一種利用碳酸酐酶微生物固結(jié)土壤的試劑及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用碳酸酐酶微生物固化土壤的試劑及其使用方法，組成以質(zhì)量份計(jì)為1000份干土、50～200份MgO、50～200份水中按照20～100mL/g的量加入高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液，所述的高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液濃度為109～1011個/mL。將試劑混合攪拌均勻后填入試模中壓實(shí)，從試模頂部通入CO2氣體，保持通氣20～200min后，拆模后可獲得已固化膠結(jié)的土壤樣品，抗壓強(qiáng)度可達(dá)5MPa以上。主要利用碳酸酐酶的催化作用，促進(jìn)CO2的水合反應(yīng)，礦化形成具有膠結(jié)能力的碳酸鹽化合物，代替水泥固化土壤，節(jié)能環(huán)保。
【專利說明】一種利用碳酸酐酶微生物固結(jié)土壤的試劑及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用碳酸酐酶微生物固化土壤的方法，主要利用碳酸酐酶的催化作用，促進(jìn)CO2的水合反應(yīng)，礦化形成具有膠結(jié)能力的碳酸鹽化合物，代替水泥固化土壤，屬于微生物和土木工程材料交叉【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)土壤固化劑以水泥、石灰為主，其正日益面臨資源貧瘠、能源消耗、CO2排放和大氣污染等可持續(xù)發(fā)展問題，且其固化土壤強(qiáng)度增長較慢。自然界中某些特定環(huán)境下形成的方解石不僅具有高強(qiáng)度，還具有一定的膠結(jié)作用。本發(fā)明從此自然現(xiàn)象中得到啟發(fā)，嘗試通過碳酸酐酶微生物的酶加速與調(diào)控作用，吸收CO2礦化制備出具有膠凝作用的復(fù)合碳酸鹽，用于膠結(jié)加固不良地質(zhì)，固化過程快速且環(huán)境友好，并可吸收電廠和水泥廠排放出的CO2,節(jié)能減排效益顯著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種環(huán)境友好的可以快速固化土壤的試劑及其使用方法。
[0004]技術(shù)方案:一種利用碳酸酐酶微生物固結(jié)土壤的試劑，組成以質(zhì)量份計(jì)為1000份干土、50~200份MgO、50~200份水中按照20~100mL/g的量加入高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液，所述的高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液濃度為IO9~IO11個/mL。
[0005]一種所述的利用碳酸酐酶微生物固結(jié)土壤的試劑的使用方法，步驟為:
[0006](I)將膠質(zhì)芽孢桿菌接種至滅菌后的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，制備得到菌體濃度為IO7~IO8個/mL的膠質(zhì)芽孢桿菌菌液；
[0007](2)將培養(yǎng)獲得的膠質(zhì)芽孢桿菌菌液離心濃縮后，調(diào)節(jié)得到菌液濃度為IO9~IO11個/mL高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液；
[0008](3)將高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液、MgO、水按比例混合得到所述的固結(jié)土壤的試劑，然后按照1000質(zhì)量份干土中加入高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液20~100mL/g的量，將固結(jié)土壤的試劑與干土攪拌均勻后裝模，通入體積濃度為80%~100%的CO2氣體，通入速率為2L/min~10L/min,保持通氣20~200min,拆模后獲得已固化膠結(jié)的土壤樣品。
[0009]所述的培養(yǎng)基的組成以質(zhì)量體積濃度計(jì)為:蔗糖8~12g/L、Na2HPO4.12H202~3g/L、MgSO40.4 ~0.6g/L、CaCO30.5 ~1.5g/L、KC10.1 ~0.2g/L、(NH4)2SO40.4 ~0.6g/L、酵母提取物0.2~0.4g/L。
[0010]步驟(1)培養(yǎng)條件為pH為7~8，溫度為30~37°C。
