一种具有固碳能力的新型胶凝材料及其制备与使用方法技术

本发明专利技术公开了一种具有固碳能力的新型胶凝材料及其制备与使用方法，制备得到菌体浓度为10

Novel cementing material with carbon fixation capability and preparation and use method thereof

The invention discloses a novel gelled material with carbon fixing capacity, a preparation method and a method for using the same, and the concentration of the bacteria is 10

【技术实现步骤摘要】
一种具有固碳能力的新型胶凝材料及其制备与使用方法
本专利技术涉及一种具有固碳能力的新型胶凝材料的制备与使用方法，利用多孔石膏或者多孔碳酸钙吸附微生物制备微生物菌粉，混入适量氢氧化钙后，可制备出一种具有固碳能力的新型胶凝材料。该胶凝材料遇水反应后可以吸收二氧化碳，并具有胶凝特性，属于建筑材料
技术背景传统硅酸盐水泥是目前使用最为广泛的胶凝材料，但其生产过程具有高能耗和高污染的特点，不仅消耗大量的化石资源，还排放出大量的二氧化碳。近年来，碳排放受到各国政府的高度重视。尤其，我国是世界上煤炭和水泥生产和消费大国，大量高能耗的电厂、炼厂、水泥厂云集，且现阶段产业发展基本还是依靠传统化石能源，能源利用中的70％为煤炭，仍处于煤炭时代，这种能源结构即使到2050年也难以完全改变，我国必将面临CO2减排的巨大压力。然而不可否认的是，CO2也是地球上最丰富的碳源，因此在考虑如何减排CO2的前提下，还可以将其固化再生为资源，还碳于地球。本专利技术就拟利用微生物的酶特性，制备出一种具有固碳能力的新型胶凝材料，其遇水反应后可以吸收二氧化碳，并具有胶凝特性。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种具有固碳能力的新型胶凝材料的制备配方及其使用方法。技术方案：一种具有固碳能力的新型胶凝材料，组成以质量份计为：1-50份硅酸盐细菌菌粉、100份氢氧化钙；所述的硅酸盐细菌菌粉是以多孔石膏或者多孔碳酸钙作为壁材，硅酸盐细菌作为芯材，喷雾干燥得到，硅酸盐细菌负载量在1.0×109–2.0×1010细胞/克。一种制备所述的具有固碳能力的新型胶凝材料的方法，步骤为：(1)培养硅酸盐细菌，获取其菌液：将硅酸盐细菌接种于灭菌后的培养基溶液培养得到含有硅酸盐细菌的菌液；(2)制备硅酸盐细菌菌粉：以多孔石膏或者多孔碳酸钙作为壁材，硅酸盐细菌作为芯材，进行喷雾干燥，制备成硅酸盐细菌菌粉；(3)制备胶凝材料：将硅酸盐细菌菌粉与氢氧化钙混合均匀得到所述的胶凝材料。所述的培养基溶液含有蛋白胨2.0-10.0g/L，牛肉浸取物1.0-8.0g/L，NaCl为2.0-10.0g/L，MnSO4·H2O为2.0-10.0mg/L。所述的硅酸盐细菌菌液菌体浓度为107～108细胞/mL。所述的培养条件是控制pH为6～8，于25～40℃下振荡培养24-48h。所述的喷雾干燥时，进风温度控制在120～180℃；出风温度控制在70～80℃。一种所述的具有固碳能力的新型胶凝材料的使用方法，组成以质量计，将15-40份该胶凝材料与10份水混合，静置24-48小时后，放入二氧化碳压力釜中，温度15-35℃，相对湿度30％-70％，保持0.2MPa-0.6MPa压力，CO2气体浓度20％-100％，保持通气60-300分钟，胶凝材料完成固结。有益效果：(1)通过硅酸盐细菌的酶化作用可以吸收二氧化碳与胶凝材料中的石膏和氢氧化钙发生水化反应，促进石膏和石灰的结晶，形成强度，并生成具有胶凝性的碳酸钙和不可溶性有机物EPS，进一步增强强度。(2)相比于传统硅酸盐水泥，该种胶凝材料的制备是在常温常压下完成的，低能耗，无污染，且可以吸收二氧化碳，具有显著的节能减排意义。(3)相比于传统硅酸盐水泥，该种胶凝材料水化进程快，可在3天内完成强度的增长。附图说明图1为电子扫描电镜下观察到的加了硅酸盐细菌的(a)实施例1和不加硅酸盐细菌的(b)实施例3的胶凝水化产物微观结构，能明显看出实施例1微观结构致密性得到显著增强。图2电子扫描电镜下观察到的实施例3中的水化产物，包括了还没有碳化的氢氧化钙、具有胶凝性的碳酸钙、残留的硅酸盐细菌菌体以及具有胶凝性的不可溶有机物EPS。图3为实施例1水化产物的XRD分析图谱，经分析其主要水化产物是方解石。图4为加了硅酸盐细菌的(a)实施例1和不加硅酸盐细菌的实施例3的胶凝水化产物热重分析，分析结果中能明显看出，实施例1中只发现了碳酸钙的分解，而(b)实施例3中包括了碳酸钙和氢氧化钙两次热分解的过程。具体实施方式本专利技术所用的硅酸盐细菌来源于中国工业微生物菌种保藏中心，编号为23640。本专利技术用于制备具有固碳能力的新型胶凝材料的方法：(1)培养硅酸盐细菌，获取其菌液：将硅酸盐细菌接种于灭菌后的培养基溶液，每升培养基含有蛋白胨2.0-10.0g，牛肉浸取物1.0-8.0g，NaCl为2.0-10.0g，MnSO4·H2O为2.0-10.0mg，并控制pH为6～8，于25～40℃下振荡培养24-48h，得到含有硅酸盐细菌的菌液；(2)以多孔石膏或者多孔碳酸钙作为壁材，硅酸盐细菌作为芯材，进行喷雾干燥，进风温度控制在120～180℃；出风温度控制在70～80℃，最终负载量控制在1.0×109–2.0×1010细胞/克，制备成硅酸盐细菌菌粉；(3)将1-50份硅酸盐细菌菌粉与100份氢氧化钙混合制备得到本专利技术的胶凝材料；(4)将15-40份该胶凝材料与10份水混合成型，静置24-48小时后，放入二氧化碳压力釜中，温度15-35℃，相对湿度30％-70％，保持0.2MPa-0.6MPa压力，CO2气体浓度20％-100％，保持通气60-300分钟，该胶凝材料完成固结。实施例1(1)称取蛋白胨5g，牛肉浸取物3g，NaCl为5g，MnSO4·H2O为5mg，于1000mL去离子水中溶解，配置成所需培养基溶液，调节pH为7，125℃高温下灭菌25分钟后取出待冷却，将胶质芽孢杆菌接种至冷却培养基溶液中，37℃下振荡培养，振荡频率为170r/min，培养时间24h；(2)以多孔石膏作为壁材，硅酸盐细菌作为芯材，进行喷雾干燥，进风温度控制在150℃；出风温度控制在80℃，最终负载量为5.0×109细胞/克，制备成硅酸盐细菌菌粉；(3)将20份硅酸盐细菌菌粉与100份氢氧化钙混合制备得到本专利技术的胶凝材料；(4)将25份该胶凝材料与10份水混合成型，静置48小时后，放入二氧化碳压力釜中，温度20℃，相对湿度60％，保持0.3MPa压力，CO2气体浓度99％，保持通气180分钟，该胶凝材料完成固结，其抗压强度为9.80MPa，列于表1。实施例2(1)称取蛋白胨5g，牛肉浸取物3g，NaCl为5g，MnSO4·H2O为5mg，于1000mL去离子水中溶解，配置成所需培养基溶液，调节pH为7，125℃高温下灭菌25分钟后取出待冷却，将胶质芽孢杆菌接种至冷却培养基溶液中，37℃下振荡培养，振荡频率为170r/min，培养时间24h；(2)以多孔石膏作为壁材，硅酸盐细菌作为芯材，进行喷雾干燥，进风温度控制在150℃；出风温度控制在80℃，最终负载量为5.0×109细胞/克，制备成硅酸盐细菌菌粉；(3)将20份硅酸盐细菌菌粉与100份氢氧化钙混合制备得到本专利技术的胶凝材料；(4)将25份该胶凝材料与10份水混合成型，相较实施例1，前面步骤方法完全一致，所不同的是静置48小时后，未放置于二氧化碳压力釜中，而是继续静置180分钟，然后测速其强度，其抗压强度仅为0.56MPa，列于表1。实施例3(1)将20份石膏与100份氢氧化钙混合制备胶凝材料，相较于实施例1未负载微生物；(2)将25份该胶凝材料与10份水混合成型，静置48小时后，放入二氧化碳压力釜中，温度20℃，相对湿度60％，保持0.3MPa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有固碳能力的新型胶凝材料，其特征在于，组成以质量份计为： 1‑50份硅酸盐细菌菌粉、100份氢氧化钙；所述的硅酸盐细菌菌粉是以多孔石膏或者多孔碳酸钙作为壁材，硅酸盐细菌作为芯材，喷雾干燥得到，硅酸盐细菌负载量在1.0×10

