一种含植物脲酶的土体固化剂及其零废生产工艺制造技术

本发明专利技术属于岩土加固技术领域，具体涉及一种含植物脲酶的土体固化剂及其零废生产工艺。粗提纯的植物脲酶溶液中含有大量的无关蛋白质，严重影响土体固化剂的处理效果，导致施工无法达到预期目的，同时也造成了严重的浪费和环境污染。本发明专利技术通过对市面上常见的植物脲酶提取方法进行优化，显著降低了植物脲酶溶液中的蛋白质浓度，极大程度地提升了含植物脲酶的土体固化剂的下渗性能和扩宽了该类土体固化剂的应用领域；本发明专利技术将分离出的大豆蛋白和剩余的豆渣等固体废弃物进行二次利用，并且在生产土体固化剂的同时，没有任何废弃物产生，经济性强，环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种含植物脲酶的土体固化剂及其零废生产工艺
本专利技术属于岩土加固
，具体涉及一种含植物脲酶的土体固化剂及其零废生产工艺。
技术介绍
脲酶诱导碳酸钙沉淀技术(enzymeinducedcarbonateprecipitation，后文简称EICP技术)是岩土工程领域的一种新兴技术，通过向土体中增添一定比例的尿素、钙源和商业脲酶，可以诱导生成具有胶结能力的碳酸钙，使土颗粒相互胶结，从而达到改良土体的目的。目前，国内外学者专家对商业脲酶诱导碳酸钙沉淀技术进行了大量实验研究，证实其能有效增强土体强度、改善土体渗透性能、增强土体抗风蚀和抗水流侵蚀的能力。由于商业脲酶提纯难度大，提纯成本高，导致EICP技术的经济性较差，目前在工程中处于不利地位。为了节约成本，许多学者成功从植物的某些组织和器官(大豆、刀豆、西瓜种子等)中提取出植物脲酶，植物脲酶同样具备将尿素分解成碳酸根的能力，在后续的许多研究中，证明植物脲酶可以比较完美地替代商业脲酶，进行EICP实验。此外，大量的实验已经证明，植物脲酶诱导碳酸钙沉淀技术施工简便，工期短，经济性好，已经被应用于地基的抗液化处理、沙漠的防风固沙、边坡加固等多种工程领域，取得了良好的效果。但植物脲酶诱导碳酸钙沉淀技术同样也有需要完善的地方，其中一项就是植物脲酶的提纯是极其简单的粗提纯，从植物中提纯出的物质不仅仅是脲酶，还有其他与反应过程无关的蛋白质、脂类等物质。这些无关物质中，蛋白质的影响最大，因为加入的无机盐能够使植物脲酶溶液中的蛋白质发生一系列复杂的反应，最终导致堵塞土颗粒空隙，阻碍了固化剂的下渗和进一步加固处理土体。为了减少蛋白质等无关物质对EICP反应过程的影响，现在急需一种新技术，用于改良现有的植物脲酶提取方法，在不影响或少量影响植物脲酶活性的基础上，去除溶液中的大多数蛋白质等无关杂质，进而改善植物脲酶诱导碳酸钙沉淀技术的处理效果。同时，被去除的蛋白质具有极高的经济价值，如果能将这一部分蛋白质再次利用起来，可以更进一步地降低植物脲酶诱导碳酸钙沉淀技术的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种经过预处理的包含植物脲酶的土体固化剂，能够解决传统植物脲酶固化剂中蛋白质含量过高引起的土体堵塞等难题，提升了含植物脲酶的土体固化剂的渗透性；并将豆渣和经过预处理步骤分离出的无用大豆蛋白等有机物收集后重复利用，制成豆制品等副产物，能够进一步降低经济成本；同时提供一种零废生产工艺方案，能够确定不同种类、不同批次原材料的最佳处理方案，获得最有效的土体固化剂，并对所有废弃物进行回收利用，降低处理成本的同时完全解决废弃物的污染问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种含植物脲酶的土体固化剂及其零废生产工艺，其特征在于:一种含植物脲酶的土体固化剂，其由体积比4：1-1：4的经过预处理的植物脲酶溶液和无机处理液配制而成。