一种生物高分子抑尘剂的制备方法

摘要

本发明提供了一种新型生物高分子抑尘剂的制备方法，其包括按顺序进行的以下步骤：（1）制备葡聚糖蔗糖酶液，包括制备活化培养基、制备产霉培养基、细菌活化、细菌发酵、产酶、酶的分离与纯化的步骤；（2）制备所述绿色生物高分子抑尘剂的一级初产物，包括配制蔗糖溶液、合成反应等步骤；（3）制备所述绿色生物高分子抑尘剂的终产品，包括将得到的一级初产物与低聚糖溶液混合，以及将所述二级初产物与石蜡乳液的混合，最终形成所述生物高分子抑尘剂终产品。本发明制备出的抑尘剂具有良好的溶解性、适中的粘度、强的渗透性、成本较低、性质稳定、使用安全、绿色环保且可生物降解的特点。

权利要求

1.一种生物高分子抑尘剂的制备方法，其特征在于包括按顺序进行的以下步骤：[步骤1]制备葡聚糖蔗糖酶液：

a1.制备活化培养基：其配方为以下质量百分含量的组分：蔗糖2.0％，酵母粉0.25％，蛋白胨0.5％，磷酸氢二钾1％，氯化钠0.05％，硫酸高铁0.02％，余量为去离子水；调节pH至7.0-7.4，121℃下灭菌30分钟，冷却至25℃±2℃备用；

b1.制备产酶培养基：其配方为以下质量百分含量的组分：蔗糖2.5％，酵母膏1.0％，蛋白胨0.5％，磷酸氢二钾0.5％，氯化钠0.05％，硫酸高铁0.02％，硫酸镁0.01％，余量为去离子水；调节pH至6.8-7.2，121℃下灭菌30分钟，冷却备用；

c1.细菌活化：将4℃冰箱中培养于固体斜面上的明珠串球菌，接种于所制备的活化培养基中，80rpm、26℃下活化培养12h；

d1.细菌发酵、产酶：以活化培养的菌液与发酵培养液的体积比为0.5％的比例，将活3

化培养的菌液无菌操作接种于所制备的产酶培养基中，以每立方米培养基通入1-2m的标准通入消毒空气，60rpm、28℃下发酵22-25小时，至pH下降至5.2-5.4、酶活力达到高峰时停止发酵；

e1.酶的分离与纯化：将上述步骤d1中的发酵液通过离心沉淀技术除去细菌，收集上清液，依次经过沉淀、透析、吸附得到纯的葡聚糖蔗糖酶液；或者直接用聚乙二醇萃取，分离得到初提纯的葡聚糖蔗糖酶液，4℃下储存备用；

[步骤2]制备所述绿色生物高分子抑尘剂的一级初产物：

a2.配制蔗糖溶液：以白砂糖为原料，用无菌纯水溶解成质量分数为15％-25％的糖溶液，泵入反应釜中；

b2.用30％醋酸缓冲液调节反应釜内溶液pH至5.2-5.4；

c2.对反应釜进行90-100℃、15-30min消毒处理，获取无菌环境；

d2.往反应釜中添加步骤[1]中所制备的葡聚糖蔗糖酶液，添加葡聚糖蔗糖酶液和步骤a2中的糖溶液体积比为1.75％-2.92％，其中葡聚糖蔗糖酶液的酶活力值为456-480IU/ml；

e2.用10％醋酸缓冲液调节反应釜内溶液pH至5.2-5.4；

f2.控制搅拌转速30-100rpm、温度20-26℃，合成反应进行20-35h，以反应产物的粘度为反应终止参考；

g2.待反应终止时，加热反应釜至80-90℃，维持1h，然后降温至40℃以下，使葡聚糖蔗糖酶失活，得到所述绿色生物高分子抑尘剂的一级初产物，其质量浓度为15-25％；

h2.一级初产物经过真空浓缩系统，浓缩得到质量浓度范围在15-35％的一级初产物；

[步骤3]制备所述绿色生物高分子抑尘剂的终产品：

将所述步骤[2]中得到的质量浓度为15-35％的一级初产物与质量浓度为70％的低聚糖溶液混合，后者与前者混合体积比例在0/2-1/2之间，形成所述生物高分子抑尘剂的二级初产物；

