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CN109652461B - 一种提高微生物诱导碳酸钙产率的方法 - Google Patents

一种提高微生物诱导碳酸钙产率的方法 Download PDF

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CN109652461B CN201910047415.7A CN201910047415A CN109652461B CN 109652461 B CN109652461 B CN 109652461B CN 201910047415 A CN201910047415 A CN 201910047415A CN 109652461 B CN109652461 B CN 109652461B
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Abstract

本发明涉及一种提高微生物诱导碳酸钙产率的方法，取营养液,控制营养液pH值为11，加入1‑3g/100mL的Al2O3；按体积比1%接种后置于摇床中振荡培养得到菌种接种液，添加醋酸钙和尿素混合液，混合后，碳酸钙生成明显增大，醋酸钙和尿素混合液与营养液等体积添加，醋酸钙和尿素摩尔浓度均为0.5mol/L。

Description

一种提高微生物诱导碳酸钙产率的方法
技术领域
本发明旨在提高微生物诱导碳酸钙产率的一种方法。
背景技术
微生物诱导碳酸钙（MICP）已有不少研究，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CO3 2-，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Ca2+，诱导出局部的晶体阴离子(CO3 2-)，随着CO3 2-浓度进一步增大，进一步吸引更多的Ca2+，直到晶体表面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混凝土构件修复，但是由于混凝土构件裂缝中pH值很高（PH=11~13），该高pH值的环境不利于菌种生长繁殖。现在的研究集中在降低pH值有利于提高菌种的活性，这样可提高碳酸钙的产出率。
中国专利CN106284280A公开了一种利用微生物制备碳酸钙固化砂土的方法，利用这一方法去修复混凝与裂缝，其效果不佳，主要由于碱环境碳酸钙产出的速度和效率偏低，直接影响该技术的推广应用。
发明内容
本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种提高微生物诱导碳酸钙产率的方法，是通过降低强碱环境pH值从而提高微生物诱导碳酸钙产率的方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种提高微生物诱导碳酸钙产率的方法，步骤如下：
步骤1，取营养液100ml,控制营养液初始pH值为11，加入1-3g的Al 2 O 3 ；
步骤2，按体积比1%接种后置于30℃摇床中振荡培养48h；
步骤3，得到的菌种接种液，添加100mL摩尔浓度都为0.5mol/L的醋酸钙和尿素混合液，混合后，碳酸钙生成明显增大。其中2天的碳酸钙生成效率提升更明显。
本发明通过添加Al 2 O 3 来降低微生物生活环境的pH值，从而提高制备的碳酸钙产量。该方法的原理是添加的Al 2 O 3 会产生Al 3+ ，溶液中的Al 3+ 会发生水解反应，从而消耗了溶液中的OH-，则产生多余的H+，使溶液pH值降低。该方法经济环保，操作简易且碳酸钙产率明显提高。
本发明中所涉及的“接种”、“营养液”的信息，在发明人之前申请的专利文件中有所披露（申请号2016106618897，申请日2016-08-12，公开日2016-11-09），即所述的“接种”是将巴氏芽孢杆菌（Bacillus pasteurii）接种至培养基中；所述的营养液中加入了酪蛋白胨、豆粉蛋白胨和酵母浸膏三种营养物质。
附图说明
图1为添加Al 2 O 3 后得到的碳酸钙沉淀提升情况，可见，添加Al 2 O 3 后随着Al 2 O 3 添加质量的增大，碳酸钙生成效率明显增大，其中虽然都是随着反应天数的增加，碳酸钙生成效率提高，但添加Al 2 O 3 导致的碳酸钙产率提升效果2天时最明显。
具体实施方式
以下将结合实施例具体说明本发明的技术方案：
实施例1：
一种提高微生物诱导碳酸钙产率的方法，步骤如下：
1）取营养液100ml,控制营养液初始pH值为11，加入1gAl 2 O 3 ；
2）按体积比1%接种后置于30℃摇床振荡培养液；
