本發(fā)明涉及一種利用蚯蚓制備親水性石墨的方法，屬于石墨制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石墨因其具有熔點高、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性好、不易被液態(tài)金屬或熔渣潤濕以及極高的耐侵蝕性和熱穩(wěn)定性，廣泛地應(yīng)用于耐火材料、陶瓷、涂料等行業(yè)。但同時由于石墨為非極性的固體物質(zhì)，難于在水中分散，從而限制了其應(yīng)用。為使石墨能均勻地分散到水中，可采用加入活性劑、表面涂層等方法對石墨進(jìn)行表面處理，以改善水對石墨的潤濕性與分散性，但未見系統(tǒng)的研究報道。
蚯蚓是陸地生態(tài)系統(tǒng)中生物量最大的無脊椎土壤動物，其肌體可提供蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、礦物元素等動物需要的營養(yǎng)物質(zhì)，以及抗氧化酶、溶栓酶、溶血素和抗腫瘤成分等生物活性成分。其中干蚯蚓體內(nèi)含蛋白質(zhì)量高達(dá)70%左右，因此蚯蚓體可作為氨基酸制作的重要原料，這成為提高蚯蚓經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑，已成為蚯蚓綜合利用的研究熱點。目前有關(guān)動植物蛋白制備氨基酸的工藝研究表明，酶法水解工藝往往成為首選，因為酶法水解反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)效率高，既不破壞氨基酸，也不產(chǎn)生消旋作用；同時酶法水解生成的部分小分子肽具有生物活性，可促進(jìn)動物的免疫能力和生產(chǎn)性能提升。蚯蚓可通過自身蛋白酶水解，獲得氨基酸和活性小分子肽豐富的水解產(chǎn)物，該方法對蚯蚓進(jìn)行進(jìn)一步深加工，提高經(jīng)濟(jì)效益而言，是一相對價廉，投入少，且實施方便的工藝，可見其應(yīng)用前景廣闊。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對目前傳統(tǒng)石墨由于其非極性固體的特征，難以在水中分散，在水中潤濕性差，而常見的改善石墨潤濕性和分散性的方法主要是通過添加表面活性劑和表面涂層，操作復(fù)雜、成本昂貴且效果不明顯的缺陷，提供了一種利用蚯蚓制備親水性石墨的方法，該方法以蚯蚓作為原材料，利用其自身所具有的復(fù)合酶進(jìn)行自水解，得到富含氨基酸的水解液，用水解液和葡萄皮上負(fù)載的微生物對高溫煅燒預(yù)處理后的石墨進(jìn)行復(fù)合改性，最終制得親水性石墨，本發(fā)明首先高溫煅燒去除石墨表面的酮基、碳基等疏水基團(tuán)，再利用蚯蚓水解液中氨基酸富含的氨基和羧基進(jìn)行表面改性，增加石墨表面的親水基團(tuán)，使其具有良好的親水潤濕分散性，既解決了傳統(tǒng)石墨難以在水中分散，潤濕性差的問題，又彌補了常見表面活性劑和涂層改性法操作復(fù)雜、成本昂貴且效果不明顯的缺陷，可以大規(guī)模推廣使用。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
（1）稱取200～300g新鮮蚯蚓放入玻璃燒杯中，再向燒杯中加入蚯蚓總體積1/2去離子水和10～15g剁碎后的蔥末，混合均勻后靜置饑餓處理3～5天，使蚯蚓吐出體內(nèi)贓物；
（2）將上述吐臟后的蚯蚓移入高速組織搗碎機(jī)中，在200～300W功率和10000～12000r/min轉(zhuǎn)速條件下?lián)v碎，將搗碎后的蚯蚓轉(zhuǎn)入酶解罐，加入400～500mL蒸餾水并用濃度為1mol/L檸檬酸調(diào)節(jié)pH至6.0～6.5，攪拌均勻后將酶解罐放入40～50℃恒溫箱中，保溫自溶酶解48～50h；
（3）待自溶酶解結(jié)束后，取出自溶酶解物放入沸水浴加熱滅活40～60min并自然冷卻至室溫，將冷卻后的自溶酶解物放入臥式離心機(jī)，以4000～5000r/min轉(zhuǎn)速離心處理10～15min，分離得到上清液，即得蚯蚓自溶水解液；
