氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用、组合物及其使用方法技术

本发明专利技术提供了氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用、组合物及其使用方法，涉及微生物诱导碳酸钙土壤改良技术领域。本发明专利技术所述氧化石墨烯能够使得微生物诱导碳酸钙中碳酸钙晶体的快速生长，增加碳酸钙的产量；还可以改变碳酸钙晶体的大小，有利于土壤的固结，从而提高土壤的抗压强度。

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用、组合物及其使用方法
本专利技术涉及微生物诱导碳酸钙土壤改良
，具体涉及氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用、组合物及其使用方法。
技术介绍
微生物诱导碳酸钙固结土壤是土壤改良领域的主要发展趋势，其优点在于微生物诱导碳酸钙沉淀固结土壤作用机理是：微生物分解的脲酶可以水解溶液中的尿素产生碳酸根离子，碳酸根离子和溶液中的钙离子反应产生碳酸钙，碳酸钙以细菌作为核点将土壤固结在一起，提高了土壤的强度，对环境无危害，是一种绿色环保的新型材料，是土壤改良领域的主要发展趋势。但是，现有的微生物诱导碳酸钙沉淀固结土壤在使用中，由于尿素不能充分水解导致钙离子无法完全消耗，造成了资源的浪费。由于钙离子的不充分反应导致了碳酸钙产量的降低。由于土壤的抗压强度和碳酸钙的产量成正比例关系，因此土壤无法达到期望的强度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用、用于提高土壤固结强度的组合物及其使用方法，利用本专利技术的组合物能够提高微生物诱导碳酸钙时碳酸钙总的产量，提高土壤的抗压强度。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用。本专利技术还提供了一种用于提高土壤固结强度的组合物，包括以下原料：产脲酶微生物溶液、氧化石墨烯溶液和胶结液；所述产脲酶微生物溶液中产脲酶微生物的有效活菌数为1×107～9×107cfu/mL；所述氧化石墨烯溶液的浓度为5～20mg/L；所述胶结液的浓度为0.3～0.5mol/L；所述产脲酶微生物溶液、氧化石墨烯溶液和胶结液的体积比为(55～65):(2～8)(220～260)。优选的，所述产脲酶微生物包括巴氏芽孢杆菌。优选的，所述胶结液由尿素溶液和钙盐溶液混合得到。优选的，所述尿素溶液和钙盐溶液的摩尔浓度独立的为0.3～0.5mol/L。优选的，所述尿素溶液和钙盐溶液的体积比为(100～140):(100～140)。优选的，所述钙盐溶液中的钙盐包括氯化钙、醋酸钙、硝酸钙和乳酸钙中的一种或几种。本专利技术还提供了上述技术方案所述组合物的使用方法，包括：将所述产脲酶微生物溶液、氧化石墨烯溶液、胶结液与砂混合后进行土壤固结反应，实现提高土壤团结强度。优选的，所述砂的质量与产脲酶微生物溶液的体积比为(250～350)mg:(50～70)mL。。优选的，所述砂的质量与产脲酶微生物溶液的体积比为300mg:60mL。本专利技术提供了氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用、用于提高土壤固结强度的组合物及其使用方法。在本专利技术微生物诱导碳酸钙中加入氧化石墨烯，氧化石墨烯中的羧基可以吸附钙离子，导致氧化石墨烯被钙离子包裹，然后带正电的钙离子吸附产脲酶微生物，使得产脲酶微生物可以被固定；加入的氧化石墨烯提高钙离子的反应速率，增加碳酸钙的产量；加入的氧化石墨烯在不改变碳酸钙形态的前提下，可以改变碳酸钙晶体的大小，有利于土壤的固结，从而提高土壤的抗压强度。附图说明图1为CaCO3晶体生长过程的扫描电镜图像和能谱图，其中，(a)为在氧化石墨烯存在时CaCO3晶体生长过程的扫描电镜图像；(b)为氧化石墨烯对碳酸钙晶体生长影响的能谱图；其中，(b)记录了(a)标记区域A和B的C、O和Ca原子比；图2为氧化石墨烯对Ca2+浓度和CaCO3沉淀的总质量影响结果图，其中，(A)为不同氧化石墨烯浓度下的Ca2+浓度；(B)为不同细菌浓度(OD600)下，氧化石墨烯(10mg/L)存在时和氧化石墨烯不存在时的Ca2+浓度；(C)为不同氧化石墨烯浓度下CaCO3沉淀的总质量；(D)为不同细菌浓度(OD600)下，氧化石墨烯(10mg/L)存在和氧化石墨烯不存在时的CaCO3总质量沉淀；图3为CaCO3晶体XRD衍射图谱，其中，