论文废菌丝体制备建筑石膏缓凝剂的研究.doc

废菌丝体制备建筑石膏缓凝剂的研究 杨慧姣，穆琰1、河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄 050018；2、河北省固体废弃物资源化工程技术研究中心，河北石家庄 050018） 摘 要： 关键词：青霉素菌丝体时间；石膏；缓凝剂 文献标识码：A 脱硫石膏是电厂湿法脱硫装置所产生的副产物，它与天然石膏一样具有型变小、质量轻、耐火性好等优点，但由于建筑石膏尤其是脱硫建筑石膏凝结时间较短，初凝时间往往只有几分钟，可操作性不强，严重制约了其的应用与发展[1]，目前常用的方法是向石膏中加入适量的缓凝剂来调节石膏体系的凝结时间。青霉素菌丝体是制药工业青霉素生产过程中产生的固体废弃物，我国是青霉素生产大国，每年各大药厂所产生的青霉素菌丝体达数万至数十万吨，大量的菌丝体堆积给环境造成了很大的影响，然而，目前我国对其尚未有行之有效的处理措施。青霉素菌丝体主要成分为蛋白质、纤维素、以及少量的维生素、酶等，并含有一定量的水分[2]。蛋白质对石膏具有一定的缓凝作用[3]，本文所使用的PM缓凝剂是将青霉素生产过程中产生的废菌丝体经过干燥、碱浸泡、提取、浓缩等步骤制成的一种液体型缓凝剂，主要成分为被破坏的大分子蛋白质以及氨基酸等。该缓凝剂用于石膏体系中与常用石膏缓凝剂效果相似，为制药废弃物青霉素菌丝体的处理又找到了一条新的出路。 试验 试验原材料 脱硫建筑石膏：为石家庄市长安嘉奕新型建材厂提供脱硫建筑石膏，其物理力学性能见表1。 表 1 脱硫建筑石膏物理力学性能 凝结时间 绝干 抗折强度 绝干 抗压强度 0.2mm方孔筛筛余 标准稠度 需水量 初凝 终凝 6min 11min 6.7MPa 20.5MPa 0 0.55 缓凝剂：柠檬酸，分析纯；多聚磷酸钠，分析纯； 青霉素菌丝体：来自华北制药有限公司，经烘干后备用。菌丝体元素分析见表 表2 青霉素菌丝体元素分析 元素名称 碳 氢 氮 硫 氧 含量/% 44.08 6.261 9.45 1.436 32.84 主要测试脱硫建筑石膏的标准稠度需水量、凝结时间、力学强度以及晶体的微观结构。 根据《GBT 17669.4-1999建筑石膏 净浆物理性能的测定》测定其混合体系的标准稠度需水量、凝结时间。 根据《GBT 17669.3-1999建筑石膏 力学性能的测定》测定石膏试块的抗折强度、抗压强度等。 使用HITACHI S-4800-1型场发扫描电镜测定晶体微观形貌，放大倍数为4500倍。 1.3 试验流程 废菌丝体经脱水、干燥后粉碎成粉末；然后将一定量的菌丝体粉末加入到缓冲溶液中，通过控制pH值、温度和时间等条件对菌丝体内菌体蛋白进行改性。改性后将固液分离，固体另行处理，液体经过浓缩干燥以后，制成产品。流程见图1所示。 图1 菌丝体制备建筑石膏缓凝剂流程图 试验结果与讨论 2.1 pH值对菌丝体改性作用效果的影响 将菌丝体废渣研磨成菌丝体微粉，取15 g菌丝体微粉分别浸入100 mL pH值为3、5、7、10、12的水溶液中（pH采用HCl、NaOH溶液调节）浸泡3 h后过滤，取滤液与脱硫建筑石膏混合制成料浆，测定其凝结时间。比较不同pH浸渍液对脱硫建筑石膏的缓凝效果如图2所示。 图2 pH值对建筑石膏凝结时间的影响 由图2可以看出，当pH值为3时缓凝剂作用效果最差，初凝时间只有12分钟，随着pH值的增加，初凝时间逐渐延长，当pH值大于10后，初凝时间呈下降趋势，因此pH值选择10较为合适。分析原因可能在于弱碱性环境下菌丝体内的菌体蛋白成分能够有效的水解成单分子氨基酸，单分子氨基酸能够附着于石膏晶体表面从而阻碍晶核长大，即宏观表现凝结时间延长。而pH值过低或者过高则不利于蛋白质水解，从而表现在建筑石膏缓凝方面即缓凝效果变差。 2.2 改性温度对菌丝体改性作用效果的影响 温度亦是蛋白质水解的一个重要影响因素，试验分别选取常温（25 ℃）、40 ℃、60 ℃、80 ℃以及90 ℃进行试验，试验结果见图3。 图 3 不同浸渍液温度对建筑石膏凝结时间的影响 由图3可以看出，随着温度的升高，缓凝剂对建筑石膏的凝结时间作用明显增强，当温度超过80 ℃时，缓凝效果下降，因此温度选取80 ℃较为适宜。原因可能在于，随着温度的升高有利于菌体蛋白水解形成抑制半水石膏凝结的小分子氨基酸，当温度过高时，氨基酸结构可能会被破坏，影响与建筑石膏中钙离子的结合，无法抑制二水石膏晶体的溶解。 2.3 浸泡时间的影响 浸泡时间长短能够影响有效成分的溶出，浸泡时间短，不利于有效成分完全释放。分别选取15 min、30 min、45 min、1 h、2 h、3 h、4 h以及5 h进行对比试验，温度控制为80 ℃试验结果如图4所示。 图4 浸泡时间对建筑石膏凝结时间的影响 由图4可以看出，浸泡时