生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法以及固化形成的生物砂岩的性能测试方法技术

本发明专利技术公开了一种生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法,包括以下步骤：A、首先配制营养液，营养液的pH=7，营养液为酪蛋白15g/L和大豆蛋白胨5g/L的混合溶液；然后选择孢子巴斯德芽孢杆菌（Sporosarcina‑Pasteurii）并培养；B、孢子巴斯德芽孢杆菌培养液中按3mol/L加入MgCl2·2H2O和尿素混合溶液，按3mol/L加入K2HPO4·3H2O形成生物固化溶液；C、将生物固化溶液，单位面积喷洒量为3L/m2，循环喷洒在沙漠沙上，喷洒后沙漠沙在空气中保存3天后形成生物砂岩。本发明专利技术还公开了上述生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法固化形成的生物砂岩的性能测试方法。本发明专利技术提供的方法制备得到的生物固化溶液喷洒在沙漠沙上形成生物砂岩，可大大降低风蚀率，有效抑制沙漠地区产生的沙尘。

Method for solidifying desert sand by biological magnesium ammonium phosphate cement and testing method for properties of solidified formed biological sandstone

The invention discloses a method for consolidating desert sand of biological ammonium phosphate cement, which includes the following steps: A, first preparation of nutrient solution, pH=7 of nutrient solution, mixed solution of casein 15g/L and soybean peptone 5g/L, and then selected spores of Bacillus spore (Sporosarcina Pasteurii) and culture; B, spores. In the culture medium of Bacillus Pasteur, the mixed solution of MgCl2 / 2H2O and urea was added by 3mol/L, and K2HPO4. 3H2O was added to K2HPO4 3H2O to form a biological curing solution according to 3mol/L. C, the biological curing solution, the spray amount per unit area of 3L/m2, was sprinkled on the desert sand, and the desert sand was preserved in the air for 3 days after spraying, and formed a biological sandstone. The invention also discloses a method for testing the performance of the biological sandstone formed by solidifying the desert sand with the biological magnesium ammonium phosphate cement. The biological curing solution prepared by the method is sprayed on the desert sand to form a biological sandstone, which can greatly reduce the wind erosion rate and effectively suppress the sand dust produced in the desert area.

