一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用微生物诱导沉淀碳酸钙的方法。该方法为将细菌悬浮液与钙反应液混合得到总凝胶液，向凝胶液中加入钠蒙脱土进行钙碳酸盐沉淀；钠蒙脱土占总凝胶液的质量百分比为0.25％～1％。本发明专利技术通过钠蒙脱土的加入、在钠蒙脱土与反应液及尿素相互作用的条件下，加速了钙离子的沉淀、且使得钙离子能够达到完全沉淀的效果，非常明显的提高了该反应的效率，具有更大的实际应用价值；并在反应液较多的条件下能够使反应正向进行、使钙离子完全沉淀，明显提高该反应中碳酸钙的沉淀量。

【技术实现步骤摘要】
一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法
本专利技术涉及一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法。
技术介绍
微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是脲酶催化尿素水解改良土壤的一种创新方法，随着微生物学、地球化学、土木工程学等学科间的交叉研究的不断发展，微生物诱导碳酸钙沉积技术已逐步应用于各个领域中，该技术对于软土地基强度与稳定性的改善具有很好的作用。目前，关于MICP的研究主要集中在三个方面，一是着重于通过MICP的生物矿化来提高水泥胶凝材料的强度和耐久性。MICP通过钙碳沉淀在原位胶凝；一是关注由MICP引起的碳酸钙矿物沉淀，它们以三种非水化碳酸钙晶体的形式出现：方解石、霰石和vaterite。有研究者发现方解石产自MICP，也有学者考虑了由pumilus芽孢杆菌诱导的vaterite生物沉淀，也有学者考虑了Mg/Ca在4和6摩尔比下诱导的霰石；一是砂土固结方面，通过碳酸钙沉淀固结土体对于提高土体的力学性能具有明显的作用。在对MICP反应的研究过程中，钙离子的沉淀速率及沉淀量该过程的关键因素之一。该过程中，若钙离子沉降速率慢或沉淀量偏少，则不仅会降低反应速率、也会完成钙资源的浪费。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法。该方法通过钠蒙脱土(Na-MMT)与反应液、细菌悬浮液之间的相互作用，钠蒙脱土能够明显加速Ca的沉积，增加沉积碳酸钙的总质量，且增加反应液用量时仍然能够使MICP较好的向前进行；还能够吸附细菌、降低固结砂样的水导率。本专利技术提供了一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法，该方法包括：将产脲酶菌与含钙反应液混合得到总胶凝液，总胶凝液与钠蒙脱土混合后进行微生物诱导碳酸钙沉淀。任选地，所述产脲酶菌为巴氏芽孢杆菌(如保藏号为ATCC11859)；所述产脲酶菌可以含水的菌悬浮液的形式提供，优选所述菌悬浮液OD600＝1.0；所述OD的测定可以是在室温下、以水为对照测得的，优选地，光在样本中经过的距离可为1cm；所述含钙反应液为水溶液。任选地，所述钠蒙脱土占总胶凝液的质量百分比为0.25％～1％，如0.25％、0.5％、0.75％或1％。优选地，所述钠蒙脱土占总胶凝液的质量百分比为0.25％～0.5％，更优选地，所述钠蒙脱土占总胶凝液的质量百分比为0.25％。任选地，所述产脲酶菌悬浮液的制备具体如下：将15g/L的酪蛋白蛋白胨、5g/L的大豆蛋白胨、5g/L的NaCl和20g/L的尿素分别加入到1000ml去离子水中，制成培养基，培养基在121℃条件下灭菌30min；细菌在30℃、转速为120rpm条件下，培养基中进行需氧培养48小时；培养完成后，4℃、离心8min，成球；1000ml去离子水中重悬细菌球，得细菌悬浮液、备用。任选地，所述含钙反应液含有水溶性钙和尿素；水溶性钙与尿素的浓度可相等。任选地，所述水溶性钙与尿素的浓度均为0.25mol/L。任选地，所述的水溶性钙为CaCl2。任选地，所述产脲酶菌菌悬浮液与含钙反应液的质量比为1：4。本专利技术还公开了上述方法在砂粒固结或土壤改良中的应用。本专利技术具有以下有益效果：采用微生物沉淀碳酸钙反应中，反应液的增加不利于反应的正向进行，直接降低了待沉淀钙离子的量。本专利技术则通过钠蒙脱土的加入、在钠蒙脱土与反应液及尿素相互作用的条件下，加速了钙离子的沉淀、且使得钙离子能够达到完全沉淀的效果，并在反应液量较多的条件下仍然能够使反应正向进行、使钙离子完全沉淀，明显提高该反应中碳酸钙的沉淀量。钠蒙脱土的存在能够使尿素完全分解，钙离子完全反应形成碳酸钙沉淀。