本發(fā)明涉及一種新的嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(acidithiobacillusferrooxidans)菌株及用于細(xì)菌脫硫硫化的橡膠顆粒的方法和通過所述方法可獲得的脫硫化的橡膠顆粒。

背景技術(shù)：

已知用于粉末狀橡膠和橡膠顆粒的微生物和酶促活化的方法。

ep1620498公開了一種用于硫化橡膠顆粒的表面活化和/或脫硫的方法。為了破壞硫橋并減少硫，將所述橡膠顆粒以生物技術(shù)方式在具有嗜溫厭氧性和/或嗜溫的任選地厭氧性和/或嗜溫微需氧性細(xì)菌和/或該類細(xì)菌的一個(gè)或多個(gè)酶系統(tǒng)的介質(zhì)中進(jìn)行處理。

ep0493732公開了一種再加工廢橡膠的方法，其以生物技術(shù)類型的方法在脫硫后由粉碎的廢橡膠生產(chǎn)再生橡膠，通過在供應(yīng)空氣的情況下將粉碎的廢橡膠保持在化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)性微生物的細(xì)菌懸浮液中，直到硫作為元素硫和/或硫酸從剩余的再增塑再生橡膠分離。這種生物技術(shù)再加工以簡(jiǎn)化的方式獲得再生橡膠和硫，該產(chǎn)物可以再利用。

de19728036a公開了一種用于硫交聯(lián)的橡膠顆粒表面活化和改性的方法，是通過在橡膠顆粒、水和生物活性材料的懸浮液中的生物技術(shù)處理用于破壞多硫化硫橋和氧化所述硫，通過所述方法該處理限制在顆粒表面，并在一段時(shí)間內(nèi)形成羥基、環(huán)氧基和羧基形式的反應(yīng)性基團(tuán)，當(dāng)反應(yīng)性官能團(tuán)的濃度達(dá)到最大值時(shí)，終止所述生物技術(shù)處理。

us5597851公開了一種方法，其一方面包括，主要使用嗜熱性任選地化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)性嗜酸熱硫化葉菌(sulfolobusacidocaldarius)作為硫氧化微生物，另一方面，所述橡膠顆粒的處理僅僅用這種微生物的酶系統(tǒng)進(jìn)行。橡膠顆粒本身不與微生物直接接觸。

de19728036中公開了另一種方法，其中通過生物技術(shù)處理硫化橡膠顆粒，通過限定的反應(yīng)時(shí)間/氧化持續(xù)時(shí)間，在顆粒表面上產(chǎn)生羥基、環(huán)氧基和羧基形式的特定的反應(yīng)性官能團(tuán)。因此，可以用不同的塑料、瀝青和其它聚合物硫化所述活化的粉末狀橡膠和橡膠顆粒。硫桿菌屬(thiobacillus)的細(xì)菌也用于所述微生物氧化。

rominea.romine等人在《rubbercycle:abioprocessforsurfacemodificationofwastetyrerubber》polymerdegradationandstability59(1998)353-358中公開了用于地面輪胎橡膠(gtr)脫硫的四種微生物的篩選。所測(cè)試的微生物是氧化亞鐵硫桿菌(thiobacillusferrooxidans)、氧化硫硫桿菌(thiobacillusthiooxidans)、玫瑰色紅球菌(rhodococcusrhodochrous)、嗜酸性熱硫化葉菌(sulfolobusacidocaldarius)和未鑒定的細(xì)菌atcc#39327。通過離子色譜法和材料分析技術(shù)(ftir，在1032cm-1的吸光度和xanes)測(cè)定溶液中硫酸根的濃度進(jìn)行脫硫評(píng)價(jià)。作者在處理2-3天后在gtr表面上發(fā)現(xiàn)了氧化的硫物質(zhì)，并且他們確定生物脫硫過程在7天后完成。最后，他們得出結(jié)論：“硫桿菌(thiobacillus)培養(yǎng)物不如嗜酸性熱硫化葉菌(s.acidocaldarius)有效。整體上，作者僅使用了一種培養(yǎng)基，其是也用于脫硫的標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)培養(yǎng)基。此外，romine等人沒有考慮仔細(xì)選擇要使用的細(xì)菌種類、在脫硫處理之前細(xì)菌生長(zhǎng)步驟的重要性以及含硫源如硫代硫酸鈉或連四硫酸鹽和鐵的適合的生長(zhǎng)培養(yǎng)基。這導(dǎo)致脫硫過程呈現(xiàn)低生產(chǎn)率，其費(fèi)時(shí)幾天并且不能在工業(yè)水平上使用。