【技术实现步骤摘要】
生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法以及固化形成的生物砂岩的性能测试方法
技术介绍
沙漠化和沙尘暴是中国西北地区一大危害，传统处理方法中主要是采用植树造林的方式固化土地，阻挡沙尘，但是这种方法需要长期建设才能产生效果，如果能够结合一些短期手段，达到快速抑制沙尘，又长期固化沙土，则更理想。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法，该方法能够更加环保、更加快速的固化沙土。本专利技术所要解决的技术问题还包括提供一种上述生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法固化形成的生物砂岩的性能测试方法。为此，本专利技术提供的生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法,其特征是：包括以下步骤：A、首先配制营养液，营养液的pH=7，营养液为酪蛋白15g/L和大豆蛋白胨5g/L的混合溶液；然后选择孢子巴斯德芽孢杆菌（Sporosarcina-Pasteurii）并培养；紫外分光光度计测定其OD值在1.5-1.9范围内；B、孢子巴斯德芽孢杆菌培养液中按3mol/L加入MgCl2·2H2O和尿素混合溶液，按3mol/L加入K2HPO4·3H2O形成生物固化溶液，即生物磷酸铵镁水泥浆；配方中K2HPO4·3H2O与MgCl2·2H2O、尿素的摩尔比为1:1:1；C、将所述生物固化溶液，单位面积喷洒量为3L/m2，循环喷洒在沙漠沙上，喷洒后沙漠沙在空气中保存3天后形成生物砂岩，保存温度要求5-45±0.5℃。本专利技术还提供了上述生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法固化形成的生物砂岩的性能测试方法，包括：A、风湿率测试：首先将所述生物固化溶液喷洒沙漠表面1次并取出生物砂岩称得质量值，将所述生物固化溶液喷洒沙漠表面3次并取出生物砂岩称得质量值；然后将两种喷洒生成的生物砂岩样本的底部和周围采用铝片包裹且仅露出生物砂岩的上部，再置入风筒的内孔中，风筒包括筒体，筒体一端固定有风机，筒体内设置有试样固定槽，试样固定槽由周围的围板包围形成，两种喷洒生成的生物砂岩样本统一置入所述固定槽中；接着启动风机将平均风速控制在12.0m/s，持续吹风1小时；最后通过称量生物砂岩的吹风前质量值减去吹风后质量值计算得到两种生物砂岩喷施1次和3次的风蚀率分别为0g/m2/h和0g/m2/h；B、将所述生物固化溶液喷洒沙漠表面3次并取出生物砂岩试样；生物砂岩试样的三维孔隙结构演化通过X射线计算机断层摄影技术来研究生物磷酸铵镁在砂岩中的胶结，测得喷3次生物砂岩的最大缺陷体积为134mm3，XRCT测定的生物砂岩平均孔隙度为18.39％，结果进一步证实了生物磷酸铵镁水泥能很好地填充沙漠砂粒之间的孔隙度；C、将所述生物固化溶液循环喷洒在沙漠沙表层3次并取生物砂岩试样；将生物砂岩试样装入容器中，当沙粒固化层被破坏时，将黑麦草种植到生物砂岩试样中，黑麦草在4天后可以在空白组中成功生长，黑麦草也可以在11天后在生物砂岩试样中生长，由于微生物水泥组沙环境是弱碱性的，所以黑麦草在微生物水泥组中延迟生长，在黑麦草在空白组和生物砂岩试样组生长15天后，黑麦草的成长率与空白组一致。本专利技术提供的技术效果：1、采用生物磷酸铵镁水泥固化沙漠砂，由于采用的是生物固化方法，其对环境污染少，不会影响后期进行植树；2、采用生物固化溶液能够在沙土中快速固化形成生物砂岩，使沙土扬起得到抑制；3、上述生物砂岩的性能测试方法简单有效，能够快速得到风蚀率等各项数据。附图说明图1为沙漠砂（a）和生物砂岩（b）的X射线衍射图；图2为沙漠沙的SEM图像；图3为生物砂岩的SEM图像。具体实施方式以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，其中描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定专利技术。本专利技术提供的生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法,包括以下步骤：A、首先配制营养液，营养液的pH=7，营养液为酪蛋白15g/L和大豆蛋白胨5g/L的混合溶液；然后选择孢子巴斯德芽孢杆菌（Sporosarcina-Pasteurii）并培养；紫外分光光度计测定其OD值在1.5-1.9范围内；B、孢子巴斯德芽孢杆菌培养液中按3mol/L加入MgCl2·2H2O和尿素混合溶液，按3mol/L加入K2HPO4·3H2O形成生物固化溶液，即生物磷酸铵镁水泥浆；配方中K2HPO4·3H2O与MgCl2·2H2O、尿素的摩尔比为1:1:1；C、将所述生物固化溶液，单位面积喷洒量为3L/m2，循环喷洒在沙漠沙上，喷洒后沙漠沙在空气中保存3天后形成生物砂岩，保存温度要求5-45±0.5℃。本专利技术还提供了上述生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法固化形成的生物砂岩的性能测试方法，包括：A、风湿率测试：首先将所述生物固化溶液喷洒沙漠表面1次并取出生物砂岩称得质量值，将所述生物固化溶液喷洒沙漠表面3次并取出生物砂岩称得质量值；然后将两种喷洒生成的生物砂岩样本的底部和周围采用铝片包裹且仅露出生物砂岩的上部，再置入风筒的内孔中，风筒包括筒体，筒体一端固定有风机，筒体内设置有试样固定槽，试样固定槽由周围的围板包围形成，两种喷洒生成的生物砂岩样本统一置入所述固定槽中；接着启动风机将平均风速控制在12.0m/s，持续吹风1小时；最后通过称量生物砂岩的吹风前质量值减去吹风后质量值计算得到两种生物砂岩喷施1次和3次的风蚀率分别为0g/m2/h和0g/m2/h；B、将所述生物固化溶液喷洒沙漠表面3次并取出生物砂岩试样；生物砂岩试样的三维孔隙结构演化通过X射线计算机断层摄影技术来研究生物磷酸铵镁在砂岩中的胶结，测得喷3次生物砂岩的最大缺陷体积为134mm3，XRCT测定的生物砂岩平均孔隙度为18.39％，结果进一步证实了生物磷酸铵镁水泥能很好地填充沙漠砂粒之间的孔隙度；C、将所述生物固化溶液循环喷洒在沙漠沙表层3次并取生物砂岩试样；将生物砂岩试样装入容器中，当沙粒固化层被破坏时，将黑麦草种植到生物砂岩试样中，黑麦草在4天后可以在空白组中成功生长，黑麦草也可以在11天后在生物砂岩试样中生长，由于微生物水泥组沙环境是弱碱性的，所以黑麦草在微生物水泥组中延迟生长，在黑麦草在空白组和生物砂岩试样组生长15天后，黑麦草的成长率与空白组一致。下面以实施例的形式详细解释本专利技术的技术方案：通过特定的营养液（pH=7，酪蛋白15g/L和大豆蛋白胨5g/L的混合溶液）选择孢子巴斯德氏菌（Sporosarcina-Pasteurii）并培养。K2HPO4购自国药集团化学试剂有限公司。使用前先制备MgCl2·2H2O和尿素（3mol/L）的混合溶液。沙漠沙是从中国敦煌获得的。将MgCl2·2H2O和尿素（3mol/L）和含K2HPO4·3H2O（2mol/L）的Sporosarcina-Pasteurii混合溶液循环喷洒，最后，所有的生物砂岩都在空气中保存3天（30±2℃）。通过X-射线衍射（λ=1.5406）检验沙漠砂和生物砂岩的化学组成。通过扫描电镜（SEM）和Genesis60S能量色散能量色散X射线光谱仪（EDS）分别测量了沙漠和生物砂岩的形态和元素组成。生物砂岩的硬度由邵氏硬度计测试。根据文献报道，生物砂岩的3D图像通过X射线计算机断层摄影术（XRCT）测量。性能试验XRD确认沙漠的化学成分是石英砂（JCPDS卡号85-0504）（参照图3中的沙漠砂a）。生物砂岩的成分是磷酸铵镁-【本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法,其特征是：包括以下步骤：A、首先配制营养液，营养液的pH = 7，营养液为酪蛋白15g / L和大豆蛋白胨5g / L的混合溶液；然后选择孢子巴斯德芽孢杆菌（Sporosarcina‑Pasteurii）并培养；紫外分光光度计测定其OD值在1.5‑1.9范围内；B、孢子巴斯德芽孢杆菌培养液中按3mol / L加入MgCl2·2H2O和尿素混合溶液，按3mol / L加入 K2HPO4·3H2O形成生物固化溶液，即生物磷酸铵镁水泥浆；配方中K2HPO4·3H2O与MgCl2·2H2O、尿素的摩尔比为1 : 1: 1；C、将所述生物固化溶液，单位面积喷洒量为3L/m2，循环喷洒在沙漠沙上，喷洒后沙漠沙在空气中保存3天后形成生物砂岩，保存温度要求5‑45±0.5℃。