（4）稱取100～200g天然鱗片石墨放入管式電阻爐中，加熱升溫至300～400℃保溫煅燒2～3h后出爐，按固液比為1:1將煅燒后的石墨和上述蚯蚓自溶水解液混合后一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中，再加入30～40g新鮮葡萄皮，用攪拌棒攪拌均勻后，將發(fā)酵罐放入30～35℃溫室中，保溫發(fā)酵改性1～2周；
（5）發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾去除濾液，將濾渣依次用無水乙醇和去離子水反復(fù)沖洗3～5遍并人工挑除未發(fā)酵完全的葡萄皮，得到發(fā)酵改性后的石墨，將其放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，出料后包裝，即得親水性石墨。
本發(fā)明的物理性質(zhì)：本發(fā)明制得的親水性石墨的SV值由制備前的5.5cm3/g降至2.5～2.7cm3/g，F(xiàn)R值由18%降至0.5～0.8%，表面接觸角由88.8°降至25.0～25.8°，表面親水性得到大幅度的提高。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明制得的親水性石墨制備工藝簡單易操作，成本低廉且效果顯著；
（2）本發(fā)明制得的親水性石墨在水中潤濕性和分散性良好，表面接觸角僅為25.0～25.8°，具有極佳的表面親水性，可廣泛使用。
具體實施方式
稱取200～300g新鮮蚯蚓放入玻璃燒杯中，再向燒杯中加入蚯蚓總體積1/2去離子水和10～15g剁碎后的蔥末，混合均勻后靜置饑餓處理3～5天，使蚯蚓吐出體內(nèi)贓物；將上述吐臟后的蚯蚓移入高速組織搗碎機(jī)中，在200～300W功率和10000～12000r/min轉(zhuǎn)速條件下?lián)v碎，將搗碎后的蚯蚓轉(zhuǎn)入酶解罐，加入400～500mL蒸餾水并用濃度為1mol/L檸檬酸調(diào)節(jié)pH至6.0～6.5，攪拌均勻后將酶解罐放入40～50℃恒溫箱中，保溫自溶酶解48～50h；待自溶酶解結(jié)束后，取出自溶酶解物放入沸水浴加熱滅活40～60min并自然冷卻至室溫，將冷卻后的自溶酶解物放入臥式離心機(jī)，以4000～5000r/min轉(zhuǎn)速離心處理10～15min，分離得到上清液，即得蚯蚓自溶水解液；稱取100～200g天然鱗片石墨放入管式電阻爐中，加熱升溫至300～400℃保溫煅燒2～3h后出爐，按固液比為1:1將煅燒后的石墨和上述蚯蚓自溶水解液混合后一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中，再加入30～40g新鮮葡萄皮，用攪拌棒攪拌均勻后，將發(fā)酵罐放入30～35℃溫室中，保溫發(fā)酵改性1～2周；發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾去除濾液，將濾渣依次用無水乙醇和去離子水反復(fù)沖洗3～5遍并人工挑除未發(fā)酵完全的葡萄皮，得到發(fā)酵改性后的石墨，將其放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，出料后包裝，即得親水性石墨。
實例1
稱取200g新鮮蚯蚓放入玻璃燒杯中，再向燒杯中加入蚯蚓總體積1/2去離子水和10g剁碎后的蔥末，混合均勻后靜置饑餓處理3天，使蚯蚓吐出體內(nèi)贓物；將上述吐臟后的蚯蚓移入高速組織搗碎機(jī)中，在200W功率和10000r/min轉(zhuǎn)速條件下?lián)v碎，將搗碎后的蚯蚓轉(zhuǎn)入酶解罐，加入400mL蒸餾水并用濃度為1mol/L檸檬酸調(diào)節(jié)pH至6.0，攪拌均勻后將酶解罐放入40℃恒溫箱中，保溫自溶酶解48h；待自溶酶解結(jié)束后，取出自溶酶解物放入沸水浴加熱滅活40min并自然冷卻至室溫，將冷卻后的自溶酶解物放入臥式離心機(jī)，以4000r/min轉(zhuǎn)速離心處理10min，分離得到上清液，即得蚯蚓自溶水解液；稱取100g天然鱗片石墨放入管式電阻爐中，加熱升溫至300℃保溫煅燒2h后出爐，按固液比為1:1將煅燒后的石墨和上述蚯蚓自溶水解液混合后一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中，再加入30g新鮮葡萄皮，用攪拌棒攪拌均勻后，將發(fā)酵罐放入30℃溫室中，保溫發(fā)酵改性1周；發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾去除濾液，將濾渣依次用無水乙醇和去離子水反復(fù)沖洗3遍并人工挑除未發(fā)酵完全的葡萄皮，得到發(fā)酵改性后的石墨，將其放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，出料后包裝，即得親水性石墨。
