一种固沙剂及基于高温沙漠地区高效固沙方法技术

本发明专利技术属于沙漠治理技术领域，具体涉及一种固沙剂及基于高温沙漠地区高效固沙方法，包括体积比为1：(1

【技术实现步骤摘要】
一种固沙剂及基于高温沙漠地区高效固沙方法


[0001]本专利技术属于沙漠治理
，具体涉及一种固沙剂及基于高温沙漠地区高效固沙方法。

技术介绍

[0002]生物成岩成矿作用是一种自然现象，它在地球形成的历史起了重要作用，这是近三十年地球化学的研究成果。重新认识生物成岩成矿的作用和地位，对岩土工程技术发展具有重要意义。其原理是通过微生物生长繁殖过程中产生脲酶，不断分解尿素，形成CO32‑
，在菌体细胞膜界面处带负电荷的水溶液中，与有机质不断螯合环境中的Ca
2+
，诱导出局部的晶体阴离子(CO32‑
)，随着CO32‑
浓度进一步增大，吸引更多的Ca
2+
，直至晶体表面CaCO3浓度增大到不断核化，最终沉积出CaCO3颗粒。正是利用微生物诱导碳酸钙这一原理进行固化砂土。
[0003]实际工况中，需要加固土体所处的环境错综复杂，例如在石油与天然气的开采过程中就会经常遇到高温环境60
‑
80℃，夏季白天沙漠地表温度可达70℃～80℃，在高温环境下如何应用EICP是亟待解决的问题。脲酶活性是EICP反应最核心的物质，它决定酶促反应的速率，最终反映在碳酸钙的生成量及其生成速率上。酶作为一种蛋白质，高温会影响其活性甚至使其失活，影响EICP在高温环境下的应用。
[0004]国外学者Whiffinvs在文章《Microbial CaCO
3 Precipitation forThe Production ofBiocement》中指出温度对脲酶活性的影响。文献指出，脲酶活性在15
‑
25℃保持稳定，在25
‑
60℃之间随温度增加线性增长，在75℃时达到峰值，在温度达到75℃后失活，温度越高失活速率越快。对此，有必要开发一种基于高温沙漠地区的高效固沙方法迫在眉睫。