将所述二级初产物稀释至质量浓度为0.5-2％的范围，再与石蜡乳液混合，后者与前者的混合体积比例在1/50-1/200之间，最终形成所述生物高分子抑尘剂终产品。

说明书

一种生物高分子抑尘剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及环境污染治理技术领域，特别是一种抑尘剂，尤其是一种新型绿色生物高分子抑尘剂的制备方法。

背景技术

[0002] 粉粒体在输送及加工过程中受到诱导空气流、室内通风造成的流动空气及设备运动部件转动生成的气流，会发生扩散形成扬尘。引起扬尘的原因主要有三：

[0003] 1.粉尘源干燥，易氧化，是表面颗粒变小从而形成粉末状；

[0004] 2.处于裸露或自然风化状态；

[0005] 3.外界无防风阻挡装置，受风力影响。

[0006] 扬尘颗粒物的粒径较小，且极易飞扬，一旦受到外力作用就可再次进入空气，因此扬尘在城市空气总悬浮颗粒物中占相当大的比例，是造成城市空气颗粒物污染的首要因素。长期吸入扬尘会对呼吸道及肺部造成危害，如小于5μm的粉尘微粒可以进入肺部，尤其是小于2.5μm的尘粒可以沉积在肺泡内。医学表明，长期吸入二氧化硅尘粒，硅肺病的发病率明显升高。另外，粉尘颗粒小，比表面积大，因受到各种污染，更易富积大量有害元素如Hg、Cr、Pb、Cu、As以及有害有机物如多环芳烃等，长期生活在含有一定浓度有害元素和有机物的游离态硅灰的空气中，易引起慢性中毒，产生纤维肺甚至恶性肿瘤。另外，空气中的细小颗粒物不但可以降低城市大气能见度，还会造成光化学烟雾、酸雨、气候变暖等环境问题。PM2.5就是导致城市能见度下降的祸首，增加了交通隐患，随着现代城市机动车辆数量的巨增，也极易导致交通事故。

[0007] 为防治扬尘，目前国内外已报道出洒水抑尘、固体/液体吸湿剂抑尘、抑尘剂抑尘、吸水树脂抑尘、粘尘剂抑尘及防尘布覆盖法等多种方式，其中抑尘剂抑尘法由于药剂种类繁多、使用成本适当、抑尘效果佳等优点，被广泛应用于各抑尘领域。

[0008] 近年来，各国在抑尘剂研究方面取得了许多成果，美国的Coherex、南非的Con-aid、波兰的卡波、前苏联的乌尼威尔辛乳状液抑尘剂、英国的Wesling-120抑尘剂、中国彭兴文等研制的树脂抑尘剂、姚树生等人的块煤生产粘尘剂、陈文海等人的矿山高效抑尘剂等等。但相对于目前扬尘污染现状来讲，抑尘剂的基础研究还有较大差距，特别是我国对抑尘剂的开发和应用起步较晚，必须加大投资力度。目前国内常用的抑尘剂种类主要有以下三种：

[0009] 1.羧甲基纤维素类：密度较小，溶解时粘度较大，雾化效果较差，且需要配合其他物质如凝结因子、吸湿因子等使用；

[0010] 2.有机硅胶树脂类：溶解性差，需要先进行预溶解（溶胀），极易发生结团，溶解后粘度极高，喷洒时易堵塞喷头、雾化效果差，且渗透性不佳，结壳厚度小；

[0011] 3.聚丙烯酰胺类：性质同有机硅胶树脂类相似，且不环保，难生物降解，存在二次污染。

[0012] 受抑尘剂产品溶解性、雾化效果、渗透性以及产品环保性等各方面因素的影响，目前国内常用的几种抑尘剂产品在实际操作时均存在一定问题。因此，研发出一种绿色环保、溶解性好、操作方便、效果佳且使用成本恰当的抑尘剂产品成为极为迫切的课题。