yuanhuli等人yuanhuli等人在“microbialdesulfurizationofgroundtirerubberbythiobacillusferrooxidans”polymerdegradationandstability第96卷，no.9，第1662-1668頁(2011)中提出了使用氧化亞鐵硫化桿菌(t.ferrooxidans)用于地面輪胎橡膠(gtr)脫硫的方法。特別地，使用用于證明脫硫的材料分析技術(shù)(ftir和xps)。然而，由于最初存在于gtr中的高的化學(xué)毒性導(dǎo)致橡膠添加到細(xì)菌培養(yǎng)物上之后生物量減少，因此該方法存在主要缺點(diǎn)。因此，可以僅處理有限量的gtr，并且所述脫硫僅在處理30天后發(fā)生。因此，需要放大gtr或硫化橡膠顆粒的脫硫方法，以便在工業(yè)水平改進(jìn)該方法。此外，延遲硫化也可能是令人感興趣的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是提供以保藏號(hào)dsm32046保藏的嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(acidithiobacillusferrooxidans)菌株。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種尺寸為10-2000微米的硫化橡膠顆粒的需氧性細(xì)菌脫硫的方法，其中所述硫化橡膠顆粒通過在壓力下用水噴霧含橡膠的制品并將所得硫化橡膠顆粒干燥至初始水含量為0.01-20重量％可獲得，該方法包括：

a)在用于細(xì)菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基中提供選自下組種類的需氧性化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌：嗜酸性氧化硫硫桿菌(acidithiobacillusthiooxidans)、嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(acidithiobacillusferrooxidans)、排硫硫桿菌(thiobacillusthioparus)、thiobacillusthiophilus或其混合物，所述培養(yǎng)基包括含有無機(jī)鹽的水溶液和選自下組的用于促進(jìn)細(xì)菌脫硫的能量源：na2so3、feso4、fecl3和na2s4o6或它們的混合物；

b)將所述硫化橡膠顆粒加入到用于脫硫的處理培養(yǎng)基中，其中補(bǔ)充含有所述需氧性化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌的用于細(xì)菌生長(zhǎng)的所述培養(yǎng)基，其中用于脫硫的所述處理培養(yǎng)基在任何能量源中耗盡用于促進(jìn)細(xì)菌脫硫；

c)將所述硫化橡膠顆粒保持在所述處理培養(yǎng)基中用于脫硫24小時(shí)至15天的時(shí)間；和

d)收集和干燥所得的脫硫橡膠顆粒。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供通過本發(fā)明的方法可獲得的脫硫橡膠顆粒，其特征在于：所得的脫硫橡膠顆粒進(jìn)行化學(xué)改性且在所述脫硫橡膠顆粒的表面上含有亞砜和/或三氧化硫和/或甲基輔助的共軛雙鍵和/或羥基和/或羧基和/或環(huán)氧基。

通過參考下面的說明性附圖及所附的權(quán)利要求書進(jìn)行的隨后的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。

附圖說明

圖1：顯示了通過在高壓下用水噴霧汽車輪胎得到的橡膠顆粒的sem圖像。左：150x放大；右：500x放大。

圖2：說明了用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株dsm32046處理的輪胎橡膠粉末的ftir分析。3300cm^-1的峰：羥基。nt：未處理；48h：處理48h，6d：處理6天

圖3：顯示了用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株dsm32046處理48小時(shí)的nr的edx分析。未處理的和處理的值通過studentt-試驗(yàn)進(jìn)行比較。***p<0.001

圖4：說明了用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株dsm32046處理的輪胎橡膠粉末的ftir分析。1536cm^-1的峰：甲基輔助的共軛雙鍵。

圖5：顯示了通過燃燒離子色譜法分析橡膠顆粒上的硫含量。nt：未處理(100％)，tt：用嗜酸性氧化硫硫桿菌(a.thiooxidans)處理，tf：用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)處理。

圖6：通過用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株dsm32046處理的epdm的sem/edx分析的表面硫定量。

具體實(shí)施方式

盡管與本文所述那些類似或等同的方法和材料可用于本發(fā)明的實(shí)踐或測(cè)試，但合適的方法和材料如下所述。本文提及的所有出版物、專利申請(qǐng)、專利和其它參考文獻(xiàn)通過引用整體并入。本文所討論的出版物和申請(qǐng)僅僅為了在它們本申請(qǐng)的申請(qǐng)日之前的公開而提供。本文中的任何內(nèi)容均不應(yīng)被解釋為承認(rèn)本發(fā)明沒有資格由于在先發(fā)明而早于這樣的公開。此外，材料、方法和實(shí)施例僅是說明性的并不旨在限制。

在沖突的情況下，以包括定義在內(nèi)的本發(fā)明說明書為準(zhǔn)。

除非另有定義，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本文主題所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的相同的含義。如本文所使用，提供以下定義以便于理解本發(fā)明。

橡膠是用于制造輪胎的主要原材料，并且天然和合成橡膠都使用。發(fā)現(xiàn)天然橡膠是橡膠樹，巴西橡膠樹(heveabrasiliensis)的樹皮中的乳狀液體。為了生產(chǎn)用于輪胎制造中的生橡膠，將液體膠乳與使橡膠凝固的酸混合。壓機(jī)擠出多余的水并將橡膠形成片材，然后將所述片材在高煙熏室中干燥，壓制成大捆，并運(yùn)送到世界各地的輪胎工廠。合成橡膠由原油中發(fā)現(xiàn)的聚合物制備。