本發(fā)明的物理性質(zhì)：本發(fā)明制得的親水性石墨的SV值由制備前的5.5cm3/g降至2.5cm3/g，F(xiàn)R值由18%降至0.5%，表面接觸角由88.8°降至25.0°，表面親水性得到大幅度的提高。
實例2
稱取250g新鮮蚯蚓放入玻璃燒杯中，再向燒杯中加入蚯蚓總體積1/2去離子水和13g剁碎后的蔥末，混合均勻后靜置饑餓處理4天，使蚯蚓吐出體內(nèi)贓物；將上述吐臟后的蚯蚓移入高速組織搗碎機(jī)中，在250W功率和11000r/min轉(zhuǎn)速條件下?lián)v碎，將搗碎后的蚯蚓轉(zhuǎn)入酶解罐，加入450mL蒸餾水并用濃度為1mol/L檸檬酸調(diào)節(jié)pH至6.3，攪拌均勻后將酶解罐放入45℃恒溫箱中，保溫自溶酶解49h；待自溶酶解結(jié)束后，取出自溶酶解物放入沸水浴加熱滅活50min并自然冷卻至室溫，將冷卻后的自溶酶解物放入臥式離心機(jī)，以4500r/min轉(zhuǎn)速離心處理13min，分離得到上清液，即得蚯蚓自溶水解液；稱取150g天然鱗片石墨放入管式電阻爐中，加熱升溫至350℃保溫煅燒3h后出爐，按固液比為1:1將煅燒后的石墨和上述蚯蚓自溶水解液混合后一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中，再加入35g新鮮葡萄皮，用攪拌棒攪拌均勻后，將發(fā)酵罐放入33℃溫室中，保溫發(fā)酵改性2周；發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾去除濾液，將濾渣依次用無水乙醇和去離子水反復(fù)沖洗4遍并人工挑除未發(fā)酵完全的葡萄皮，得到發(fā)酵改性后的石墨，將其放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，出料后包裝，即得親水性石墨。
本發(fā)明的物理性質(zhì)：本發(fā)明制得的親水性石墨的SV值由制備前的5.5cm3/g降至2.6cm3/g，F(xiàn)R值由18%降至0.7%，表面接觸角由88.8°降至25.4°，表面親水性得到大幅度的提高。
實例3
稱取300g新鮮蚯蚓放入玻璃燒杯中，再向燒杯中加入蚯蚓總體積1/2去離子水和15g剁碎后的蔥末，混合均勻后靜置饑餓處理5天，使蚯蚓吐出體內(nèi)贓物；將上述吐臟后的蚯蚓移入高速組織搗碎機(jī)中，在300W功率和12000r/min轉(zhuǎn)速條件下?lián)v碎，將搗碎后的蚯蚓轉(zhuǎn)入酶解罐，加入500mL蒸餾水并用濃度為1mol/L檸檬酸調(diào)節(jié)pH至6.5，攪拌均勻后將酶解罐放入50℃恒溫箱中，保溫自溶酶解50h；待自溶酶解結(jié)束后，取出自溶酶解物放入沸水浴加熱滅活60min并自然冷卻至室溫，將冷卻后的自溶酶解物放入臥式離心機(jī)，以5000r/min轉(zhuǎn)速離心處理15min，分離得到上清液，即得蚯蚓自溶水解液；稱取200g天然鱗片石墨放入管式電阻爐中，加熱升溫至400℃保溫煅燒3h后出爐，按固液比為1:1將煅燒后的石墨和上述蚯蚓自溶水解液混合后一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中，再加入40g新鮮葡萄皮，用攪拌棒攪拌均勻后，將發(fā)酵罐放入35℃溫室中，保溫發(fā)酵改性2周；發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵物過濾去除濾液，將濾渣依次用無水乙醇和去離子水反復(fù)沖洗5遍并人工挑除未發(fā)酵完全的葡萄皮，得到發(fā)酵改性后的石墨，將其放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，出料后包裝，即得親水性石墨。
本發(fā)明的物理性質(zhì)：本發(fā)明制得的親水性石墨的SV值由制備前的5.5cm3/g降至2.7cm3/g，F(xiàn)R值由18%降至0.8%，表面接觸角由88.8°降至25.8°，表面親水性得到大幅度的提高。