技术实现思路

[0005]为了克服上述技术缺陷的不足，本专利技术提供了一种固沙剂及基于高温沙漠地区高效固沙方法。
[0006]为了达到上述目的，一方面，本专利技术提供一种固沙剂，关键在于：包括体积比为1：(1
‑
1.5)的脲酶液和胶凝液；所述胶凝液包括以下的组分，尿素的终浓度为0.5
‑
1.5mol/L、钙盐的终浓度为0.5
‑
1.5mol/L、木质素磺酸钠的终浓度为15
‑
20g/L。优选的方案中，脲酶液和胶凝液的体积比为1：(1
‑
1.5)；更优选的方案中，脲酶液和胶凝液的体积比为1：(1
‑
1.1)。
[0007]进一步地，所述脲酶液为浓度为20
‑
100g/L的大豆溶液离心分离得到。
[0008]进一步地，所述脲酶液采用以下方法制得：将粒径在5
‑
20μm的大豆粉溶于水中制成浓度20
‑
200g/L的大豆溶液，将大豆溶液搅拌均匀后离心处理，弃置底部沉淀物，取上层清液得到脲酶液。
[0009]进一步地，所述大豆溶液的离心转速为3000
‑
6000r/min，离心时间为10
‑
30min。
[0010]进一步地，所述胶凝液采用以下方法制得：将尿素与钙盐溶于蒸馏水中，再加入木
质素磺酸钠，搅拌均匀，制得。
[0011]进一步地，所述钙盐为氯化钙、硝酸钙、氯化钙、碳酸钙中的至少一种。
[0012]另一方面，本专利技术提供一种高温沙漠地区高效固沙方法，关键在于：将以上所述固沙剂喷洒于高温沙漠中，进行生物矿化固沙。
[0013]进一步地，将体积比为1：(1
‑
1.5)脲酶液和胶凝液混合后，按1
‑
5L/m2的用量向沙土表层均匀喷洒，用于将沙土颗粒胶结在一起并形成具有一定强度的硬壳层。
[0014]本专利技术的有益效果是：通过在胶凝液中加入木质素磺酸钠，作为脲酶活性的保护剂，确保在高温条件下能维持脲酶的活性，使其能高温条件下，经济高效地生成碳酸钙，提高高温沙漠地区固沙效果，工艺简单，成本低廉，资源丰富，环境友好，蕴含着巨大的社会、生态和经济效益。
具体实施方式
[0015]为使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本专利技术中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
[0016]实施例1制备固沙剂
[0017]称量粒径在5
‑
20μm的精磨豆粉，取干燥洁净烧杯量取蒸馏水500ml，将豆粉溶于蒸馏水中，配置大豆溶液浓度为20g/L。并使用磁力搅拌器搅拌5分钟。称量尿素和醋酸钙，取干燥洁净烧杯量取蒸馏水1000ml，将尿素与醋酸钙溶于蒸馏水中，再加入木质素磺酸钠15g，使用磁力搅拌器搅拌3分钟，将大豆溶液与胶凝液密封放入4℃的冰箱中保存；将静置的大豆溶液取出，搅拌均匀后，使用离心机离心大豆溶液，离心时间为10分钟，离心转速为3000转/分钟，取离心后的上清液密封于4℃的冰箱中保存，此清液即为脲酶溶液。
[0018]实施例2～10
[0019]各实施例与实施例1基本相同，不同之处见表1。
[0020][0021]对本专利技术实施例1
‑
10制得的固沙剂进行如下碳酸钙产出测试：
[0022]具体操作为：取出胶凝液，使用微量移液枪取15ml置于离心管中，取出静置的脲酶溶液，取15ml与胶凝液等体积混合，后将离心管置于恒温水浴箱中反应3小时；反应结束后，对反应所用离心管进行离心操作，离心时间为5分钟，离心转速为3000转/分钟。离心后过滤产物，取滤纸与离心管置于75℃烘箱中烘干24小时；取出滤纸与离心管，称量其质量。后进行酸洗操作，待离心管中不再存在沉淀物，且液面不再产生气泡为止，将滤纸与离心管置于75℃烘箱中烘干24小时；取出滤纸与离心管，称量其质量，可得出碳酸钙生成量，计算后可得碳酸钙产率；试验设置两组平行样，取测试结果的均值作为最终结果。使用碳酸产率/大豆溶液浓度来反应该温度下特定浓度大豆溶液的经济效益，所得碳酸钙质量、产率及经济效益见表2。
[0023]表2
[0024][0025]从上表中可以看到，可以根据不同温度下的最佳大豆溶液浓度，确定适宜反应温度，来提高碳酸钙产率，从而在65
‑
85℃的高温条件下，仍然可以经济高效地生成碳酸钙，提高高温沙漠地区固沙效果。
[0026]最后需要说明，上述描述仅为本专利技术的优选实施例，本领域的技术人员在本专利技术的启示下，在不违背本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固沙剂，其特征在于：包括体积比为1：(1
‑
1.5)的脲酶液和胶凝液；所述胶凝液中，尿素的终浓度为0.5
‑
1.5mol/L、钙盐的终浓度为0.5
‑
1.5mol/L、木质素磺酸钠的终浓度为15
‑
20g/L。2.根据权利要求1所述的一种固沙剂，其特征在于：所述脲酶液为浓度为20
‑
100g/L的大豆溶液离心分离得到。3.根据权利要求1或2所述的一种固沙剂，其特征在于，所述脲酶液采用以下方法制得：将粒径在5
‑
20μm的大豆粉溶于水中制成浓度20
‑
200g/L的大豆溶液，将大豆溶液搅拌均匀后离心处理，弃置底部沉淀物，取上层清液得到脲酶液。4.根据权利要求3所述的一种固沙剂，其特征在于，所述大豆溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵加海，缪林昌，朱文斌，唐魁，常江峰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：