(a)为不添加氧化石墨烯CaCO3晶体XRD衍射图谱(OD600＝0.25)，(b)为添加氧化石墨烯(10mg/L)CaCO3晶体XRD衍射图谱(OD600＝0.25)；图4为不同细菌浓度下不加氧化石墨烯，D600＝0.25(a)，D600＝0.50(b)，D600＝0.75(c)，D600＝1.0(d)和加氧化石墨烯D600＝0.25(a1)，D600＝0.50(b1)，D600＝0.75(c1)，D600＝1.0(d1)时CaCO3晶体的扫描电镜图像；图5为细菌(OD600＝1.0)在5mg/L(a)、10mg/L(b)、15mg/L(c)和20mg/L(d)氧化石墨烯浓度下催化的CaCO3晶体的扫描电镜图像；图6为不同氧化石墨烯浓度下固结砂样品图；图7为不同氧化石墨烯浓度下固结砂的无侧限抗压强度结果图。具体实施方式本专利技术提供了氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用。本专利技术对所述氧化石墨烯的来源没有特殊限定，采用常规市售产品即可。在本专利技术中，在微生物诱导碳酸钙中加入氧化石墨烯，氧化石墨烯中的羧基可以吸附钙离子，导致氧化石墨烯被钙离子包裹，然后带正电的钙离子吸附产脲酶微生物，使得产脲酶微生物可以被固定；加入的氧化石墨烯提高钙离子的反应速率，增加碳酸钙的产量；加入的氧化石墨烯在不改变碳酸钙形态的前提下，可以改变碳酸钙晶体的大小，有利于土壤的固结，从而提高土壤的抗压强度。本专利技术对所述土壤的种类没有特殊限定，优选砂卵石地层土壤。本专利技术提供了一种用于提高土壤固结强度的组合物，包括以下原料：产脲酶微生物溶液、氧化石墨烯溶液和胶结液；所述产脲酶微生物溶液中产脲酶微生物的有效活菌数为1×107～9×107cfu/mL；所述氧化石墨烯溶液的浓度为5～20mg/L；所述胶结液的浓度为0.3～0.5mol/L；所述产脲酶微生物溶液、氧化石墨烯溶液和胶结液的体积比为(55～65):(2～8)(220～260)。本专利技术对所述产脲酶微生物的种类没有特殊限定，优选巴氏芽孢杆菌，更优选巴氏芽孢杆菌ATCC11859，所述巴氏芽孢杆菌ATCC11859采用常规市售产品即可。在本专利技术中，所述产脲酶微生物溶液中产脲酶微生物的有效活菌数为1×107～9×107cfu/ml，优选为3.34×107～5.804×107cfu/ml。在本专利技术中，产脲酶微生物分解的脲酶可以水解胶结液中的尿素产生碳酸根离子，碳酸根离子和胶结液中的钙离子反应产生碳酸钙，碳酸钙以细菌作为核点将土壤固结在一起。在本专利技术中，所述氧化石墨烯溶液的浓度为5～20mg/L，优选10～15mg/L。在本专利技术中，所述氧化石墨烯中的羧基可以吸附钙离子，导致氧化石墨烯被钙离子包裹，然后带正电的钙离子吸附产脲酶微生物，使得产脲酶微生物被固定，提高钙离子的反应速率，增加碳酸钙的产量，导致了碳酸钙晶体的快速生长和较大尺寸，显著提高土壤的抗压强度。在本专利技术中，所述胶结液优选由尿素溶液和钙盐溶液混合得到，所述钙盐的种类优选包括氯化钙、醋酸钙、硝酸钙和乳酸钙中的一种或几种。在本专利技术中，所述胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用。/n

【技术特征摘要】
1.氧化石墨烯在提高土壤固结强度中的应用。


2.一种用于提高土壤固结强度的组合物，其特征在于，包括以下原料：
产脲酶微生物溶液、氧化石墨烯溶液和胶结液；
所述产脲酶微生物溶液中产脲酶微生物的有效活菌数为1×107～9×107cfu/mL；
所述氧化石墨烯溶液的浓度为5～20mg/L；
所述胶结液的浓度为0.3～0.5mol/L；
所述产脲酶微生物溶液、氧化石墨烯溶液和胶结液的体积比为(55～65):(2～8)(220～260)。


3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述产脲酶微生物包括巴氏芽孢杆菌。


4.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述胶结液由尿素溶液和钙盐溶液混合得到。


5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述尿素溶液和钙盐溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贵和，唐国旺，唐俊，王新杰，张浩男，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11