进一步的，无机处理液为0.1-3mol/L的尿素溶液和0.1-3mol/L的钙盐溶液等体积混合，搅拌均匀后得到的溶液。进一步的，经过预处理的植物脲酶溶液为通过零废生产工艺后获得的、按照最优处理方案去除蛋白质后的植物脲酶溶液。进一步的，钙盐为氯化钙、硝酸钙、乙酸钙、甲酸钙中的一种或多种。一种含植物脲酶的土体固化剂的零废生产工艺，主要包含以下步骤：步骤一、常规植物脲酶溶液的制备：将适量豆类置于60℃烘箱2小时，随后置于粉碎机中粉碎，过100目筛网得到豆粉，将豆粉收集置于通风处保存；称取适量豆粉，将其溶解于去离子水中，配制成10-200g/L的豆粉溶液，搅拌均匀，使用KDC-2046低速冷冻离心机以4℃，3000r/min的状态参数将豆粉溶液离心15分钟，将离心后的豆粉溶液过滤，收集过滤后的固体残留物A，经过过滤的豆粉溶液即为常规豆酶溶液，固体残留物A即为豆渣A。步骤二、常规脲酶溶液的预处理：将步骤一中常规豆酶溶液放入5℃环境中低温冷藏12h,在需要进行预处理操作前取出备用；准备多组烧杯(7-9个)，依次编号后备用；依次向每个烧杯中添加等体积100-200mL的常规豆酶溶液，每个烧杯中放入磁力转子，置于磁力搅拌器上一直搅拌，以保证豆酶溶液的均匀性。取用适量的预处理试剂(氯化钙、氯化镁或硫酸钙等)，放入60℃烘箱中12h,从烘箱中取出后将结块部分碾成粉末后备用。根据豆酶溶液的初始浓度，选用配套的预处理试剂浓度梯度方案，称取适量的预处理试剂，依次加入准备好的多组烧杯中，低速搅拌5分钟后暂停磁力搅拌机，静置溶液五分钟；待到溶液出现明显分层，且上层清液中呈现出澄清状态，将溶液倒入离心瓶中，使用KDC-2046低速冷冻离心机以4℃，3000r/min的状态参数将经过预处理的溶液离心15分钟。离心完毕后，将溶液过滤，收集过滤后得到的澄清溶液，并收集过滤后的固体残留物B，该澄清溶液即为经过预处理的预处理豆酶溶液，固体残留物B即为分离出的大豆蛋白等有机质。根据步骤一中所配置豆酶溶液的浓度(10-200g/L)，选取配套的预处理浓度方案(0.0005-0.15mol/L),对常规豆酶溶液进行预处理操作。(10g/L的豆酶溶液浓度配制0.0005-0.0075mol/L的预处理试剂，200g/L的豆酶溶液浓度配制0.01-0.15mol/L的预处理试剂。)步骤三、最佳处理方案的确定：收集步骤二中获得的多组不同预处理程度的澄清豆酶溶液，按照编号排序。此组豆酶溶液的性能即代表着某一浓度常规豆酶溶液经过不同程度处理后的预处理效果。通过对这组溶液的活性和蛋白质含量参数进行测量，分析不同处理方案的效果，就能够确定出此浓度豆酶溶液的最佳预处理方案。对每组预处理豆酶溶液进行测试。使用双缩脲染色法对每组溶液进行蛋白质含量测试，使用电导率法对每组溶液进行脲酶活性的测试，统计分析测试结果。将各组预处理豆酶溶液的活性剩余率S和蛋白质利用率K绘制成以预处理试剂添加浓度为横坐标的曲线图，综合分析S、K取值，根据筛选原则，选取最佳的预处理试剂浓度，此浓度方案即为最佳处理方案，按照此浓度方案进行预处理后得到的预处理脲酶溶液即为该浓度豆酶的最优溶液。双缩脲染色法：配制不同浓度的标准蛋白质溶液各1mL，加入4mL双缩脲试剂，充分摇匀后，在室温下放置30分钟，利用分光光度计在540nm处进行比色测定，根据结果绘制蛋白质标准曲线。取2-3个试管，用上述同样的方法，测定每组预处理豆酶溶液的蛋白质浓度。电导率法：各个澄清溶液内取3mL混合溶液，加入体积为27mL浓度为1.11mol/L的尿素溶液，在室温条件下利用电导率仪测量其每5分钟的电导率变化情况，连续测量3次取均值。