发明内容

[0013] 为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种新型生物高分子抑尘剂的制备方法，其制备出的抑尘剂具有良好的溶解性、适中的粘度、较强的渗透性、成本较低、性质稳定、使用安全、绿色环保且可生物降解的特点。

[0014] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型生物高分子抑尘剂的制备方法，包括按顺序进行的以下步骤：

[0015] [步骤1]制备葡聚糖蔗糖酶液：

[0016] a1.制备活化培养基：其配方为以下质量百分含量的组分：蔗糖2.0％，酵母粉0.25％，蛋白胨0.5％，磷酸氢二钾1％，氯化钠0.05%，硫酸高铁0.02%，余量为去离子水；调节pH至7.0-7.4，121℃下灭菌30分钟，冷却至25℃±2℃备用；

[0017] b1.制备产酶培养基：其配方为以下质量百分含量的组分：蔗糖2.5％，酵母膏1.0％，蛋白胨0.5％，磷酸氢二钾0.5％，氯化钠0.05%，硫酸高铁0.02%，硫酸镁0.01%，余量为去离子水；调节pH至6.8-7.2，121℃下灭菌30分钟，冷却备用；

[0018] c1.细菌活化：将4℃冰箱中培养于固体斜面上的明珠串球菌，接种于所制备的活化培养基中，80rpm、26℃下活化培养12h；

[0019] d1.细菌发酵、产酶：以活化培养的菌液与发酵培养液的体积比为0.5%的比例，将3
活化培养的菌液，无菌操作接种于所制备的产酶培养基中，以每立方米培养基通入1-2m的标准通入消毒空气，60rpm、28℃下发酵22-25小时，至pH下降至5.2-5.4、酶活力达到高峰时停止发酵；

[0020] e1.酶的分离与纯化：将上述步骤d1中的发酵液通过离心沉淀技术除去细菌，收集上清液，依次经过沉淀、透析、吸附得到纯的葡聚糖蔗糖酶液；或者直接用聚乙二醇萃取，分离得到初提纯的葡聚糖蔗糖酶液，4℃下储存备用；

[0021] [步骤2]制备所述绿色生物高分子抑尘剂的一级初产物：

[0022] a2.配制蔗糖溶液：以白砂糖为原料，用无菌纯水溶解成质量分数为15%-25%的糖溶液，泵入反应釜中；

[0023] b2.用30%醋酸缓冲液调节反应釜内溶液pH至5.2-5.4；

[0024] c2.对反应釜进行90-100℃、15-30min消毒处理，获取无菌环境；

[0025] d2.往反应釜中添加步骤[1]中所制备的葡聚糖蔗糖酶液，添加葡聚糖蔗糖酶液和步骤a2中的糖溶液体积比为1.75%-2.92%，其中葡聚糖蔗糖酶液的酶活力值为456-480IU/ml；

[0026] e2.用10%醋酸缓冲液调节反应釜内溶液pH至5.2-5.4；

[0027] f2.控制搅拌转速30-100rpm、温度20-26℃，合成反应进行20-35h，以反应产物的粘度为反应终止参考;

[0028] g2.待反应终止时，加热反应釜至80-90℃，维持1h，然后降温至40℃以下，使葡聚糖蔗糖酶失活，得到所述绿色生物高分子抑尘剂的一级初产物，其质量百分浓度为15-25%；

[0029] h2.一级初产物经过真空浓缩系统，浓缩得到质量浓度范围在15-35%的一级初产物；

[0030] [步骤3]制备所述绿色生物高分子抑尘剂的终产品：

[0031] a3.将步骤[2]中得到的质量百分浓度为15-35%的一级初产物与质量百分浓度为70%的低聚糖溶液混合，后者与前者混合体积比例在0/2-1/2之间，形成所述生物高分子抑尘剂的二级初产物；

[0032] b3.将所述二级初产物稀释至质量浓度为0.5-2%的范围，再与石蜡乳液混合，后者与前者的混合体积比例在1/50-1/200之间,最终形成所述生物高分子抑尘剂终产品。