`[0011]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0012](I)通過膠質(zhì)芽孢桿菌分泌的碳酸酐酶的酶催化作用，極大加速了 CO2與MgO的礦化反應(yīng)，固化土壤速率較快，最快20min就可以完成固化膠結(jié),傳統(tǒng)技術(shù)一般需要24h以上。
[0013](2)所用原材料環(huán)境友好，摒棄了傳統(tǒng)的水泥類與石灰類土壤固化劑，采用微生物-MgO-CO2的固化體系，將CO2以復(fù)合碳酸鹽礦物形態(tài)固定與土壤中，同時為土壤提供膠結(jié)作用，加固不良地質(zhì)，相較于傳統(tǒng)的水泥土壤固化劑，不僅減少了水泥生產(chǎn)過程中CO2的高排放量，還可進(jìn)一步吸收電廠和水泥廠排放出的CO2,節(jié)能減排效益顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為采用此微生物固化土壤方法在通入CO2氣體20min后獲得的土壤膠結(jié)樣品實(shí)物圖。
[0015]圖2為采用此微生物固化土壤方法獲得的土壤膠結(jié)樣品的SEM圖。
[0016]圖3為未添加微生物的土壤在通入CO2氣體后獲得的土壤膠結(jié)樣品的SEM圖。
[0017]圖4為添加微生物和未添加微生物土壤在分別通入CO2氣體20min和200min后的土壤樣品的抗壓強(qiáng)度對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明所用的膠質(zhì)芽孢桿菌(Bacillus mucilaginous)來源于中國工業(yè)微生物菌種保藏中心，編號為22523。
[0019]本發(fā)明用 于快速固化土壤的方法，方法步驟如下:
[0020](I)獲取膠質(zhì)芽孢桿菌(Bacillus mucilaginous)濃縮菌液:將膠質(zhì)芽孢桿菌(Bacillus mucilaginous)接種于滅菌后的培養(yǎng)基溶液,每升培養(yǎng)基含有鹿糖8~12g、Na2HPO4.12H202 ~3g、MgS040.4 ~0.6g、CaC030.5 ~1.5g、KC10.1 ~0.2g、(NH4)2SO40.4 ~
0.6g、酵母提取物0.2~0.4g，并控制pH為7~8，于30~37°C下振蕩培養(yǎng)24h，得到含有膠質(zhì)芽孢桿菌(Bacillus mucilaginous)的菌液；
[0021](2)將上述培養(yǎng)獲得的菌液在4°C下經(jīng)5000~8000rpm高速離心5~IOmin后，除去上層培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)后加去離子水，濃縮菌液中所含菌體濃度為IO9~IO11個/mL ；
[0022](3)將1000g干土、20~IOOmL高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液、50~200g Mg0、50~200g水混合,攪拌均勻后填入Φ IOcmX 15cm的圓柱體試模中壓實(shí)成型；
[0023](4)從試模頂部通入濃度為80%~100%的CO2氣體，通入速率為2L/min~IOL/min，保持通氣20~200min，拆模后獲得已固化膠結(jié)的土壤圓柱體樣品。
[0024]實(shí)施例1:
[0025](I)稱取蔗糖 12g、Na2HPO4.12H203g、MgSO40.6g、CaCO3L 5g、KC10.2g、(NH4)2SO40.6g、酵母提取物0.4g于1000mL去離子水中溶解，配置成所需培養(yǎng)基溶液，調(diào)節(jié)PH為7，125°C高溫下滅菌25分鐘后取出待冷卻，將膠質(zhì)芽孢桿菌接種至冷卻培養(yǎng)基溶液中，30°C下振蕩培養(yǎng)，振蕩頻率為170r/min，培養(yǎng)時間24h ；
[0026](2)將培養(yǎng)好的菌液高速離心5min，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為8000rpm，溫度為4°C，去除上層培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)，加去離子水20mL制成濃縮菌液，菌體濃度為I X 101°個/mL ；
[0027](3)將1000g干土、20mL高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液、200g Mg0、200g水混合，攪拌均勻后填入Φ IOcmX 15cm的圓柱體試模中壓實(shí)成型；
[0028](4)從試模頂部通入濃度為98%的CO2氣體，通入速率為5L/min，保持通氣20min，拆模后獲得已固化膠結(jié)的土壤圓柱體樣品。
[0029]土壤樣品在通氣20min后已經(jīng)迅速完成了固化(圖1),抗壓強(qiáng)度為5.6MPa(圖4),在電子掃描電鏡下觀察，土壤樣品結(jié)構(gòu)致密，顆粒之間形成膠結(jié)(圖2)。[0030]實(shí)施例2:
