氧化石墨烯在微生物诱导碳酸钙沉淀中的应用制造技术

本发明专利技术提供了氧化石墨烯在微生物诱导碳酸钙沉淀中的应用、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、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。

Application of graphene oxide in microbial induced precipitation of calcium carbonate

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯在微生物诱导碳酸钙沉淀中的应用
本专利技术涉及氧化石墨烯在微生物诱导碳酸钙沉淀中的应用。
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
本专利技术克服了现有技术的不足，提供了如下技术方案：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，所述胶结液为产脲酶微生物诱导碳酸钙固结土壤提供了碳酸根和钙离子。在本专利技术中，所述尿素溶液和钙盐溶液的摩尔浓度独立的优选为0.3～0.5mol/L。所述尿素溶液和钙盐溶液的体积比优选为(100～140):(100～140)。本专利技术对所述尿素和钙盐的来源没有特殊限定，采用常规市售产品即本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法，该方法的反应体系中，除了含产脲酶微生物和胶结物，还含有氧化石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.利用微生物诱导碳酸钙沉淀的方法，该方法的反应体系中，除了含产脲酶微生物和胶结物，还含有氧化石墨烯。


2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述产脲酶微生物、胶结物和氧化石墨烯的配比，等同于如下原料中的配比：该原料由三种水溶液混合而成，分别为产脲酶微生物溶液、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.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述有效活菌数为1.299×107～8.59×107，如为1.299×107～3.34×107、3.34×107～5.804×107或5.804×107～8.59×107。


4.如任一在先权利要求所述的方法，其特征是，所述原料的氧化石墨烯溶液的浓度为5-15mg/L，优...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐国旺，王贵和，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