[0033] 本发明的积极效果：本发明以蔗糖为原料，生产得到的抑尘剂产品为多聚糖溶液，在环保性能上明显优于有机硅胶树脂类和聚丙烯酰胺类产品，不仅无毒无害无异味，还可生物降解，对物料不存在二次污染。因此，在材料环保性方面，相对有机硅胶树脂类和聚丙烯酰胺类产品有显著进步。

[0034] 本发明中，其所述一级初产物是终产品的主要构成，粘度在3000-8000cPs，粘度适中，流动性好，不会因为粘度太高、流动性差而造成喷雾阻力大、喷雾效果不佳；也不会因为粘度太低而导致粘结性能低下。相比有机硅胶树脂类以及聚丙烯酰胺类产品有显著进步。本发明产品为液体，使用之前稀释操作极为方便，可利用泵的冲击作用与水混匀，不需要在搅拌设备上进行大的投资，减少了使用者的初期成本。相比于有机硅胶树脂类以及聚丙烯酰胺类产品等的溶解性，有了显著提高。

[0035] 本发明涉及不同构成组分对疏水性能、粘结性能及渗透性能的互补增效作用，相比于羧甲基纤维素类产品等的单一功能，有了更全面的提升，具有显著的进步。

附图说明

[0036] 图1是本发明所述生物高分子抑尘剂的制备流程示意图。

具体实施方式

[0037] 下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

[0038] 参照图1，本发明优选实施例的提供一种新型生物高分子抑尘剂的制备方法，包括按顺序进行的以下步骤：

[0039] [步骤1]制备葡聚糖蔗糖酶液：

[0040] a1.制备活化培养基：其配方为以下质量百分含量的组分：蔗糖2.0％，酵母粉0.25％，蛋白胨0.5％，磷酸氢二钾1％，氯化钠0.05%，硫酸高铁0.02%，余量为去离子水；调节pH至7.0-7.4，121℃下灭菌30分钟，冷却至25℃±2℃备用；

[0041] b1.制备产酶培养基：其配方为以下质量百分含量的组分：蔗糖2.5％，酵母膏1.0％，蛋白胨0.5％，磷酸氢二钾0.5％，氯化钠0.05%，硫酸高铁0.02%，硫酸镁0.01%，余量为去离子水；调节pH至6.8-7.2，121℃下灭菌30分钟，冷却备用；

[0042] c1.细菌活化：将4℃冰箱中培养于固体斜面上的明珠串球菌，接种于所制备的活化培养基中，80rpm、26℃下活化培养12h；

[0043] d1.细菌发酵、产酶：以活化培养的菌液与发酵培养液的体积比为0.5%的比例，将3
活化培养的菌液无菌操作接种于所制备的产酶培养基中，以每立方米培养基通入1-2m的标准通入消毒空气，60rpm、28℃下发酵24小时左右，至pH下降至5.3左右、酶活力达到高峰时停止发酵；

[0044] e1.酶的分离与纯化：将上述步骤d1中的发酵液通过离心沉淀技术除去细菌，收集上清液，依次经过沉淀、透析、吸附得到纯的葡聚糖蔗糖酶液；或者直接用聚乙二醇萃取，分离得到初提纯的葡聚糖蔗糖酶液，4℃下储存备用；

[0045] [步骤2]制备所述绿色生物高分子抑尘剂的一级初产物：

[0046] a2.配制蔗糖溶液：以白砂糖为原料，用无菌纯水溶解成质量分数为15%-25%的糖溶液，泵入反应釜中；

[0047] b2.用30%醋酸缓冲液调节反应釜内溶液pH至5.2-5.4；

[0048] c2.对反应釜进行90-100℃、15-30min消毒处理，获取无菌环境；

[0049] d2.往反应釜中添加步骤[1]中所制备的葡聚糖蔗糖酶液，添加葡聚糖蔗糖酶液和步骤a2中的糖溶液体积比为1.75%-2.92%，其中葡聚糖蔗糖酶液的酶活力值为456-480IU/ml；