[0031](1)將1000g干土、200g Mg0、200g水混合,攪拌均勻后填入Φ 10cmX 15cm的圓柱體試模中壓實(shí)成型；
[0032](2)從試模頂部通入體積濃度為98%的CO2氣體，通入速率為5L/min，保持通氣200min,拆模。
[0033]土壤樣品在通氣200min后才完成了固化，抗壓強(qiáng)度為1.8MPa (圖4)，顯著低于實(shí)施例1，；在電子掃描電鏡下觀察，土壤樣品結(jié)構(gòu)較為疏松，顆粒之間膠結(jié)不明顯(圖3)。
[0034]實(shí)施例3:
[0035](1)稱取蔗糖 9.6g、Na2HPO4.12Η202.4g、MgSO40.48g、CaCO3L 2g、KC10.16g、(NH4)2SO40.48g、酵母提取物0.32g于1000mL去離子水中溶解，配置成所需培養(yǎng)基溶液，調(diào)節(jié)pH為7，125°C高溫下滅菌25分鐘后取出待冷卻，將膠質(zhì)芽孢桿菌接種至冷卻培養(yǎng)基溶液中，30°C下振蕩培養(yǎng)，振蕩頻率為170r/min，培養(yǎng)時間24h ；
[0036](2)將培養(yǎng)好的菌液高速離心lOmin，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為5000rpm，溫度為4°C，去除上層培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)，加去離子水100mL制成濃縮菌液，菌體濃度為2 X 109個/mL ；
[0037](3)將1000g干土、100mL高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液、100g Mg0、50g水混合,攪拌均勻后填入Φ 10cmX 15cm的圓柱體試模中壓實(shí)成型；
[0038](4)從試模頂部通入濃度為80%的CO2氣體，通入速率為10L/min，保持通氣60min，
拆模后獲得已固化膠結(jié)的土壤圓柱體樣品。
[0039]土壤樣品在通氣60min后迅速完成了固化,抗壓強(qiáng)度為4.8MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種利用碳酸酐酶微生物固結(jié)土壤的試劑，其特征在于，組成以質(zhì)量份計(jì)為50~200份Mg0、50~200份水中按照20~100mL/g的量加入高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液，所述的高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液濃度為109~1011個/mL。
2.—種權(quán)利要求1所述的利用碳酸酐酶微生物固結(jié)土壤的試劑的使用方法，其特征在于，步驟為: (1)將膠質(zhì)芽孢桿菌接種至滅菌后的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，制備得到菌體濃度為107~108個/mL的膠質(zhì)芽孢桿菌菌液； (2)將培養(yǎng)獲得的膠質(zhì)芽孢桿菌菌液離心濃縮后，調(diào)節(jié)得到菌液濃度為109~1011個/mL高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液； (3)將高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液、MgO、水按比例混合得到所述的固結(jié)土壤的試劑，然后按照1000質(zhì)量份干土中加入高濃縮膠質(zhì)芽孢桿菌菌液20~100mL/g的量，將固結(jié)土壤的試劑與干土攪拌均勻后裝模，通入體積濃度為80%~100%的CO2氣體，通入速率為2L/min~10L/min,保持通氣20~200min,拆模后獲得已固化膠結(jié)的土壤樣品。
3.如權(quán)利要求2所述的利用碳酸酐酶微生物固結(jié)土壤的試劑的使用方法，其特征在于，所述的培養(yǎng)基的組成以質(zhì)量體積濃度計(jì)為:蔗糖8~12g/L、Na2HPO4.12H202~3g/L、MgSO40.4 ~0.6g/L、CaCO30.5 ~1.5g/L、KC10.1 ~0.2g/L、(NH4)2SO40.4 ~0.6g/L、酵母提取物0.2~0.4g/L。
4.如權(quán)利要求2所述的利用碳酸酐酶微生物固結(jié)土壤的試劑的使用方法，其特征在于，步驟(1)培養(yǎng)條件為pH為 7~8，溫度為30~37°C。
【文檔編號】C09K103/00GK103725288SQ201310690751
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】王瑞興, 錢春香 申請人:東南大學(xué)