輪胎橡膠中的其它主要成分是炭黑。炭黑是細(xì)軟的粉末，是當(dāng)原油或天然氣用有限量的氧燃燒導(dǎo)致不完全燃燒并產(chǎn)生大量的細(xì)煙灰時(shí)產(chǎn)生的。

輪胎中也使用硫和其它化學(xué)品。當(dāng)與橡膠混合然后加熱時(shí)，特定的化學(xué)品產(chǎn)生特定的輪胎特性，如賽車輪胎的高摩擦(但低里程)或客車輪胎的高里程(但較低摩擦)。一些化學(xué)品在成型為輪胎的同時(shí)保持橡膠柔性，而其它化學(xué)品保護(hù)橡膠免受陽光中的紫外線輻射。

總共有200多種原料進(jìn)入輪胎組合物。研究人員利用此廣泛的隊(duì)列來組合輪胎組分，取決于生產(chǎn)的輪胎類型，各個(gè)輪胎組分都有作用。橡膠化合物由彈性體、增強(qiáng)填料、增塑劑和其他化學(xué)元素組成。

術(shù)語“包含”通常以包括的意義使用，就是說允許存在一個(gè)或多個(gè)特征或組分。

除非上下文明確另外指出，如本說明書和權(quán)利要求書中所用的，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“所述”包括復(fù)數(shù)。

atr-ftir是耦合到衰減全反射模塊的傅立葉變換紅外光譜的縮寫。

化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌是能夠從鐵、氮、硫或氫的無機(jī)化合物的氧化中產(chǎn)生能量的細(xì)菌。

需氧性細(xì)菌是能夠在含氧環(huán)境中存活和生長(zhǎng)的有機(jī)體。

脫硫是通過細(xì)菌對(duì)橡膠顆粒的表面化學(xué)的改性，其導(dǎo)致橡膠基質(zhì)上的硫含量減少和化學(xué)基團(tuán)如羥基的添加。

當(dāng)將橡膠顆粒加入到由細(xì)菌補(bǔ)充的脫硫培養(yǎng)基中時(shí)，發(fā)生脫硫。

脫硫的橡膠顆粒是經(jīng)歷了脫硫的橡膠顆粒。

親雙烯體是在diels-alder反應(yīng)中尋找二烯的烯烴或炔烴組分。

epdm代表乙烯-丙烯二烯單體橡膠。

nr是天然橡膠的縮寫。通過在橡膠樹的樹皮切口而獲得乳白色的含有橡膠球的膠乳，橡膠樹的栽培需要特定的氣候條件和降雨。橡膠樹種植園主要位于東南亞(包括世界上最大的生產(chǎn)國(guó)泰國(guó)，和印度尼西亞)、拉丁美洲和非洲。在復(fù)合配制劑中，天然橡膠減少輪胎內(nèi)部熱量產(chǎn)生，同時(shí)提供高的機(jī)械阻力。它用在輪胎的許多部分中，主要用于卡車和推土機(jī)輪胎胎面。

sbr是丁苯橡膠的縮寫。在輪胎工業(yè)中使用的60％的橡膠是由石油衍生的烴生產(chǎn)的合成橡膠，但是對(duì)于剩余的40％仍然需要天然橡膠。合成彈性體在應(yīng)力下變形，當(dāng)應(yīng)力消除時(shí)，恢復(fù)到其原始形狀(滯后現(xiàn)象)。此性能對(duì)于制造高抓地力輪胎是非常有價(jià)值的。合成橡膠還提供其它特定性能，最值得注意的是在壽命和滾動(dòng)阻力方面。它主要用于客車和摩托車輪胎，因?yàn)樗o予它們良好的抓地性能。

sem/edx代表與能量色散x射線分析系統(tǒng)耦合的掃描電子顯微鏡的縮寫。

本發(fā)明涉及以保藏號(hào)dsm32046保藏的嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(acidithiobacillusferrooxidans)菌株。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種尺寸為10-2000微米的硫化橡膠顆粒的需氧性細(xì)菌脫硫的方法，其中所述硫化橡膠顆粒通過在壓力下用水噴霧含橡膠的制品并將所得硫化橡膠顆粒干燥至初始水含量為0.01-20重量％可獲得或獲得，該方法包括：

a)在用于細(xì)菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基中提供選自下組種類的需氧性化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌：嗜酸性氧化硫硫桿菌(acidithiobacillusthiooxidans)、嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(acidithiobacillusferrooxidans)、排硫硫桿菌(thiobacillusthioparus)、thiobacillusthiophilus或其混合物，所述培養(yǎng)基包括含有無機(jī)鹽的水溶液和選自下組的用于促進(jìn)細(xì)菌脫硫的能量源：na2so3、feso4、fecl3和na2s4o6或它們的混合物；

b)將所述硫化橡膠顆粒加入到用于脫硫的處理培養(yǎng)基中，其中補(bǔ)充含有所述需氧性化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌的用于細(xì)菌生長(zhǎng)的所述培養(yǎng)基，其中用于脫硫的所述處理培養(yǎng)基在任何能量源中耗盡用于促進(jìn)細(xì)菌脫硫；

