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

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,對硫黃硫化的天然橡膠膠粉和丁苯橡膠膠粉進行生物脫硫。通過全面地研究溫度、酸堿度、攪拌速度和培養(yǎng)基成分等因素對脫硫微生物生長的影響,確定了四種脫硫微生物最佳的培養(yǎng)條件。對脫硫天然橡膠和丁苯橡膠進行了表面化學(xué)基團分析、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膠粉進行生物脫硫的可能途徑以及各種脫硫微生物的脫硫機理的異同。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)基中的生長速度和生物量,確定了脫硫時適宜的培養(yǎng)基成分。通過對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,以及檢測膠粉脫硫時培養(yǎng)液中的硫酸根濃度的變化,證明了氧化亞鐵硫桿菌對硫黃硫化的天然橡膠和丁苯橡膠的脫硫機理符合硫桿菌生物脫硫時常見的“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。用乙醇對天然膠粉滅菌明顯提高了氧化亞鐵硫桿菌對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,并測試了天然膠粉和丁苯膠粉的加入量對硫桿菌的生物量的影響,確定了脫硫時適宜加入的膠粉量。FTIR和XPS分析以及Schiff試劑染色實驗證實了硫桿菌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對天然膠粉的脫硫效果優(yōu)于其他2個硫桿菌菌株。脫硫天然膠粉填充的硫化膠的拉伸強度和斷裂伸長率都有明顯的提高。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其生物量的影響,確定了脫硫時膠粉的適宜加入量。FTIR和XPS的結(jié)果證明了脫硫天然橡膠表面出現(xiàn)了S=O和C=O基團；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。填充脫硫丁苯膠粉的天然硫化膠的拉伸強度和斷裂伸長率都提高。同樣地,填充脫硫丁苯膠粉的丁苯硫化膠的拉伸強度和斷裂伸長率也有明顯的提高。填充脫硫丁苯膠粉的硫化膠的動態(tài)力學(xué)性能和掃描電鏡分析,證實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,填充脫硫丁苯膠粉的硫化膠的耐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,拉伸強度和斷裂伸長率明增加。同樣的,填充脫硫丁苯膠粉的丁苯硫化膠的交聯(lián)