以醋酸钙为钙源对微生物诱导碳酸钙沉积的影响文献综述

 2022-03-14 21:02:52

1.研究的目的及意义

1.1研究目的

本实验主要通过：1、培养基的制备以及微生物生长曲线的测定（OD600、脲酶活性）；2、实验测定不同条件下的醋酸钙溶液对碳酸钙产量的影响（Ca2 浓度、温度、pH）；3、实验测定以醋酸钙为碳源固化后砂土的物理力学指标，从而研究以醋酸钙为碳源对巴氏芽孢杆菌( Bacillus pasteurii )诱导碳酸钙沉积的影响。

1.2研究意义

微生物学研究探明了 MICP （微生物矿化碳酸钙）的运行机制，并能够促成 MICP 在短时间内大量沉积[1]。MICP形成的碳酸钙不仅可填充在土体孔隙之间，而且是很好的胶结材料，将土颗粒黏结起来，从而可达到提高土体强度、减小土体孔隙比、降低土体渗透系数等加固效果。MICP 技术在改良土壤结构[2]、沉积重金属离子[3]、防治土壤沙漠化[4]、建筑自修复[5]等领域有很好的工程应用前景。由于 MICP 依靠微生物自身来合成碳酸钙，只需要提供微生物代谢所需的营养及钙源，MICP 达到预期加固目标后，剩余的微生物由于缺乏营养供给而死亡，对环境影响小，具有能耗低、污染小的优点。本实验探究应用成本低廉的碳源（醋酸钙）实现MICP效率的最大化，可以有效降低各类工程操作中的成本，同时将因工程对环境造成的不良影响控制在相对较低限度。

2.国内外同类研究概况（文献综述）

2.1国内外科研成果

Liang Ma等人研究得出:四个因素被证明有利于巴氏杆菌在MICP中的卓越性能。1、巴氏杆菌的生物量增长和脲酶生产的良好相关性为改善生物矿化提供了足够的生物量和脲酶；2、巴斯德氏酵母细胞表面的高负电荷有利于结合Ca2 离子；3、稳健的细胞结构；4、弱迁移率，是巴斯德氏酵母在MICP过程中成为成核位点的关键[6]。

彭劼等人研究得出：在一般的土壤环境温度（10℃～25℃）下，MICP 都能够有效地生成碳酸钙沉积并加固土体，表明了该方法应用于未来工程实际的可能性。并且温度对微生物诱导碳酸钙生成的速率有明显影响。温度越高，碳酸钙沉淀速率越快，生成的碳酸钙量越多,如图1所示[7]。

图1 温度与钙离子沉淀效率的关系

Kang CH 等人研究了方解石形成菌对镉的生物矿化作用。建立了一种测定微生物诱导方解石沉淀(MICP)有效性的简便方法。利用这种方法，确定了生物矿化对阻碍结晶紫通过25毫升柱的有效性。当用电感耦合等离子体光学发射光谱仪分析选定的细菌时，在孵育48小时后，Cd的去除率很高(99.95%)。研究结果表明，通过与方解石共沉淀法以MICP为基础的可溶性重金属螯合可能有助于有毒重金属的生物修复。[8]

贺美潮以沙蒿为防沙固沙植物，在固沙防沙新型覆膜固化基础材料中再添加氯化铵、沙蒿胶进行4因素3水平植物培育正交试验。进一步研究获得了一种既能固定表层风沙土，又可改善及稳定沙蒿发芽率、增大风沙土保水性能和养分的固沙防沙方式所需新型覆膜固化材料的最优配合比。[9]

王瑞兴研究发现巴氏芽孢杆菌具有很好的矿化效果,它在25℃､pH 值 8.0 ~ 9.0之间的环境中生长最好[10],在31.16g/L豆粕､11.18g/L 硫酸铵的营养条件下活性最强[11],竹文坤则认为最适培养基配方为甘露醇40g/L､大豆蛋白胨 25g/L､氯化铵 3g/L､氯化钠 10g/L,最适培养条件为 pH 值 8.0､温度 30℃､摇床转速 200RPM､接种量 4.0% ､装瓶量 75mL/250mL［12］。

2.2研究方向与热点

MICP 技术在改良土壤结构[2,4,13]、沉积重金属离子[8,14]、防治土壤沙漠化[15,16]、建筑自修复[5]等领域有很好的工程应用前景。随着我国生态文明社会建设不断发展，党和国家大力推进生态文明建设，国内对于MICP的研究主要围绕着防风治沙和消除重金属污染等环境保护方向。与此同时，国外相关文献的主要热点是MICP基本原理的研究和混凝土性质的改良。

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