3）分别测量2d、4d后的pH值与电导率变化率，添加Al2O3能降低菌液初始pH值，分别为8.2和8.0，有利于增加菌种的活性；将电导率变化率转化为脲酶活性，发现添加Al 2 O 3 能明显提高菌液脲酶活性，分别为305μM/min和289μM/min；第4天脲酶活性降低是因为前期菌种活性较高，大量消耗了菌液中的营养物质。
4）步骤3得到的菌种接种液中，添加100mL（与营养液等体积）摩尔浓度均为0.5mol/L的醋酸钙和尿素的混合液，进行搅拌，添加Al 2 O 3 降低了钙化过程中的pH值，得到2天的碳酸钙生成效率为11%，4天的碳酸钙生成效率为31%。
综上所述，分别测量1d、2d后的pH值与电导率变化率，添加Al2O3能降低菌液初始pH值，且随着Al2O3添加量的增大pH降的越低，有利于增加菌种的活性；将电导率变化率转化为脲酶活性，发现添加Al 2 O 3 能明显提高菌液脲酶活性。
添加Al2O3降低了钙化过程中的pH值，随着Al 2 O 3 添加质量的增大，碳酸钙生成效率明显增大，其中虽然都是随着反应天数的增加，碳酸钙生成效率提高，但添加Al 2 O 3 导致的碳酸钙产率提升效果2天时最明显。
因此，本发明通过添加Al2O3来降低微生物生活环境的pH值，从而提高制备的碳酸钙产量，该方法经济环保，操作简易且碳酸钙产率明显提高。
实施例2-3、对比例1-2是对不同Al 2 O 3 加入量对结果的影响考察
在实施例1的步骤（1）中，100ml营养液中，加入不同质量Al 2 O 3 ，考察Al 2 O 3 加入量对结果的影响，其余均同实施例1。结果见表1：
表1
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
<i>Al</i><sub><i>2</i></sub><i>O</i><sub><i>3</i></sub>加入量 1g 2g 3g 0 4g
pH值/2d后 8.2 8.3 7.9 9.3 7.3
pH值/4d后 8.0 8.0 7.7 8.7 6.7
菌液脲酶活性/2d后 305 400 520 171 149
菌液脲酶活性/4d后 289 199 112 187 151
碳酸钙生成效率/2d后 11% 15% 25% 7 % 8 %
碳酸钙生成效率/4d后 31% 40% 45% 20% 22%
对比例3：
1）取营养液100ml,控制营养液初始pH值为11，加入1gMgO；
2）按按体积比1%接种后置于30℃摇床振荡培养液；
3）分别测量2d、4d后的pH值与电导率变化率，添加MgO也能略微降低菌液初始pH值，分别为8.9和8.5，增加菌种活性；将电导率变化率转化为脲酶活性，发现添加MgO能提高菌液脲酶活性，分别为208 μM/min和217 μM/min，但提升效果不如添加1g Al 2 O 3 。
4）将步骤3得到的菌种接种液，添加100mL摩尔浓度都为0.5mol/L的醋酸钙和尿素混合液，进行搅拌，添加MgO降低了钙化过程中的pH值，得到2天的碳酸钙生成效率为8%，4天的碳酸钙生成效率为23 %。
对比例4：
1）取营养液100ml,控制营养液初始pH值为11，加入1gNa 2 O；
2）按按体积比1%接种后置于30℃摇床振荡培养液；
3）分别测量2d、4d后的pH值与电导率变化率，添加Na 2 O不能降低菌液初始pH值，分别为9.3和8.8；将电导率变化率转化为脲酶活性，发现添加Na 2 O也不能提高菌液脲酶活性，分别为168 μM/min和182 μM/min。
4）将步骤3得到的菌种接种液，添加100mL摩尔浓度都为0.5mol/L的醋酸钙和尿素混合液，进行搅拌，添加MgO降低了钙化过程中的pH值，得到2天的碳酸钙生成效率为6%，4天的碳酸钙生成效率为18 %。
其中，菌液脲酶活性的单位是：μM/min。

Claims (1)

1.一种提高微生物诱导碳酸钙产率的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1，取营养液，控制营养液pH值为11，加入Al2O3；Al2O3在营养液的浓度为1-3g/100mL；
步骤2，按体积比1%接种后的培养基，置于摇床中振荡培养；
摇床震荡条件是：30℃，振荡培养48h；
步骤3，得到的菌种接种液，添加醋酸钙和尿素混合液，混合后，碳酸钙生成明显增大；所添加的醋酸钙和尿素混合液与营养液等体积添加，醋酸钙和尿素摩尔浓度均为0.5mol/L。
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基于微生物诱导碳酸钙的岩体结构面修复试验;刘冬等;《东北大学学报（自然科学版）》;20180731;第39卷(第7期);第1033-1037页 *

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