【技术特征摘要】
1.一种具有固碳能力的新型胶凝材料，其特征在于，组成以质量份计为：1-50份硅酸盐细菌菌粉、100份氢氧化钙；所述的硅酸盐细菌菌粉是以多孔石膏或者多孔碳酸钙作为壁材，硅酸盐细菌作为芯材，喷雾干燥得到，硅酸盐细菌负载量在1.0×109–2.0×1010细胞/克。2.一种制备权利要求1所述的具有固碳能力的新型胶凝材料的方法，其特征在于，步骤为：（1）培养硅酸盐细菌，获取菌液：将硅酸盐细菌接种于灭菌后的培养基溶液培养得到含有硅酸盐细菌的菌液；（2）制备硅酸盐细菌菌粉：以多孔石膏或者多孔碳酸钙作为壁材，硅酸盐细菌作为芯材，进行喷雾干燥，制备成硅酸盐细菌菌粉；（3）制备胶凝材料：将硅酸盐细菌菌粉与氢氧化钙混合均匀得到所述的胶凝材料。3.如权利要求2所述的制备所述的具有固碳能力的新型胶凝材料的方法，其特征在于，所述的培养基溶液含有蛋白胨2.0-10.0g/L，牛肉浸取物1.0-8.0g/L，NaCl为2.0-10.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞兴，刘雨，丁泽晨，马锦雅，古震琦，吴利民，王佳扬，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32