【技术特征摘要】
1.一种生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法,其特征是：包括以下步骤：A、首先配制营养液，营养液的pH=7，营养液为酪蛋白15g/L和大豆蛋白胨5g/L的混合溶液；然后选择孢子巴斯德芽孢杆菌（Sporosarcina-Pasteurii）并培养；紫外分光光度计测定其OD值在1.5-1.9范围内；B、孢子巴斯德芽孢杆菌培养液中按3mol/L加入MgCl2·2H2O和尿素混合溶液，按3mol/L加入K2HPO4·3H2O形成生物固化溶液，即生物磷酸铵镁水泥浆；配方中K2HPO4·3H2O与MgCl2·2H2O、尿素的摩尔比为1:1:1；C、将所述生物固化溶液，单位面积喷洒量为3L/m2，循环喷洒在沙漠沙上，喷洒后沙漠沙在空气中保存3天后形成生物砂岩，保存温度要求5-45±0.5℃。2.一种权利要求1所述生物磷酸铵镁水泥固结沙漠沙的方法固化形成的生物砂岩的性能测试方法，其特征是：包括：A、风湿率测试：首先将所述生物固化溶液喷洒沙漠表面1次并取出生物砂岩称得质量值，将所述生物固化溶液喷洒沙漠表面3次并取出生物砂岩称得质量值；然后将两种喷洒生成的生物砂岩样本的底部和周围采用铝片包裹且仅露出生物砂岩的上部，再置入风筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：於孝牛，余闯，孙林柱，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33