c)將所述硫化橡膠顆粒保持在所述處理培養(yǎng)基中用于脫硫24小時(shí)至15天的時(shí)間；和

d)d)收集和干燥所得的脫硫橡膠顆粒。

在yuanhuli等人描述的方法與本發(fā)明之間的一個(gè)重要區(qū)別是選擇粉碎/研磨技術(shù)以獲得gtr。雖然最流行的回收輪胎的方法是通過機(jī)械研磨。申請(qǐng)人已經(jīng)選擇了利用高壓水完全破壞廢輪胎的技術(shù)。高壓或超高壓水射流碾磨技術(shù)可以認(rèn)為是用于對(duì)于彈性體如橡膠和類似的彈性材料進(jìn)行精細(xì)研磨的新方向。代替常規(guī)的輪胎的撕碎和機(jī)械研磨，該技術(shù)僅應(yīng)用高壓水射流(即，如在us5115983a；d&rrecycling，inc中所述)用于橡膠(彈性)部件的提取和同時(shí)研磨以獲得細(xì)橡膠粉。

特別地，本發(fā)明的粉碎技術(shù)基于高壓水或水射流與優(yōu)化的培養(yǎng)基的組合，從而允許減少gtr中存在的有毒化學(xué)品。有利地，申請(qǐng)人能夠在增加濃度的grt(優(yōu)選20％而不是5％，如li等人所提出)下工作，并且在細(xì)菌培養(yǎng)物上添加橡膠之后沒有觀察到任何生物量降低。此外，本發(fā)明基于細(xì)菌種類和生長(zhǎng)培養(yǎng)基的具體選擇，所述生長(zhǎng)培養(yǎng)基使用含鐵和硫鍵的化合物如硫代硫酸鹽和連四硫酸鹽之間的組合，增加細(xì)菌使用gtr中的二硫鍵作為能量源的能力。令人驚訝地，本發(fā)明的脫硫方法在48小時(shí)的處理之后已經(jīng)發(fā)生，而不是如li等人描述的30天。

優(yōu)選地，含橡膠制品選自輪胎或輪胎片段、輪胎胎面、鞋底、傳送帶。所述含橡膠制品還包括但不限于充氣輪胎、橡膠靴、橡膠服裝、濕衣、干衣、保險(xiǎn)杠、道路防護(hù)板、船用防護(hù)板、橡膠減震器、坦克履帶墊、橡膠履帶、機(jī)器防震墊、防護(hù)軌道車襯套、隔音墊、地板磚、軌道減震器、船拖車墊、擋風(fēng)玻璃雨刮片、擠出型材、注塑模芯、擋泥板。

充氣輪胎用于許多類型的車輛上，包括汽車、自行車、摩托車、卡車、重型設(shè)備和飛機(jī)。實(shí)心橡膠(或其它聚合物)輪胎用于各種非汽車應(yīng)用中，例如一些腳輪、手推車、割草機(jī)和獨(dú)輪手推車。重型輪胎也稱為卡車/客車輪胎。

待脫硫的硫化橡膠顆粒有利地通過在高壓下用水噴霧含橡膠的制品如輪胎或輪胎片段并干燥所得顆粒而獲得。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，補(bǔ)充至脫硫處理培養(yǎng)基的含有所述需氧性化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌的用于細(xì)菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基的體積為10至80％。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟b)的硫化橡膠顆粒以1-35重量％的濃度加入。

根據(jù)本發(fā)明的方法，步驟a)的需氧性化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌作為純菌株或以群落使用。

有利地，攪拌步驟a)的用于細(xì)菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基和步驟b)的用于脫硫的處理培養(yǎng)基。優(yōu)選地，攪拌包括以10-300轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)垂直或水平螺旋攪拌混合和/或以10-500rpm軌道振動(dòng)和/或以0.01-20l/min吹入空氣。

用于細(xì)菌培養(yǎng)和生長(zhǎng)的培養(yǎng)基含有：na2so3、feso4、fecl3和na2s4o6或它們的混合物

a.na2so3和/或feso4，濃度為0.05-4.0g/l和/或

b.fecl3和/或na2s4o6，濃度為0.05-10.0g/l。

在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，用于步驟b)的脫硫的處理培養(yǎng)基進(jìn)一步含有親二烯體和有機(jī)酸。優(yōu)選地，所述有機(jī)酸選自馬來酸、丙酮酸、苯甲酸、水楊酸和/或它們的混合物。通常，親雙烯體選自馬來酸酐、2-氧代丙醛或它們的混合物。特別地，用于細(xì)菌培養(yǎng)和生長(zhǎng)的培養(yǎng)基可以包含濃度為0，優(yōu)選0.01-0.5g/l的水楊酸和/或濃度為0，優(yōu)選0.01-0.5g/l的苯甲酸，和或濃度為0，優(yōu)選0.01至0.5g/l的丙酮酸和/或濃度為0，優(yōu)選0.01-0.5g/l的馬來酸。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，用于細(xì)菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基進(jìn)一步包含至少一種選自如下的任選的其它成分：mnso4；亮氨酸；百里酚；水楊酸或其混合物。