[0050] e2.用10%醋酸缓冲液调节反应釜内溶液pH至5.2-5.4；

[0051] f2.控制搅拌转速30-100rpm、温度20-26℃，合成反应进行20-35h，以反应产物的粘度为反应终止参考;

[0052] g2.待反应终止时，加热反应釜至80-90℃，维持1h，然后降温至40℃以下，使葡聚糖蔗糖酶失活，得到满足一定分子量和粘度要求的所述绿色生物高分子抑尘剂的一级初产物，其质量浓度范围为15-25%；

[0053] h2.一级初产物经过真空浓缩系统，浓缩得到质量浓度范围在15-35%的一级初产物；

[0054] [步骤3]制备所述绿色生物高分子抑尘剂的终产品：

[0055] a3.将步骤[2]中得到的质量浓度为15-35%的一级初产物与质量浓度为70%的低聚糖溶液混合，后者与前者混合体积比例在0/2-1/2之间，形成所述生物高分子抑尘剂的二级初产物；优选的，所述70%低聚糖溶液为汉邦公司生产生物絮凝剂过程中的副产物，是一种红褐色粘稠液体，有轻微甜味，内含果糖和不同碳数目的低聚葡聚糖，低聚糖溶液的作用是提高抑尘剂产品的粘结性和渗透性，增强抑尘效果；

[0056] b3.将所述二级初产物稀释至质量浓度为0.5-2%的范围，再与石蜡乳液混合，后者与前者的混合体积比例在1/50-1/200之间,最终形成所述生物高分子抑尘剂终产品。石蜡乳液是一种白色乳液，有轻微香味，可与二级初产物以任意比例互溶，在绿色生物高分子抑尘剂中的作用为疏水防雨。实际使用之前，二级初产物与石蜡乳液分别存放。

[0057] 实例一：

[0058] （1）配制100ml活化培养基：称取蔗糖2g，酵母粉0.25g，蛋白胨0.5g，磷酸氢二钾1g，氯化钠0.05g，硫酸高铁0.02g，溶解于蒸馏水中，调节pH值7.2，定容至100ml。利用高压蒸汽灭菌锅121℃条件下灭菌30分钟，灭菌结束后，取出冷却至25℃备用。

[0059] 配制5000ml产酶培养基：称取蔗糖125g，酵母膏50g，蛋白胨25g，磷酸氢二钾25g，氯化钠2.5g，硫酸高铁1.0g，硫酸镁0.5g，溶解于蒸馏水中，调节pH值7.0，定容至
5000ml，利用高压蒸汽灭菌锅121℃条件下灭菌30分钟，灭菌结束后，取出冷却至25℃备用；

[0060] （2）在无菌工作台内，将4℃冰箱中培养于固体斜面上的明珠串球菌，接种于100ml活化培养基中，80rpm、26℃下活化培养12h。取活化菌液25ml，无菌操作接种于
3
5000ml产酶培养基中，以每立方米培养基通入1.5m的标准通入消毒空气，60rpm、28℃下发酵24小时左右。此时测定pH为5.3、酶活力为460IU/ml；

[0061] （3）停止发酵，收集发酵液，上离心机，于2000rpm转速下分离菌体与清液，收集到上层清液3500ml，待进一步提纯；

[0062] （4）往上层清液中加入2000ml聚乙二醇,充分混匀后，静置30min，废弃下层聚乙二醇相，收集上层液约200ml，为初步提纯的葡聚糖蔗糖酶液，保存于4℃冰箱备用；

[0063] （5）称取白砂糖900g，用无菌纯水溶解成质量浓度为15%糖溶液，定容至6L，置于10L反应釜中；

[0064] （6）使用30%醋酸缓冲液调节反应釜内溶液的pH值至5.2；

[0065] （7）对反应釜进行100℃加热灭菌15min；

[0066] （8）往反应釜中添加葡聚糖蔗糖酶液（酶活力值为460IU/ml）150ml；

[0067] （9）用10%醋酸缓冲液调节反应釜内溶液的pH至5.2；

[0068] （10）控制反应温度23℃、搅拌转速50rpm，合成反应进行25h；

[0069] （11）25h小时后，对反应釜进行90℃加热，维持1h后，降温至30℃，此时葡聚糖蔗糖酶失活，合成反应彻底终止，得到质量浓度为15%的一级初产物，其粘度为3000cPs；

