基于尿素预水解的生物碳化氧化镁固化地质材料的方法、材料及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于尿素预水解的生物碳化氧化镁固化地质材料的方法、材料及应用。该方法，包括如下步骤：将尿素和菌液混合进行预水解，其中，所述尿素的浓度为1～4mol/L，所述菌液中含有产脲酶菌且已培育至稳定期，预水解的时间为2～24小时；将地质材料、活性氧化镁混合为固体混合物，其中，所述活性氧化镁的质量为所述地质材料的质量的5～15％；将预水解后的混合液和所述固体混合物混合，配置成具有流动性的浆体；其中，所述预水解后的混合液与所述固体混合物的质量比为65：35～78:22。本发明专利技术的方法高了尿素和活性氧化镁的利用率，也提高了生物碳化活性氧化镁的性能，降低了试样的pH值、流动性，延缓了试样的凝结，提高了试样强度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
基于尿素预水解的生物碳化氧化镁固化地质材料的方法、材料及应用


[0001]本专利技术涉及一种基于尿素预水解的生物碳化氧化镁固化地质材料的方法、材料及应用。

技术介绍

[0002]水泥在从诞生以来对城市建设产生着重大的贡献，但是水泥生产不仅消耗大量的能源，还伴随着高污染高排放等问题。目前我国正在努力完成2030碳达峰及2060碳中和的宏伟目标，继续大量使用高碳排放的水泥与此目标不符，有必要继续寻求一种高效清洁的新兴固化方式。
[0003]微生物诱导活性氧化镁碳化技术作为一种新兴的固化技术，其主要是利用产脲酶微生物水解尿素并产生碳酸根和铵根，并与活性氧化镁水化产生的氢氧化镁生成碱式碳酸镁(HMCs)，此种矿物具有极强的胶结性，不仅可以胶结自身，还可以将各类骨料胶结充填，形成力学性能较好的材料。相较于水泥，活性氧化镁水泥烧制温度低(750℃ vs 1400℃)，微生物诱导活性氧化镁碳化技术将有利于达成碳中和目标。该技术在混凝土裂隙系修复、尾矿处理等方面得到了一定程度的研究。然而，目前该技术对于活性氧化镁、尿素等物料的利用率偏低，导致获取的强度偏低，这引起了大量的物料浪费。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于尿素预水解的生物碳化氧化镁固化地质材料的方法、材料及应用。
[0005]本专利技术的第一个方面提供一种基于尿素预水解的生物碳化氧化镁固化地质材料的方法，包括如下步骤：
[0006]将尿素和菌液混合进行预水解，其中，所述尿素的浓度为1～4mol/L，所述菌液中含有产脲酶菌且已培育至稳定期，预水解的时间为2～24小时；
[0007]将地质材料、活性氧化镁混合为固体混合物，其中，所述活性氧化镁的质量为所述地质材料的质量的5～15％；
[0008]将预水解后的混合液和所述固体混合物混合，配置成具有流动性的浆体；其中，所述预水解后的混合液与所述固体混合物的质量比为65：35～78:22。
[0009]优选地，所述固体混合物中还含有水化剂，所述水化剂的质量为所述固体混合物总质量的1～6％。更优选地，所述水化剂的质量为所述固体混合物总质量的1～5％，进一步为2～5％，更进一步为2～3％。水化剂进一步促进氧化镁的水化和镁离子的释放。
[0010]更优选地，所述水化剂包括四水合醋酸镁、六偏磷酸钠中的一种或两种。
[0011]优选地，所述预水解的时间为6～12小时。材料的强度在6
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12小时的范围内达到峰值，强度的增幅可以超过400％。
[0012]优选地，所述预水解在25～35℃下进行。
[0013]优选地，所述尿素的浓度为2～4mol/L；更优选为2～3mol/L。
[0014]优选地，所述产脲酶菌为巴氏芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌中的一种或两种。
[0015]所述地质材料包括但不限于建筑垃圾，淤泥，砂土、黄土等土，以及一些其他的颗粒状的材料，地质材料的pH不应超过9.5。在一具体的实施例中，所述地质材料为预处理为颗粒状的建筑垃圾骨料，所述建筑垃圾骨料主要为建筑用砖的废料。所述建筑垃圾骨料被预处理为颗粒状，粒径≤5mm，优选为≤2mm。
[0016]优选地，所述方法还包括如下步骤：将所述浆体注入模具、矿山采空区、地基或路基中，在25～35℃及90～95％的相对湿度下静置养护。更优选地，将所述浆体注入到待处理的路基、地基或边坡上，使其流平后静置养护。
[0017]在一具体且优选的实施例中，所述方法具体实施如下：
[0018]将尿素和培育至稳定期的菌液混合在25～35℃下预水解6～12小时；所述尿素的浓度为2～4mol/L；所述菌液中包括巴氏芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌中的一种或两种，且菌浓度OD600值大于过1.25，脲酶活性大于7U；
