用酸化沉淀、超声萃取和减压蒸发方法对发酵液进行提纯,即可提取出BDS;在温度A=37.56℃、酸碱度B=7.99、摇床转速C=220 r/min、接种量D=2.17%、装液量E=59.89 mL的发酵条件下,BDS产量最大,达2.09 g/L;BDS结构上表现为各向同性,是一种具有长烷链和多肽结构的非晶体活性物质;BDS的临界胶束质量浓度为30 mg/L,较低的使用浓度即可将水的表面张力降至27 mN/m以下,在较大的环境参数变化范围内(温度≤70℃、酸碱度5～9、Na Cl质量分数≤15%),溶液表面张力仍保持在27～30 mN/m;6 mg/L(1/5临界胶束质量浓度)的BDS溶液与煤尘的接触角仅为11.19°,其润湿能力与500 mg/L(临界胶束质量浓度)的AEO溶液相比提高63.5%,表现出优异的润湿性能。研究工作有望为破解传统抑尘剂面临的表面活性和润湿能力较弱、生物降解性和环保性不足等难题提供借鉴。