[发明专利]一种碳酸钙制备方法

说明书

本发明涉及一种碳酸钙制备方法，包括以下步骤：制作细菌培养基，将实验所用细菌植入培养基中，并将细菌培养基放置于轨道振动器中在一定温度下培养一定时间，从轨道振动器中取出后去掉细菌培养基，得到所用细菌溶液；配制氯化钙溶液A液作为钙源；将动物尿液进行杀菌处理后，离心取上清液B液作为碳源；取细菌液加入A/B混合液中在一定温度下反应一定时间后，过滤干燥得到碳酸钙产品。该方法的特征是：利用微生物诱导制备碳酸钙，碳酸钙可以在细菌表面的核位点生长沉淀；利用动物尿液作为碳源，代替工业尿素制备碳酸钙；可用于混凝土裂缝修复、岩土工程和边坡稳定性应用，经济有效且生态友好具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于生物矿化技术领域，具体涉及一种碳酸钙制备方法。

背景技术

世界经济高速发展，环境保护、生态平衡越来越受到人们的重视，动物粪便的处理问题也引起了广泛关注，动物粪便含有NH₃、H₂S和氨等有害气体，畜禽粪便的长期大量堆积使环境中有害病菌数量急剧曾大，严重影响周围环境、动物和人体健康。而许多的畜禽养殖场建在河流附近，当大量未经处理的排泄物被排入河流后，恶臭难闻，而且有机氮、磷、钾也会导致河流富营养化，污染水体。

目前动物粪便的处理方法主要有用作沼气填充物(猪粪、牛粪等)、农用肥料和养殖用饲料(鸡粪、鹌鹑粪等)，而对其用于工业生产的研究还很有限。因为动物粪便中含有尿素，若将其代替工业用尿素使用，不仅大大降低了生产成本，而且也解决了污染环境，资源得不到高效利用的问题，并且拓展了研究思路。

生物以二氧化碳、水、天冬氨酸和氨等化学物质合成尿素，促使尿素合成的代谢途径是一种合成代谢，叫做尿素循环，此过程消耗能量，却必须进行。因为含氮废物具有毒性，且是常见的新陈代谢产物，必须被消除。在生物体内尿素在肝脏产生后融入血夜，最后通过肾脏由尿排出，少量尿素由汗排出。因此尿液是动物粪便中尿素含量最高的废弃物，故本发明采用的是利用动物尿液作为工业尿素的替代品进行生产碳酸钙，减少工业尿素的使用，从而降低能源消耗。

近几十年来，常用的工业用尿素是在微生物酶脲酶的催化作用下进行尿素的微生物水解，从而实现尿素的微粉化。但是对于利用动物尿液中尿素的生物技术应用，目前的研究甚少。鉴于此背景，本发明探究了利用动物尿液替代工业用尿素，在细菌代谢过程中产生的脲酶的催化作用下，进行碳酸钙沉淀。

当前制备碳酸钙的方法主要有：碳化法、复分解法、加热碳酸氢钙法、尿素水解法，而微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)来制备碳酸钙不仅绿色环保，降低成本，最重要的还大大解决了动物尿液自白流失浪费并且造成土壤污染的问题。

生物矿化是指由生物体通过生物大分子的调控生成无机矿物的过程。生物矿化的产生有三种机制：(1)生物控制的矿化由细胞活动组成，这些细胞活动专门指导生物矿化的形成，在这个过程中，生物细胞在一定的条件下控制着矿物的成核和生长，矿物质会在细胞内或细胞上的特定位置直接合成。(2)生物影响矿化是指与生物膜相关的细胞外聚合物质等细胞表面有机质的存在，导致被动地形成矿物沉淀。(3)生物诱导矿化是生物活动会改变机制的化学环境，导致过饱和矿物沉淀生成。与传统的化学法制备碳酸钙相比，这种方法大大节省资源，并且生产过程中对环境的影响很小。本发明中MICP可能产生的生物矿化和化学计量反应如下所示：

CO(NH₂)₂(来源于动物尿液中的尿素)+2H₂O→2NH₄⁺+CO₃^2-(细菌代谢过程产生的脲酶)

CaCl₂+H₂O→Ca₂⁺+2Cl^-

Ca²⁺+CO₃^2-→CaCO₃↓