大豆脲酶诱导碳酸钙沉淀的多因素影响分析

本文探究了多个影响因素对大豆脲酶诱导碳酸钙沉淀(SICP)的影响,以优选出主要影响因素并提供其最佳范围。首先分析了脲酶浓度和温度对脲酶活性的影响;之后通过正交实验设计,进行25种工况的SICP水溶液实验,研究不同因素组合下Ca^(2+)利用率的变化规律;最后借助扫描电子显微镜观测不同工况下生成碳酸钙的形态。结果表明:低温有利于脲酶的保存及活性发挥,5℃时脲酶活性能保持21 d以上;同一温度下,脲酶浓度越大,脲酶初始活性越高,脲酶完全失活所需时间越短。pH值、脲酶与胶结液体积比是影响Ca^(2+)利用率的主要因素。为达到较高的Ca^(2+)利用率,脲酶和胶结液最佳体积比为1,氯化钙与尿素最佳浓度比为1.5,Ca^(2+)最佳浓度为1 mol/L。当脲酶浓度较低时生成的六面体状碳酸钙较多;随着脲酶浓度的增大,所沉淀的碳酸钙向球形转变。大豆中富含的天冬氨酸是控制碳酸钙形态的重要因素。

大豆脲酶诱导碳酸钙固化黄土的强度试验研究

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积(SICP)是一种植物酶微生物矿化技术,为了探究其在黄土工程中的应用前景,开展0~4.5 mol/L胶结液浓度下固化黄土的不固结不排水三轴试验,分析固化前、后黄土强度及应力-应变关系,通过SEM和XRD测试固化前、后黄土微观结构变化和矿物组成。结果表明,随胶结液浓度增大,黄土强度先增大后减小,胶结液浓度为2.5 mol/L时,强度最大;经SICP固化后,黄土强度显著提升,最大为2066.63 kPa,较未固化土至少增大1.31倍。SEM测试表明,SICP固化生成的碳酸钙晶体可以填充土粒孔隙,胶结部分土颗粒,进而提高土体强度;XRD测试表明,固化前后黄土的主要矿物成分不变,但固化后碳酸钙晶体的衍射峰数量和高度明显增加。成果可为应用SICP技术固化黄土提供新思路。

纳米四氧化三铁对微生物诱导碳酸钙沉淀的作用效果与机理研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是环境岩土工程领域一项新型的土体加固技术。微生物的生长及活性会受到外部磁场的影响,改变MICP中碳酸钙的晶型晶貌及沉淀方式,从而对碳酸钙的胶结性能产生影响。采用纳米四氧化三铁(Nano-Fe_(3)O_(4)),设计了Nano-Fe_(3)O_(4)作用下的微生物诱导碳酸钙沉淀的水溶液及MICP砂土固化试验,对比分析了Nano-Fe_(3)O_(4)含量对微生物诱导生成的碳酸钙晶体含量(CCC)、类型、比例以及MICP固化砂土力学强度等参数的影响规律,并结合扫描电镜(SEM)试验分析了溶液环境及砂柱中碳酸钙的微观形貌特征,系统归纳了Nano-Fe_(3)O_(4)对MICP的作用效果及机制。结果表明:(1)Nano-Fe_(3)O_(4)能够有效改善细菌的新陈代谢性能,显著提高细菌OD_(600)及脲酶活性;(2)溶液环境中,MICP产生的碳酸钙晶体类型以球霰石为主,含少量方解石,且Nano-Fe_(3)O_(4)含量增加能够促进球霰石的生成及增大MICP沉淀物中稳定相碳酸钙所占的比例;(3)Nano-Fe_(3)O_(4)可以显著提高MICP固化砂土的无侧限抗压强度和CCC;(4)SEM分析结果表明,溶液环境中,碳酸钙晶体以球型堆积为主,MICP固化砂柱中碳酸钙晶型随Nano-Fe_(3)O_(4)含量的增加逐渐呈菱柱状堆积。