可以通過使用1m-10m的hcl、60％-98％的h2so4、1m-10m的naoh和1m-2m的k2co3調(diào)節(jié)用于細(xì)菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基的ph為1.0-7.0，優(yōu)選1.5-6.5。

通過測(cè)量培養(yǎng)基在220-250nm(fe²⁺)和/或280-340nm(fe³⁺)的吸光度和/或通過用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(icp)和/或用原子吸收光譜法(aas)分析來評(píng)定fe²⁺和/或fe³⁺濃度來監(jiān)測(cè)細(xì)菌生長(zhǎng)的能量源的消耗，其中通過亞甲基藍(lán)脫色和/或離子色譜法測(cè)定na2s2o3利用率，并且其中通過利用呼吸計(jì)測(cè)量氧氣消耗來確定硫氧化。

在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟a)的需氧性化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌是以保藏號(hào)dsm32046保藏的嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(acidithiobacillusferrooxidans)菌株，其作為純菌株或以群落使用。

單獨(dú)培養(yǎng)作為用于脫硫的活微生物的原料的細(xì)菌的必要性對(duì)于該方法有效的工業(yè)化是基本的。

橡膠粉末中污染物的存在代表了有效脫硫的障礙，因?yàn)槲廴驹?真菌或其它細(xì)菌)可能干擾所選細(xì)菌的生長(zhǎng)，可能降解橡膠顆粒并可能干擾脫硫所涉及的化學(xué)和酶促反應(yīng)。

任選地，在脫硫之前和/或之后通過γ-滅菌或蒸汽滅菌或基于環(huán)氧乙烷或二氧化氮或臭氧的化學(xué)滅菌對(duì)橡膠顆粒進(jìn)行滅菌以避免來自細(xì)菌和其它微生物的污染。

通過下面僅以舉例給出的優(yōu)選實(shí)施例的描述，將更清楚地理解本發(fā)明。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種用于細(xì)菌脫硫硫化的橡膠顆粒的方法，所述硫化橡膠顆粒具有10-2000微米，優(yōu)選10-900微米，更優(yōu)選150-600微米的尺寸，和0.01-20％，優(yōu)選為0.01-5重量％，更優(yōu)選為0.1-4％的初始含濕量。待處理的硫化橡膠顆粒可以來自許多來源。例如，所述硫化橡膠顆?？梢酝ㄟ^在高壓下用水噴霧輪胎或輪胎片段并干燥所得顆粒而獲得。在此情況下，待脫硫的硫化橡膠顆?？梢越?jīng)受初步干燥處理以達(dá)到指定的初始濕含量。在不太優(yōu)選的變型方案中，硫化橡膠顆粒可來自不需要干燥處理的粉碎過程。

在所述優(yōu)選實(shí)施方案中，在脫硫之前通過γ-滅菌蒸汽滅菌對(duì)橡膠顆粒進(jìn)行滅菌以避免來自細(xì)菌和其它微生物的污染。

在所述優(yōu)選實(shí)施方案中，細(xì)菌選自需氧性化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)性有機(jī)體。在第一個(gè)實(shí)施方案中，嗜酸性氧化硫硫桿菌(acidithiobacillusthiooxidans)占群落的30％和嗜酸性氧化亞鐵硫酸桿菌(acidithiobacillusferrooxidans)占群落的30％，和排硫硫桿菌(thiobacillusthioparus)占群落的30％以及thiobacillusthiophilus占群落的10％。

細(xì)菌群落在包含含有無機(jī)鹽的水溶液的細(xì)菌生長(zhǎng)培養(yǎng)基中在0.5-7，優(yōu)選0.5-4.5的ph和20-35℃，優(yōu)選20-30℃的溫度下經(jīng)歷細(xì)菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)過程，所述培養(yǎng)基進(jìn)一步包含選自na2so3和/或feso4，和/或fecl3和/或na2s4o6和/或它們的混合物的用于促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)的能量源。

可以通過使用1m-10m的hcl、60％-98％的h2so4、1m-10m的naoh和1m-2m的k2co3調(diào)節(jié)用于細(xì)菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基的ph。

生長(zhǎng)培養(yǎng)基可以通過不同的方式攪拌。攪拌可以是以10-300轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)垂直或水平螺旋攪拌混合和/或以10-500rpm，優(yōu)選50-200rpm軌道振動(dòng)，或以0.01-20l/min吹入空氣。

通過測(cè)量培養(yǎng)基在220-250nm(fe²⁺)和/或280-340nm(fe³⁺)的吸光度或通過比色法測(cè)量fe²⁺至fe³⁺氧化或230-260nm(na2s2o3)來監(jiān)測(cè)細(xì)菌生長(zhǎng)的能量源的消耗)，其中通過碘滴定亞甲基藍(lán)脫色來測(cè)定na2s2o3利用率，和其中通過利用呼吸計(jì)測(cè)量氧氣消耗來確定硫氧化。