[0019]将建筑垃圾骨料、活性氧化镁及水化剂混合为固体混合物；所述建筑垃圾骨料的粒径≤5mm；所述活性氧化镁的纯度大于90％，目数小于300目，柠檬酸指示活性为20～25s，水化比例大于80％，所述活性氧化镁的质量为所述建筑垃圾骨料的质量的7.5～12.5％；所述水化剂包括四水合醋酸镁、六偏磷酸钠中的一种或两种，所述水化剂的质量为所述固体混合物总质量的1～6％；
[0020]将预水解后的混合液和所述固体混合物按照68:32～72:28的质量比例混合，配置成具有流动性的浆体；
[0021]将所述浆体注入模具、矿山采空区、地基或路基中，在25～35℃及90～95％的相对湿度下静置养护。
[0022]本专利技术的第二个方面提供一种由所述的基于尿素预水解的生物碳化氧化镁固化地质材料的方法制成的材料。
[0023]优选地，该材料包括水泥替代品、混凝土替代品、地基或路基材料或矿山采空区充填材料。
[0024]本专利技术的第三个方面提供一种所述的材料在水泥替代品制备、混凝土替代品制备、地基或路基材料制备、矿山采空区充填中的应用。
[0025]本专利技术采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
[0026]本专利技术的方法中，尿素用料为1～4mol/L，并和已培育至稳定期的产脲酶菌菌液混合预水解2～24小时，将尿素提前水解，促进活性氧化镁的碳化，提高了尿素和活性氧化镁的利用率，也提高了生物碳化活性氧化镁的性能，降低了试样的pH值、流动性，延缓了试样的凝结，提高了试样强度(强度的增幅可以超过400％)，该方法具有早强的特性，这扩宽了生物碳化活性氧化镁技术的适用性，为其作为水泥和混凝土等替代材料提供了有利的技术支撑。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普
通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1示出了建筑垃圾颗粒和活性氧化镁的颗粒级配曲线。
[0029]图2示出了对比例1及实施例1～4的试样的无侧限抗压强度随养护时间变化的曲线。
[0030]图3示出了对比例1及实施例1～4的尿素利用率随养护时间的变化曲线。
[0031]图4示出了对比例1及实施例1～4的试样的傅里叶红外图。
[0032]图5a和图5b分别示出了实施例2和对比例1的试样的扫描电镜图。
[0033]图6示出了对比例2及实施例5和6的试样的无侧限抗压强度随养护时间变化的曲线。
[0034]图7示出了对比例2及实施例5和6的尿素利用率随养护时间的变化曲线。
具体实施方式
[0035]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。
[0036]本实施方式提供的方法能显著提高生物碳化活性氧化镁技术中活性氧化镁利用和尿素利用的方法，是一种高效清洁的水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于尿素预水解的生物碳化氧化镁固化地质材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：将尿素和菌液混合进行预水解，其中，所述尿素的浓度为1～4mol/L，所述菌液中含有产脲酶菌且已培育至稳定期，预水解的时间为2～24小时；将地质材料、活性氧化镁混合为固体混合物，其中，所述活性氧化镁的质量为所述地质材料的质量的5～15％；将预水解后的混合液和所述固体混合物混合，配置成具有流动性的浆体；其中，所述预水解后的混合液与所述固体混合物的质量比为65：35～78:22。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体混合物中还含有水化剂，所述水化剂的质量为所述固体混合物总质量的1～6％。3.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水化剂包括四水合醋酸镁、六偏磷酸钠中的一种或两种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预水解的时间为6～12小时；所述预水解在25～35℃下进行。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述尿素的浓度为2～4mol/L；所述产脲酶菌为巴氏芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌中的一种或两种。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地质材料选自建筑垃圾、淤泥、土中的一种或多种的组合，所述地质材料的pH不超过9.5。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：将所述浆体注入模具、矿山采空...

【专利技术属性】
技术研发人员：王殿龙，唐朝生，泮晓华，程青，沈征涛，董志浩，王瑞，吕超，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：