交聯(lián)彈性體的生物脫硫技術(shù)及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、廢舊橡膠是重要的可再生資源，生物脫硫是一種新型的廢橡膠再生的方法。本論文涉及使用四種脫硫微生物：氧化亞鐵硫桿菌，硫桿菌，鞘氨醇單胞菌和脂環(huán)酸芽孢桿菌，對(duì)硫黃硫化的天然橡膠膠粉和丁苯橡膠膠粉進(jìn)行生物脫硫。通過全面地研究溫度、酸堿度、攪拌速度和培養(yǎng)基成分等因素對(duì)脫硫微生物生長(zhǎng)的影響，確定了四種脫硫微生物最佳的培養(yǎng)條件。對(duì)脫硫天然橡膠和丁苯橡膠進(jìn)行了表面化學(xué)基團(tuán)分析、元素含量和結(jié)合狀態(tài)分析，初步地探討了脫硫微生物對(duì)膠粉進(jìn)行生物脫硫的可能途徑以

2、及各種脫硫微生物的脫硫機(jī)理的異同。表征并且比較了脫硫膠粉與生膠共混的硫化膠的交聯(lián)密度，力學(xué)性能，應(yīng)力應(yīng)變性能，動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，拉伸斷面及撕裂斷面形貌和斷面上膠粉粒子的形態(tài)等，證明了生物脫硫方法改善了脫硫膠粉在基體橡膠中的分散性，增強(qiáng)了脫硫膠粉與基體橡膠的界面結(jié)合性，提高了脫硫膠粉填充的硫化膠的力學(xué)性能。
　　 1.篩選了脫硫活性較高的氧化亞鐵硫桿菌新菌株YT-1，研究其在含有不同濃度的亞鐵離子的改性9K培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)速度和生物量，

3、確定了脫硫時(shí)適宜的培養(yǎng)基成分。通過對(duì)脫硫天然橡膠和丁苯橡膠的紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)分析，以及檢測(cè)膠粉脫硫時(shí)培養(yǎng)液中的硫酸根濃度的變化，證明了氧化亞鐵硫桿菌對(duì)硫黃硫化的天然橡膠和丁苯橡膠的脫硫機(jī)理符合硫桿菌生物脫硫時(shí)常見的“4S途徑”。脫硫天然膠粉的交聯(lián)密度下降，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到破壞。填充脫硫天然膠粉的硫化膠的力學(xué)性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能提高，說明脫硫膠粉和基體橡膠之間的界面結(jié)合改善。用乙醇對(duì)天然膠粉滅菌明顯提高了氧化

4、亞鐵硫桿菌對(duì)天然膠粉的脫硫效果。兼性異養(yǎng)的氧化亞鐵硫桿菌新菌株YT-1的脫硫效果優(yōu)于嚴(yán)格自養(yǎng)的氧化亞鐵硫桿菌菌株T-1。
　　 2.篩選了多株硫桿菌菌株HB122、HB062和X4等，并測(cè)試了天然膠粉和丁苯膠粉的加入量對(duì)硫桿菌的生物量的影響，確定了脫硫時(shí)適宜加入的膠粉量。FTIR和XPS分析以及Schiff試劑染色實(shí)驗(yàn)證實(shí)了硫桿菌HB122不僅斷裂了硫化橡膠中的的硫磺交聯(lián)鍵，還能夠氧化碳碳雙鍵，生成醛基。硫桿菌HB122對(duì)天然膠

5、粉的脫硫效果優(yōu)于其他2個(gè)硫桿菌菌株。脫硫天然膠粉填充的硫化膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都有明顯的提高。填充脫硫15天的天然膠粉的硫化膠的力學(xué)性能比填充脫硫30天的天然膠粉的硫化膠高。填充脫硫丁苯膠粉的硫化膠的力學(xué)性能提高較小，說明硫桿菌對(duì)丁苯膠粉的脫硫效果不顯著。
　　 3.篩選了一株鞘氨醇單胞菌PL1，考察了天然膠粉和丁苯膠粉的加入量對(duì)其生物量的影響，確定了脫硫時(shí)膠粉的適宜加入量。FTIR和XPS的結(jié)果證明了脫硫天然橡膠表面出現(xiàn)了

6、S=O和C=O基團(tuán)；脫硫丁苯橡膠表面的C=C含量下降。這說明鞘氨醇單胞菌既能氧化橡膠主鏈的C=C雙鍵，生成羧基；又能氧化斷裂硫磺交聯(lián)鍵，產(chǎn)生亞砜、砜以及磺酸基團(tuán)。填充脫硫丁苯膠粉的天然硫化膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都提高。同樣地，填充脫硫丁苯膠粉的丁苯硫化膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率也有明顯的提高。填充脫硫丁苯膠粉的硫化膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和掃描電鏡分析，證實(shí)了脫硫丁苯膠粉與基體橡膠的界面結(jié)合較好。由于界面結(jié)合的增強(qiáng)，填充脫硫丁苯膠粉的硫化膠的耐

7、磨性也有明顯的提高。
　　 4.篩選出了一株嗜熱的脂環(huán)酸芽孢桿菌菌株YS-9。脫硫橡膠的FTIR表明脂環(huán)酸芽孢桿菌能氧化硫磺交聯(lián)鍵，而不會(huì)破壞天然橡膠和丁苯橡膠的C-C鍵和C=C雙鍵。XPS的結(jié)果證明了脫硫橡膠的碳元素沒有發(fā)生氧化反應(yīng)，交聯(lián)鍵被氧化導(dǎo)致了硫元素含量降低，氧元素含量升高。填充脫硫天然膠粉的丁苯硫化膠的交聯(lián)密度降低，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率明增加。同樣的，填充脫硫丁苯膠粉的丁苯硫化膠的交聯(lián)密度下降，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率提