然后將橡膠顆粒在包含細(xì)菌并含有1-35重量％的橡膠顆粒濃度的處理培養(yǎng)基中進(jìn)行硫脫硫處理。在脫硫過程中，所述培養(yǎng)基優(yōu)選在0.5-4.5的ph和20-30℃的溫度下。

在所述優(yōu)選的實(shí)施方案中，包含細(xì)菌并且含有1-35重量％的橡膠顆粒濃度的處理培養(yǎng)基進(jìn)一步含有濃度為0.05-4.0g/l，優(yōu)選0.05-3.0g/l的mgso4，和濃度為0.05至10.0g/l，優(yōu)選0.05-3.5g/l的k2hpo4和濃度為0.05-10.0g/l，優(yōu)選2.0-8.0g/l的(nh4)2so4。此培養(yǎng)基可包含至少一種選自如下的任選的另外的成分：

a.kcl，濃度為0.1-2g/l，和/或

b.ca(no3)2，濃度為0.1-0.5g/l，和/或

c.選自如下的化學(xué)品：濃度為0.01-0.5g/l的百里酚和/或濃度為0.01-0.5g/l，的水楊酸和/或濃度為0.01至0.5g/l的丙酮酸和/或濃度為0.01-0.5g/l的馬來酸。

脫硫處理可以持續(xù)24小時(shí)至12天。

在所述過程結(jié)束時(shí)，所得脫硫的橡膠顆粒是潮濕的并將其干燥至含濕量為0.01-15重量％。

在另外的步驟中，在脫硫之后通過γ-滅菌加熱或蒸汽滅菌對(duì)橡膠顆粒進(jìn)行滅菌，以避免來自細(xì)菌和其它微生物的污染。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供通過上述方法可獲得(或獲得)的脫硫橡膠顆粒，其中所得的脫硫橡膠顆粒進(jìn)行化學(xué)改性且在所述脫硫橡膠顆粒的表面上含有亞砜和/或三氧化硫和/或甲基輔助的共軛雙鍵和/或羥基和/或羧基和/或環(huán)氧基。

此外，本發(fā)明的脫硫橡膠顆粒定義為：游離有機(jī)物質(zhì)以0.1重量％-0.5重量％的濃度存在，nr/sbr混合物(汽車輪胎)中揮發(fā)性化合物如環(huán)己酮、環(huán)丙烷和乙醇的濃度降低超過80％、甲基異丁基酮(mibk)(在汽車和卡車輪胎中)的濃度降低至少50％、通過測(cè)量水接觸角減小評(píng)定潤(rùn)濕性增加75％-95％以及水保留增加75％-150％。

通過測(cè)量保留在規(guī)定量的橡膠顆粒中的蒸餾水的百分比來評(píng)定保水性。

通過測(cè)量一滴水在橡膠化合物表面上的水接觸角來評(píng)定水接觸角。為每個(gè)液滴拍攝水平圖像，并且在圖像上測(cè)量接觸角。

此外，觀察到(見實(shí)施例2)在sbr和nr(汽車和卡車輪胎)中甲基異丁基酮(mibk)(用作輪胎中的溶劑)的濃度降低50％-80％，以及在nr/sbr混合物(汽車輪胎)中揮發(fā)性化合物如環(huán)己酮、環(huán)丙烷和乙醇的濃度降低80％以上。特別地，揮發(fā)性有機(jī)化合物通過頂空氣相色譜質(zhì)譜法(hs-gc-ms)鑒定和定量。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，除了具體描述的那些之外，本文描述的本發(fā)明可以進(jìn)行變化和修改。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，本發(fā)明包括所有這樣的變化和修改。本發(fā)明還包括單獨(dú)地或共同地在本說明書中提及或指明的所有步驟、特征、組合物和化合物，以及所述步驟或特征中任何兩個(gè)或更多個(gè)的任何和所有組合。因此，本發(fā)明的公開內(nèi)容應(yīng)被視為在所示的所有方面，而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求表明，并且在等同的意義和范圍內(nèi)的所有變化旨在被包括在其中。

在本說明書中引用了各種參考文獻(xiàn)，其各自通過引用整體并入本文。

前述描述參考以下實(shí)施例將更充分地理解。然而，這些實(shí)施例是實(shí)施本發(fā)明的方法的示例，并不意在限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例

橡膠顆粒通過用水以每分鐘1-4米的速率在800-3000巴的高壓下噴霧輪胎然后干燥而獲得。這些顆粒的特征在于高的表面積和不規(guī)則的形狀(圖1)。由此獲得的顆粒具有2000-50微米的尺寸分布。

下面描述了用選擇的細(xì)菌處理橡膠顆粒的一般方案。一般來說，用促進(jìn)它們擴(kuò)增的無機(jī)鹽和能量底物保持細(xì)菌培養(yǎng)。為了處理所述橡膠粉末，耗盡水性培養(yǎng)基的能量源以促進(jìn)橡膠中存在的硫化合物的靶向作用。由此，細(xì)菌直接使用來自橡膠顆粒的硫化合物作為能量源，并且這導(dǎo)致橡膠的脫硫。