土豆脲酶提取及基于酶诱导碳酸钙沉淀技术对风积沙改良的方法

基于酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术,使用植物脲酶对沙漠风积沙进行改良加固试验。为寻求价格低廉和操作简单的脲酶提取方法,以土豆为原材料,去离子水、甘油水溶液和乙醇水溶液为提取液,通过破碎冷藏及高速离心方法成功地从土豆中分离提取出植物脲酶,分析提取过程中不同提取液对脲酶提取效果的影响,基于EICP技术,利用土豆脲酶液对风积沙进行改良处理。结果显示,在3种提取液中,效果最优的是乙醇溶液,甘油水溶液次之,去离子水提取效果最差。而当固液比为1:6、乙醇溶液浓度为30%时,脲酶活性值最高且提取效果最佳。在风积沙改良试验中,试件表面形成了坚硬的结皮层并具有较高的抗压强度,随着浸泡脲酶次数的增加,无侧限抗压强度逐渐增强。

建筑垃圾再生砂酶促碳酸钙加固试验研究

为了探索建筑垃圾再生砂资源利用效果提升方法,文章针对再生砂开展了大豆脲酶诱导碳酸钙沉淀法(SICP)加固试验研究。通过对胶结液浓度、灌浆次数和不同粒径对无侧限抗压强度影响进行分析,验证了不同条件下SICP法对再生砂的加固效果。结果表明SICP法可显著改善再生砂抗压工程性能,同时适度提高胶结液浓度和增加灌浆次数均有助于提高试样的强度;不同粒径组的加固试样强度差异显著,粒径1~0.5mm试样表现出最高抗压强度为1.8MPa。

脲酶诱导碳酸钙沉淀技术改良传统三合土的性能

采用扫描电镜、X射线衍射等研究了脲酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术对三合土性能的影响.结果表明:随着豆粉质量浓度的增大,脲酶活性呈近似线性增长,其最适宜的环境pH值为3~11,当环境pH值为12时,脲酶活性急剧下降;与三合土空白样相比,脲酶改性三合土14 d碳化深度提高了94%~112%,28 d抗压强度提高了68.0%~103.0%,耐候性提高了150%~200%,60 d表面硬度提高了15.0%~18.3%;三合土空白样产生的碳酸钙晶体松散,脲酶的掺入使三合土中出现了长条状晶体和团簇状晶体,且随着豆粉质量浓度的增大,团簇状晶体相对增多,长条状晶体相对减少,使三合土的各项性能逐渐提高.

基于生物诱导碳酸钙沉淀的土体固化研究进展

基于微生物或脲酶诱导碳酸钙沉淀(MICP/EICP)的土体固化技术是近年来岩土和地质工程领域的研究热点之一。在系统回顾基于生物诱导碳酸钙沉淀的土体固化技术发展历程的基础上,重点阐述了MICP/EICP固化机制、土体孔隙结构、菌液和脲酶性质、胶凝液性质和固化方式等方面对碳酸钙特性影响的研究进展。研究结果表明:土体孔隙越小,越不利于微生物或脲酶入渗,固化均匀性越差;土颗粒接触点越多,可为碳酸钙提供的沉积点位越多,碳酸钙与土颗粒间的黏结和桥接作用越强,固化效果越好;一定菌液或脲酶浓度或脲酶活性范围内,碳酸钙的生成速率和生成总量随浓度及活性的增大而增大,但过高的浓度或活性易导致碳酸钙生成速率过快,从而在土体注入端发生堵塞;低浓度胶凝液得到的碳酸钙晶体更小,在土体中的分布更均匀;采用合适的注浆饱和度可提高具有黏结作用的碳酸钙的占比;采用多层交替注入或单相低pH值注入可提高碳酸钙在试样中分布的均匀性。基于碳酸钙沉淀特性的影响因素,提高固化土体的均匀性,验证其耐久性,室内试验结果在现场尺度的适应性和改进方案应该成为以后研究的重点。

