[发明专利]微生物胶凝材料及利用其胶结砂粒形成菱镁矿的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型胶凝材料，具体地说涉及到一种利用微生物诱导形成的菱镁矿进行胶结砂颗粒的方法。

背景技术

目前，用于胶结松散颗粒的材料是硅酸盐水泥、石灰、石膏、水玻璃以及环氧树脂等人造化学材料。这些材料除环氧树脂外，其余材料都存在着污染环境、破坏生态的影响。其中，硅酸盐水泥是最常用的胶结材料，2010年我国水泥产量达到18.68亿吨，占世界水泥产量的一半以上。水泥生产过程的高能耗、高污染以及石灰石资源的限制已成为影响可持续发展的重大问题。因此，急需寻找可部分代替传统水泥的新型胶结材料，缓解硅酸盐水泥的生产压力，开拓新的应用领域。

发明内容

技术问题：本发明针对上述存在的问题，提供了一种微生物胶凝材料及利用其胶结砂粒形成菱镁矿的方法。利用微生物诱导生成具有胶结特性的菱镁矿，在菱镁矿作用下，可以将松散砂颗粒胶结成为一个整体。

技术方案：一种微生物胶凝材料，所述的微生物胶凝材料由嗜碱微生物菌液和混合溶液组成，其中嗜碱微生物菌液和混合溶液的体积比为1：1，所述的嗜碱微生物菌液为巴氏芽孢杆菌 Sporosarcina pasteurii菌液，所述混合溶液为尿素和MgCl₂·6H₂O的水溶液等体积混合后组成的混合溶液，其中尿素溶液浓度为1~3 mol·L^-1， MgCl₂·6H₂O溶液浓度为1~3 mol·L^-1。

所述的嗜碱微生物菌液为将菌株巴氏芽孢杆菌Sporosarcina pasteurii接种到牛肉膏、蛋白胨培养基中，每升培养基含有蛋白胨4~6g、牛肉膏2~4g，并控制pH为6~8，于30~37℃下培养16~24h得到含有巴氏芽孢杆菌Sporosarcina pasteurii的菌液。

一种利用所述的微生物胶凝材料胶结砂粒形成菱镁矿的方法，按富勒最紧密堆积方法配制两级配为0.15mm以下和0.15~0.30mm的砂70~90g，然后放入试模中；将微生物胶凝材料中的嗜碱微生物菌液以流速为4~6ml/min，混合溶液流速为10~20ml/min的速度，通过蠕动泵由下往上分别交替注入试模中，连续注入10~15天，试模中的砂粒胶结形成菱镁矿。

富勒级配公式P=(d/D)ⁿ中的n值取为1/2，P为小于粒径d的百分数，d为筛孔尺寸，D为颗粒最大粒径。

嗜碱菌液是由下往上注入试模，注满后在20~30℃下静置1~3h，待嗜碱菌液完全渗出后，再将混合溶液由下往上注入试模中，，注满后在20~30℃下静置1~3h，待混合溶液完全渗出后，再重新注入嗜碱菌液，循环交替，直至24h后无渗出。

利用微生物诱导形成的菱镁矿进行胶结砂颗粒的机理是：嗜碱性微生物在生长繁殖过程中产生的脲酶，不断分解混合溶液中的尿素形成CO₃^2-，并释放到微生物细胞表面，同时混合溶液中存在的Mg²⁺，吸附到带有负电荷的微生物细胞表面，以微生物细胞表面作为成核位点，从而形成具有胶结性质的菱镁矿。由微生物诱导形成的菱镁矿在松散颗粒之间充当桥梁作用，从而把松散颗粒胶结成为整体。整个反应如式（1）~式（3）所示。

(NH₂)₂CO+2H₂O=CO₃^2-+2NH₄⁺                      (1)

Mg²⁺+Cell=Cell-Mg²⁺                            (2)

Cell-Mg²⁺+ CO₃^2-= Cell-MgCO₃                       (3)

有益效果：

本发明充分利用自然界微生物资源，利用生物矿化作用形成的具有胶结性质的菱镁矿将松散砂颗粒胶结成为具有优良力学性能的整体。该方法使用的胶凝材料，环境清洁，成本低廉，属于真正意义上的环境友好型胶凝材料。同时，由于所得菱镁矿是在微生物有机质调控下生成，比一般化学法制得的菱镁矿具有更优良性能，从而可获得优良性能的微生物基材料。

附图说明