實(shí)施例1：

將嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(acidithiobacillusferrooxidans)菌株dsm32046保持在含有0.5g/lfeso4、0.4g/lmgso4、0.6g/l(nh4)2so4、0.4g/lk2hpo4、0.3g/lk2s4o6的水性生長(zhǎng)培養(yǎng)基中培養(yǎng)。用h2so4調(diào)節(jié)ph為2.20。細(xì)菌在500l生物反應(yīng)器中生長(zhǎng)。

當(dāng)細(xì)菌計(jì)數(shù)達(dá)到1×106個(gè)細(xì)菌/ml時(shí)，將來自生長(zhǎng)培養(yǎng)物的750μl細(xì)菌培養(yǎng)基用脫硫培養(yǎng)基以1:6的比例稀釋到脫硫生物反應(yīng)器中，以達(dá)到3'000l的最終體積。所述脫硫培養(yǎng)基由0.6g/lmgso4、2g/l(nh4)2so4、0.2g/lkh2po4、0.5g/lk2hpo4構(gòu)成。

然后將由nr構(gòu)成的橡膠顆粒以20％重量/體積的濃度(對(duì)于3'000l為600kg)加入所述脫硫生物反應(yīng)器中。橡膠顆粒和細(xì)菌的混合物在100rpm的攪拌下在30℃的溫度下保持48小時(shí)或6天。

處理后，通過使所述混合物穿過排水器(市售可得)將橡膠顆粒從水性培養(yǎng)基分離，然后在120℃下在工業(yè)市售可得的設(shè)備中干燥，得到具有1.0±0.3％水分的橡膠粉末。

通過atr-ftir和sem/edx分析處理的橡膠顆粒。atr-ftir分析顯示橡膠顆粒表面上出現(xiàn)羥基(見圖2，在3'300cm^-1處的寬峰)。歸因于羥基的量，峰的強(qiáng)度是時(shí)間依賴性的，并且在處理6天后增加(圖2)。在處理48小時(shí)后橡膠顆粒的sem/edx分析顯示顆粒表面上的硫減少和氧增加，證實(shí)所述表面上存在羥基(圖3)。這些結(jié)果一起表明，所選擇的嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株在進(jìn)行橡膠顆粒的脫硫中特別有效，并且這種效果是處理時(shí)間依賴性的。

此外，處理之前橡膠粉末在表面上存在一些甲基輔助的共軛雙鍵，其通過atr-ftir分析可見(在1536cm^-1的峰，圖4)。這些化學(xué)結(jié)構(gòu)降低了橡膠的機(jī)械性能，并且在水楊酸存在下用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)處理允許這些不期望的結(jié)構(gòu)消失(圖4)。這證明了根據(jù)本發(fā)明的細(xì)菌處理引起橡膠顆粒的表面化學(xué)改變并且有利地增加了終產(chǎn)物的機(jī)械性能。

實(shí)施例2：

將兩株硫桿菌屬(thiobacilli)菌株，嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株dsm32046和一種嗜酸性氧化硫硫桿菌(acidithiobacillusthiooxidans)菌株，分別培養(yǎng)在15l生物反應(yīng)器中。

嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株的生長(zhǎng)培養(yǎng)基由0.1g/lfeso4、0.5g/lmgso4、3g/l(nh4)2so4、0.5g/lk2hpo4、2g/lna2s2o3和0.05g/l水楊酸構(gòu)成。用h2so4調(diào)節(jié)ph為4.5。

嗜酸性氧化硫硫桿菌(a.thiooxidans)菌株的生長(zhǎng)培養(yǎng)基由0.05g/lmnso4、0.5g/lmgso4、3.0g/l(nh4)2so4、2.0g/lkh2po4、2.0g/lna2s2o3和0.05g/l水楊酸構(gòu)成。用h2so4調(diào)節(jié)ph為4.5。

當(dāng)細(xì)菌計(jì)數(shù)達(dá)到1×106個(gè)細(xì)菌/ml時(shí)，將來自每個(gè)原種培養(yǎng)物的10μl細(xì)菌培養(yǎng)基分別用脫硫培養(yǎng)基以1:3的比例稀釋到兩個(gè)脫硫生物反應(yīng)器中(每個(gè)菌株一個(gè))，以達(dá)到30l的最終體積。

嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株的脫硫培養(yǎng)基由0.5g/lmgso4、3.0g/l(nh4)2so4、0.8g/lkh2po4、0.5g/lk2hpo4、0.05g/l水楊酸和0.01g/l丙酮酸構(gòu)成。

嗜酸性氧化硫硫桿菌(a.thiooxidans)菌株的脫硫培養(yǎng)基由0.5g/lmgso4、3.0g/l(nh4)2so4、2.0g/lkh2po4、0.5g/lk2hpo4、0.05g/l水楊酸和0.01g/l丙酮酸構(gòu)成。

