无热量或无压力的生物烧结制造技术

本发明专利技术涉及用于制造建筑材料、砌体、固体结构和组合物以促进粉尘控制的组合物、工具和方法。更具体地，本发明专利技术涉及使用少量预负载有孢子和/或营养细菌细胞的骨料材料制造砖块、砌体和其它固体结构。砌体和其它固体结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无热量或无压力的生物烧结
相关申请引用本申请要求于2019年2月15日提交的美国临时申请号62/806,346的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


[0001]本专利技术涉及涉及碳酸钙的酶促分解和再形成的生物烧结的组合物、工具和方法。特别地，本专利技术涉及使用沉淀和/或溶解碳酸钙的一种或多种酶来制造砖块、砌体和其它固体结构、控制粉尘以及建造道路、路径和其它固体表面。

技术介绍

[0002]传统的砖混结构严重依赖煤和木材等自然资源的燃烧。这种依赖导致了大量能源的消耗和同样大量的二氧化碳排放，因此非常依赖于有限的能源。这些传统过程的替代过程包括被称为微生物诱导的方解石沉淀(MICP)的方法。MICP包括将脲酶和脲作为能量源与骨料(aggregate)(例如举例而言，砂)结合。酶催化氨和二氧化碳的产生，提高组合物的pH水平。第二种酶，碳酸酐酶，促进二氧化碳转化成碳酸根阴离子。pH升高形成矿物“沉淀物”，将钙阳离子和碳酸根阴离子结合。存在于混合物中的颗粒充当成核位点，从钙中吸引矿物离子形成方解石晶体。矿物生长填充了砂粒之间的间隙，使它们生物胶结或结合在一起。优选地，颗粒包含宽度为至少5微米的间隙，但可以根据需要更大或更小。所得材料表现出与天然形成的砌体、砖块或其它固体结构类似的组成和物理性质。硬度可以至少基于初始组分的结构和所需的孔径来预先确定。
[0003]能够溶解碳酸钙的产酶细菌包括α
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变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β
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变形菌纲(Betaprobacteria)、γ
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变形菌纲(Gammaprobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)或放线菌门(Actinobacteria)。能够生物胶结的产酶细菌包括脲芽孢杆菌(Sporosarcina ureae)、普通变形杆菌(Proteus vulgaris)、球形芽孢杆菌(Bacillus sphaericus)、黄色粘球菌(Myxococcus xanthus)、奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)或幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)，但应适当关注致病菌株。也可以使用任何这些菌株的组合以及功能变体、突变和遗传修饰的菌株。细菌组合物含有营养介质以维持和/或允许细胞繁殖和增殖。用于细胞特别是用于本专利技术的细菌细胞的各种类型的营养介质是已知的并且是可商购的，并且至少包括通常用于运输以保持活力而不增殖的基本介质(或运输介质)，以及通常用于生长和增殖的酵母提取物和糖蜜。
[0004]这种通过诱导胶结作用制造建筑材料的方法表现出低隐含能源，并且可以在环境压力和宽的温度范围内发生。环境温度和条件以及可用骨料的含量可决定是否使用纯酶、冻干酶或活细胞作为起始组分。通常，活细胞在存在温和天气条件的温暖环境中使用，而纯酶在更极端的冷或热条件下可能是有利的。使用砂骨料和天然诱导的胶结作用的生物工程建筑单元的引入提供可以在当地生产和环境友好的天然替代方案。因为几乎不需要加热，所以在费用和效率方面的节能是巨大的。
[0005]MICP的另一个优点是该过程既可以小规模使用又可以大规模使用，并且容易自动化。本专利技术的砌体制造过程的主体内容物可以几乎是当地可获得的任何材料，包括岩石、砂、砾石以及几乎任何类型的石头。还可以在当地进行石料的破碎或破碎成片等加工。因此，运输成本和费用被最小化。本专利技术的组合物(其可在现场冻干和水合提供)、用于砖块的框架(如果另外不可用)和适当的说明书都需要提供。如果需要运输，这代表了输送成本的一小部分，特别是与现有的传统混凝土输送相关的费用相比。
[0006]MICP过程的另一个优点是生产“生长”的建筑材料，诸如砖块，主要利用矿物质、MICP和松散的骨料，如砂。不仅可以制造砖块和其他建筑材料，而且砖块本身可以被粘合到所需的位置，以将砖块彼此和/或其他材料“粘合”在一起，从而形成建筑物、支撑结构或构件、墙壁、道路和其他结构。
[0007]生物生长的砖块和砌体不需要使用传统的波特兰(Portland)水泥砂浆，它通过提供替代传统制造的高隐含能源的建筑材料来减少大气二氧化碳。使用细胞自然诱导矿物沉淀，结合当地骨料和快速制造方法，能够生产用于整个全球建筑业的当地的、生态的和经济的建筑材料。
[0008]虽然MICP可用于制造几乎任何形式的用于建筑的砖块、砌块或固体结构，但尚未开发用于大规模制造的有效方法。因此，需要一种快速和方便的过程，为既经济又对环境安全的砌体的制造提供一致性。而且，MICP所需的初始成分并不总是容易获得的。钙源通常仅以固体碳酸钙的形式获得。因此，存在获得钙的需要。