植物脲酶水解尿素会产成碳酸根离子与铵根离子，溶液内的离子变化则会引起电导率的变化。而溶液电导率变化量与尿素水解量成正相关，因此单位时间内的尿素水解量可以作为衡量植物脲酶活性的指标。步骤四、土体固化剂的配制：无机处理液的配制：将0.1-3mol/L的尿素溶液和0.1-3mol/L的钙盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含植物脲酶的土体固化剂及其零废生产工艺，其特征在于:/n一种含植物脲酶的土体固化剂，其由体积比4：1-1：4的预处理植物脲酶溶液和无机处理液配制而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种含植物脲酶的土体固化剂及其零废生产工艺，其特征在于:
一种含植物脲酶的土体固化剂，其由体积比4：1-1：4的预处理植物脲酶溶液和无机处理液配制而成。


2.根据权利要求1所述的一种含植物脲酶的土体固化剂及其零废生产工艺，其特征在于:所述无机处理液为0.1-3mol/L的尿素溶液和0.1-3mol/L的钙盐溶液等体积混合，搅拌均匀后得到的溶液。


3.根据权利要求1所述的一种含植物脲酶的土体固化剂及其零废生产工艺，其特征在于:所述预处理植物脲酶溶液为去除蛋白质后的植物脲酶溶液。


4.一种含植物脲酶的土体固化剂的零废生产工艺，其特征在于，主要包含以下步骤：
步骤一、常规植物脲酶溶液的制备：
将适量豆类置于60℃烘箱2小时，随后置于粉碎机中粉碎，过100目筛网得到豆粉，将豆粉收集置于通风处保存；
称取适量豆粉，将其溶解于去离子水中，配制成10-200g/L的豆粉溶液，搅拌均匀，使用KDC-2046低速冷冻离心机以4℃，3000r/min的状态参数将豆粉溶液离心15分钟，将离心后的豆粉溶液过滤，收集过滤后的固体残留物A，经过过滤的豆粉溶液即为常规豆酶溶液，固体残留物A即为豆渣A；
步骤二、常规脲酶溶液的预处理：
将步骤一中常规豆酶溶液放入5℃环境中低温冷藏12h,在需要进行预处理操作前取出备用；准备多组烧杯，依次编号后备用；依次向每个烧杯中添加等体积100-200mL的常规豆酶溶液，每个烧杯中放入磁力转子，置于磁力搅拌器上一直搅拌，以保证豆酶溶液的均匀性；取用适量的预处理试剂，放入60℃烘箱中12h,从烘箱中取出后将结块部分碾成粉末后备用；
根据豆酶溶液的初始浓度，选用配套的预处理试剂浓度梯度方案，称取适量的预处理试剂，依次加入准备好的多组烧杯中，低速搅拌5分钟后暂停磁力搅拌机，静置溶液五分钟；待到溶液出现明显分层，且上层清液中呈现出澄清状态，将溶液倒入离心瓶中，使用低速冷冻离心机以4℃、3000r/min的状态参数将经过预处理的溶液离心15分钟；离心完毕后，将溶液过滤，收集过滤后得到的澄清溶液，并收集过滤后的固体残留物B，该澄清溶液即为经过预处理的预处理豆酶溶液，固体残留物B即为分离出的大豆蛋白等有机质；
根据步骤一中所配置豆酶溶液的浓度为10-200g/L，选取配套的预处理浓度方案为0.0005-0.15mol/L,对常规豆酶溶液进行预处理操作；(10g/L的豆酶溶液浓度配制0.0005-0.0075mol/L的预处理试剂，200g/L的豆酶溶液浓度配制0.01-0.15mol/L的预处理试剂。)
步骤三、最佳处理方案的确定：
收集步骤二中获得的多组不同预处理程度的澄清豆酶溶液，按照编号排序；此组豆酶溶液的性能即代表着某一浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉峰，严柏杨，舒爽，张燚，葛彬，叶至韬，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32