然后將由sbr/nr構(gòu)成的橡膠顆粒以20％重量/體積的濃度(對(duì)于30l為6kg)加入所述脫硫生物反應(yīng)器中。橡膠顆粒和細(xì)菌的混合物在100rpm的攪拌下在30℃的溫度下保持48小時(shí)。

處理后，通過使所述混合物穿過排水器(市售可得)將所述橡膠顆粒從水性培養(yǎng)基分離，然后在55℃下在工業(yè)市售可得的設(shè)備中干燥，得到具有1.5±0.2％水分的橡膠粉末。

經(jīng)處理的顆粒總的硫含量通過燃燒離子色譜法進(jìn)行分析。在分別用嗜酸性氧化硫硫桿菌(a.thiooxidans)和嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)處理后，觀察到經(jīng)處理的顆粒中總的硫含量降低16％和29％(圖5)。這些結(jié)果證明，兩種物質(zhì)都能夠降低橡膠顆粒上的硫含量，因此完全能夠進(jìn)行脫硫。

此外，處理之前橡膠粉末在表面上存在一些甲基輔助的共軛雙鍵，其通過atr-ftir分析可見(在1536cm^-1的峰，圖5)。這些化學(xué)結(jié)構(gòu)降低了橡膠的機(jī)械性能，并且在水楊酸存在下用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)處理允許這些不期望的結(jié)構(gòu)消失(圖5)。這證明了所述細(xì)菌處理引起橡膠顆粒的表面化學(xué)改變并且有利地增加了終產(chǎn)物的機(jī)械性能。

最后，通過hs-gc-ms評(píng)定用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)處理的和未處理的橡膠顆粒上的揮發(fā)性化合物的釋放，即通過頂空氣相色譜質(zhì)譜法(hs-gc-ms)鑒定和定量揮發(fā)性有機(jī)化合物。整體上，測(cè)量處理后的揮發(fā)物濃度的降低。特別地，甲基異丁基酮(mibk)的濃度降低70％，環(huán)己酮的濃度降低82％，環(huán)丙烷的濃度降低84％，和乙醇的濃度降低87％。

實(shí)施例3：

嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株dsm32046如實(shí)施例2中所描述生長(zhǎng)。

當(dāng)細(xì)菌計(jì)數(shù)達(dá)到2×10⁶個(gè)細(xì)菌/ml時(shí)，將10l來自每個(gè)原種培養(yǎng)物的細(xì)菌培養(yǎng)基用脫硫培養(yǎng)基(如實(shí)施例2中所述的組合物)以1:3的比例稀釋到脫硫生物反應(yīng)器中，以達(dá)到30l的最終體積。

然后將由epdm構(gòu)成的橡膠顆粒以10％重量/體積的濃度(對(duì)于30l為3kg)加入所述脫硫生物反應(yīng)器中。橡膠顆粒和細(xì)菌的混合物在100rpm的攪拌下在30℃的溫度下保持48小時(shí)。

在處理結(jié)束時(shí)，如實(shí)施例2所述將所得顆粒抽干并干燥，以獲得具有～1.5％水分的橡膠粉末。通過meb/edx分析經(jīng)處理的和未處理的顆粒，其顯示處理后顆粒表面上的硫含量降低，證明了嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(a.ferrooxidans)菌株dsm32046能夠使若干類的橡膠脫硫。

實(shí)施例4：

兩種硫桿菌(thiobacilli)菌株，一種排硫硫桿菌(thiobacillusthioparus)和一種thiobacillusthiophilus分別在15l生物反應(yīng)器中生長(zhǎng)。

排硫硫桿菌(t.thioparus)的生長(zhǎng)培養(yǎng)基由0.01g/lmnso4、0.5g/lmgso4、0.1g/l(nh4)2so4、4.0g/lkh2po4、2.0g/lk2hpo4、0.15g/lfecl3和5.0g/lna2s2o3構(gòu)成。用h2so4調(diào)節(jié)ph為6.5。

t.thiophilus的生長(zhǎng)培養(yǎng)基由0.8g/lnh4cl、1.0g/lmgso4、0.1g/l(nh4)2so4、2.0g/lkh2po4、0.2g/lk2hpo4、0.8g/lkno3和5.0g/lna2s2o3構(gòu)成。用h2so4調(diào)節(jié)ph為6.5。

這些菌株用于如實(shí)施例2所描述的nr脫硫。

排硫硫桿菌(t.thioparus)的脫硫培養(yǎng)基由0.8g/lmgso4、0.25g/l(nh4)2so4、4.0g/lkh2po4、0.5g/lk2hpo4和0.05g/lfecl3構(gòu)成。

t.thiophilus的生長(zhǎng)培養(yǎng)基由0.8g/lnh4cl、1.0g/lmgso4、0.25g/l(nh4)2so4、2.0g/lkh2po4、0.5g/lk2hpo4和1.0g/lkno3構(gòu)成。

通過atr-ftir和sem/edx獲得的初步結(jié)果表明，這些菌株在根據(jù)本發(fā)明的方法的脫硫橡膠顆粒中是完全有效的。

pct/ro/134表