在钠蒙脱土的存在下，钙离子完全沉积所需时间与无钠蒙脱土加入相比，能够缩短15小时以上，即在能够使钙离子完全反应形成碳酸钙沉淀的条件下非常明显的提高了该反应的效率，具有更大的实际应用价值。在钠蒙脱土的存在下，反应液中细菌对于钙离子的吸附能力提高62％以上，在反应液量较多的条件下仍然能够达到较高的吸附量，更有利于钙离子的沉淀，克服了现有技术中反应液量较大时不利于反应正向进行的技术问题，且能够使沉淀均匀，固结均一。钠蒙脱土可以在MICP反应过程中实现晶体的团聚，对于生物胶结具有重要的影响。而且钠蒙脱土存在下沉淀的碳酸钙能够更好的防治溶液的渗入，具有良好的防渗效果，更好的提高了其工业应用价值。附图说明图1表示所用钠蒙脱土的粒径分布图；图2表示在不同钠蒙脱土加入量条件下、胶凝液中钙离子浓度的变化图；图3表示不同钠蒙脱土加入量条件下、胶凝液的pH值变化图；图4表示加入不同量钠蒙脱土的胶凝液中、对细菌的吸附能力；图5表示加入不同量钠蒙脱土的胶凝液中碳酸钙沉淀总量变化图；图6表示碳酸钙总质量随钠蒙脱土浓度的变化；图7表示不同浓度钠蒙脱土对水电导率的影响；图8(a)表示没有钠蒙脱土存在下碳酸钙沉淀固结沙粒扫描图，图8(b)表示图8(a)的局部放大图，图8(c)表示在钠蒙脱土存在下碳酸钙沉淀固结沙粒扫描图，图8(d)表示图8(c)的局部放大图；图9为所得碳酸钙沉淀的XRD图；图9(a)为在未加入钠蒙脱土的条件下微生物诱导所得碳酸钙沉淀的XRD图；图9(b)为加入0.25％钠蒙脱土的条件下微生物诱导所得碳酸钙沉淀的XRD图；图10表示在不同胶凝液条件下对于细菌的吸附量变化图；图11表示在不同胶凝液存在条件下、碳酸钙沉淀量变化图；图12表示不同胶凝液条件下不加钠蒙脱土所得碳酸钙的SEM图，胶凝液为100g(a)、200g(b)、300g(c)、400g(d)；图13表示不同胶凝液条件下加入0.25％钠蒙脱土所得碳酸钙的SEM图，胶凝液为100g(a)、200g(b)、300g(c)、400g(d)。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术进行更加详细的解释说明，但并不用于对本专利技术保护范围的限制。巴氏芽孢杆菌：ATCC11859(保藏号)，购买。尿素、氯化钙(CaCl2)、氯化钠(NaCl)、酪蛋白蛋白胨、大豆蛋白胨均购自中国上海国药控股化学试剂有限公司；752型紫外可见分光光度计购自上海舜宇恒平科学仪器有限公司。钠蒙脱土购自浙江丰鸿新材料有限公司，该钠蒙脱土的粒径分布如图1所示；悬浮培养基的配置：将酪蛋白胨(15g/L)、大豆蛋白胨(5g/L)、NaCl(5g/L)和尿素(20g/L)分别加到1000mL去离子水中，调节pH值至7.3，在121℃下灭菌30分钟。巴氏芽孢杆菌悬液的制备：将巴氏芽孢杆菌ATCC11859接种于100L悬浮培养基中，以120转/分的转速在30℃的培养基中培养48小时，获得的菌悬液在4℃离心8分钟、成球，将细菌颗粒悬浮在1000mL去离子水中，以备稀释使用。取上述巴氏芽孢杆菌ATCC11859悬液2L，用去离子水稀释其OD600为1.0，以备使用，其中OD的检测方法为：将紫外可见分光光度计的波长调至60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法，其特征在于，该方法包括：将产脲酶菌与含钙反应液混合得到总胶凝液，总胶凝液与钠蒙脱土混合后进行微生物诱导碳酸钙沉淀。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法，其特征在于，该方法包括：将产脲酶菌与含钙反应液混合得到总胶凝液，总胶凝液与钠蒙脱土混合后进行微生物诱导碳酸钙沉淀。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产脲酶菌为巴氏芽孢杆菌(如保藏号为ATCC11859)，所述产脲酶菌可以含水的菌悬浮液的形式提供，优选该菌悬浮液OD600＝1.0；所述含钙反应液为水溶液；所述钠蒙脱土是总胶凝液质量的0.25％～1％，如为总胶凝液质量的0.25％、0.5％、0.75％或1％。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钠蒙脱土是总胶凝液...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐国旺，王贵和，贾苍琴，王新杰，唐俊，
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