[0070] （12）将得到的质量浓度为15%的一级初产物与70%低聚糖溶液混合，按照后者与前者体积比为1:5均匀混合，形成所述生物高分子抑尘剂的二级初产物。

[0071] （13）在实际使用过程中，二级初产物稀释至所需质量浓度，如1%，再与石蜡乳液混合，后者与前者的混合体积比例为1:100，形成所述生物高分子抑尘剂终产品，使用雾化设备喷洒使用。

[0072] 实例二：

[0073] (1)配制活化培养基1000ml：称取蔗糖20g，酵母粉2.5g，蛋白胨5g，磷酸氢二钾10g，氯化钠0.5g，硫酸高铁0.2g，溶解于蒸馏水中，调节pH值7.4，定容至1000ml。利用高压蒸汽灭菌锅121℃条件下灭菌30分钟，灭菌结束后，取出冷却至25℃备用；

[0074] 配制产酶培养基100L：称取蔗糖2500g，酵母膏1000g，蛋白胨500g，磷酸氢二钾500g，氯化钠50g，硫酸高铁20g，硫酸镁10g，溶解于蒸馏水中，调节pH值至7.2，定容至
100L，121℃条件下灭菌25分钟，冷却备用；

[0075] (2)在无菌工作台内，将4℃冰箱中培养于固体斜面上的明珠串球菌，接种于1000ml活化培养基中，80rpm、26℃活化培养12h。取活化菌液500ml，无菌操作接种于100L产酶培养基中，通入少量消毒空气，60rpm、28℃发酵24小时左右。此时测定pH值为5.3、酶活力为477IU/ml；

[0076] (3)停止发酵，收集发酵液于2000rpm转速下离心，分离菌体与清液，得到上层清液75L；

[0077] (4)往上层清液中缓慢加40%硫酸铵溶液，边添加边搅拌，至沉淀物不再增多时，停止添加硫酸铵，静置30min；

[0078] (5)取底层沉淀，复溶解于30%醋酸钠溶液中，至完全溶解后，置于透析袋内，将透析袋置于盛有30%醋酸钠溶液的罐内，透析24h；

[0079] (6)透析结束后，取出透析袋，将其中的溶液依次经过羟磷灰石柱层析和葡聚糖凝胶过滤层析，得到纯的葡聚糖蔗糖酶液3L，保存于4℃冰箱备用。

[0080] (7)称取白砂糖20kg，用无菌纯水溶解成20%糖溶液，定容至100L，置于500L的反应釜中；

[0081] (8)使用30%醋酸缓冲液调节反应釜内溶液的pH值至5.4；

[0082] (9)对反应釜进行95℃加热灭菌20min；

[0083] (10)往反应釜中添加葡聚糖蔗糖酶液（酶活力为477IU/ml）1.75L；

[0084] (11)使用10%醋酸缓冲液调节反应釜内溶液的pH至5.4；

[0085] (12)控制反应温度26℃、搅拌转速70rpm，合成反应进行29h；

[0086] (13)29h小时后，对反应釜进行85℃加热，1h后降温至30℃，此时葡聚糖蔗糖酶失活，合成反应彻底终止，得到一级初产物质量浓度为20%，粘度为6000cPs；

[0087] (14)将得到的质量浓度为20%的一级初产物经过真空浓缩系统，进一步浓缩得到质量浓度为35%的一级初产物；

[0088] (15)将浓度为35%的一级初产物与70%低聚糖溶液，按照后者与前者混合体积比为1:2均匀混合，形成所述生物高分子抑尘剂的二级初产物；

[0089] (16)在实际使用过程中，二级初产物稀释至所需质量浓度，如2%，再与石蜡乳液混合，后者与前者的混合体积比例为1:150，形成所述生物高分子抑尘剂终产品，使用雾化设备喷洒使用。

[0090] 以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。