微生物发酵法合成生物抑尘剂的试验研究

王和堂^1,2，贺胜^2,3，章琦^1,2，赵侠^1,2

1. 中国矿业大学矿山瓦斯粉尘灾害技术基础研究国家级专业中心实验室2. 中国矿业大学安全工程学院3. 清华大学工程物理系

摘 要：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。

关键词：粉尘防治;生物抑尘;微生物发酵;合成;抑尘剂;表面活性;润湿性能;