技术实现思路

[0009]本专利技术克服了与当前策略和设计相关联的问题和缺点，并且提供了用于制造建筑材料的新工具、组合物和方法。
[0010]本专利技术的一个实施方案涉及一种方法，所述方法包括提供含有表达溶解碳酸钙的酶的微生物的第一水性介质，在促进溶解碳酸钙的酶的活性的条件下将所述第一水性介质与碳酸钙结合，以及收集钙离子和/或游离碳。
[0011]在优选的实施方案中，水性介质包含用于微生物生长和增殖的盐、氨基酸、蛋白质、肽、碳水化合物、糖、多糖、脂肪酸、油、维生素和矿物质中的一种或多种，或使用前维持在基本介质中。优选地，微生物包括α
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变形菌纲、β
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变形菌纲、γ
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变形菌纲、厚壁菌门或放线菌门的种、亚种、菌株或菌型中的一种或多种。优选地，微生物包括贪噬菌属(Variovorax)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、微小杆菌属(Exiguobacterium)、微杆菌属(Microbacterium)、短杆菌属(Curtobacterium)、拉氏杆菌属(Rathayibacter)、CellFimi2、链霉菌属(Streptomyces)和/或拉乌尔氏菌属(Raoultella)的种、亚种、菌株或菌型中的一种或多种。
[0012]本专利技术的另一个实施方案涉及一种形成碳酸钙的方法。该方法包括提供含有表达形成碳酸钙的酶的微生物的第二水性介质，在促进形成碳酸钙的酶的活性的条件下将所述第二水性介质与所述收集的钙离子和/或收集的游离碳结合，并形成钙碳酸盐。通过提供含有表达溶解碳酸钙的酶的微生物的第一水性介质，在促进溶解碳酸钙的酶的活性的条件下将所述第一水性介质与碳酸钙结合，并收集钙离子和/或游离碳。
[0013]优选地，所述微生物包括巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcina pasteurii)、脲芽孢
八叠球菌、普通变形杆菌、球形芽孢杆菌、黄色粘球菌、奇异变形杆菌、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、幽门螺杆菌和/或产生脲酶和/或碳酸酐酶的微生物的种、亚种、菌株或菌型中的一种或多种。在优选的实施方案中，结合包括添加粘合剂。优选地，粘合剂包括聚合物、糖、多糖、碳水化合物、蛋白质、肽、脂肪酸、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：提供包含微生物的第一水性介质，所述微生物表达溶解碳酸钙的酶；在促进溶解碳酸钙的所述酶的活性的条件下，将所述第一水性介质与碳酸钙结合；以及收集钙离子和/或游离碳。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水性介质包含盐、氨基酸、蛋白质、肽、碳水化合物、糖、多糖、脂肪酸、油、维生素和矿物质中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述微生物包括α
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变形菌纲、β
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变形菌纲、γ
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变形菌纲、厚壁菌门或放线菌门的种、亚种、菌株或菌型中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述微生物包括贪噬菌属、克雷伯氏菌属、假单胞菌属、芽孢杆菌属、微小杆菌属、微杆菌属、短杆菌属、拉氏杆菌属、CellFimi2、链霉菌属和/或拉乌尔氏菌属的种、亚种、菌株或菌型中的一种或多种。5.一种形成碳酸钙的方法，包括：提供含有微生物的第二水性介质，所述微生物表达形成碳酸钙的酶；在促进形成碳酸钙的所述酶的活性的条件下，将所述第二水性介质与根据权利要求1的方法收集的所述钙离子和/或游离碳以及氮源结合；以及形成碳酸钙。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述微生物包括巴氏芽孢八叠球菌、脲芽孢八叠球菌、普通变形杆菌、球形芽孢杆菌、黄色粘球菌、奇异变形杆菌、巨大芽孢杆菌、幽门螺杆菌和/或产生脲酶和/或碳酸酐酶的微生物的种、亚种、菌株或菌型中的一种或多种。7.根据权利要求5所述的方法，其中结合包括添加粘合剂。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述粘合剂包括聚合物、糖、多糖、碳水化合物、脂肪酸、油、氨基酸或其组合。9.根据权利要求5所述的方法，其中结合所述第一水性介质基本上与结合所述第二水性介质一起进行。10.一种制造材料的方法，包括：提供含有微生物的第一水性介质，所述微生物表达溶解碳酸钙的酶；在促进溶解碳酸钙的所述酶形成钙离子和/或游离碳的活性的条件下，将所述第一水性介质与碳酸钙结合；将所述钙离子和/或游离碳与含有表达形成碳酸钙的酶的微生物的第二水性介质结合；以及形成碳酸钙。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述碳酸钙包括建筑材料。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述建筑材料包括砖块、薄砖、铺路材料、板材、瓷砖、饰面、煤渣砌块、微风砌块、贝塞尔砌块、熟料砌块或加气砌块、台面或桌面、设计结构、砌块、实心砌体结构、桥墩、地基、梁柱、墙壁或厚板。13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一水性介质和/或第二水性介质包含盐、氨基酸、蛋白质、肽、碳水化合物、糖、多糖、脂肪酸、油、维生素和矿物质中的一种或多种。14.一种制造建筑材料的方法，包括：
提供包含表达溶解碳酸钙的酶的微生物和表达形成碳酸钙的酶的微生物的水性介质；以及在促进所述溶解碳酸钙的酶产生钙离子和/或游离碳的活性的条件下将所述水性介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：拜奥梅森股份有限公司，
类型：发明
国别省市：