电压对微生物诱导生成碳酸钙沉淀的影响

微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)是一种新型环保固化方法,但碳酸钙的生成量直接影响MICP技术的固化效果,为了在一定界限内提高碳酸钙的生成量,利用MICP技术,研究了不同电压梯度下,脲酶活性的变化规律,在此基础上进一步研究了不同电压梯度、不同通电时间、不同通电方式条件下微生物诱导生成碳酸钙的沉积规律。试验所用微生物为巴氏芽孢杆菌,营养液为三种钙源(氯化钙、硝酸钙、醋酸钙)与尿素1∶1等体积混合,菌液与营养液体积比为1∶15,溶液环境的pH为7.3。结果表明:最佳通电电压为1.2 V;最适通电时间为20 min;最佳的通电方式为全程通电;氯化钙为最佳钙源。故电压对巴氏芽孢杆菌的生物活性起促进作用,提高了其脲酶活性,最终提高了碳酸钙的产量。

基于酶诱导碳酸盐沉淀的铅污染土修复

通过对人工制备重金属铅污染土开展室内修复试验,分析大豆脲酶诱导碳酸盐沉淀技术对重金属污染土的修复效果。采用Tessier 5步连续提取法对不同处理次数的污染土中5种形态Pb2+进行提取,电感耦合等离子体发射光谱仪检测,结合场发射扫描电镜、能谱仪和X射线衍射等微观试验,揭示大豆脲酶诱导碳酸盐沉淀技术固化处理铅污染土的修复机理。试验结果表明,通过大豆脲酶水解尿素产生碳酸根离子,能够与土壤中Pb2+结合生成碳酸盐沉淀物,使土壤中Pb2+可交换态含量降低了84.19%,有效地缓解了重金属污染土的迁移性,达到固化修复的目的,为重金属污染土固化修复提供了新思路。

基于黄豆脲酶的EICP变量试验研究

为进一步优化酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术中的变量取值,基于黄豆脲酶,研究了尿素浓度与体积、pH值、氯化钙浓度、尿素与氯化钙溶液体积比等变量对脲酶活性的影响。在此基础上,研究了胶结液浓度及尿素与氯化钙溶液体积比两个变量对碳酸钙沉淀量与沉淀率的影响。研究结果表明:脲酶活性随尿素浓度的增加先上升后下降,峰值脲酶活性对应的最优尿素浓度为1.35 mol/L,且脲酶与尿素溶液的最佳体积比为1∶9;脲酶活性随pH值的增加先上升后下降,但不同浓度尿素的最优pH值存在差异;钙离子的加入会降低脲酶活性,且降低幅度随钙离子加入量的不断增加而逐渐增大;碳酸钙沉淀率随胶结液浓度及尿素与氯化钙溶液体积比的增加均呈先上升后下降的变化规律,最优胶结液浓度为1.35 mol/L,最佳尿素与氯化钙溶液体积比为1∶1。

基于脲酶诱导碳酸钙沉淀的新型扬尘抑制剂

为研制出一种持续时间长、减少二次扬尘、耐高温、绿色环保的扬尘抑制剂,利用脲酶诱导碳酸钙沉淀的方法,确定了脲酶抑尘剂的最佳成分配比为脲酶30 g·L^(-1)、尿素0.8 mol·L^(-1)、氯化钙0.8 mol·L^(-1)、高分子吸水树脂1 g·L^(-1)。此外还选取了纯水、氯化钙和高分子吸水树脂这3种抑尘剂与脲酶抑尘剂进行性能对比。结果表明:脲酶抑尘剂的蒸发率为0.04 g·(m^2·s)-1、失水率23.7%、抗风指数27.8、抑尘效率70.7%。其抗蒸发性、保水性、抗风性能和抑尘效率都要优于其他3种抑尘剂。

大豆脲酶诱导碳酸钙固化粉土抗风侵蚀性能的试验研究

针对日益严重的粉尘污染问题,探讨利用大豆脲酶诱导碳酸钙沉积(EICP)技术治理黄泛区裸露粉土扬尘。通过离心提取的大豆脲酶与尿素-氯化钙混合配置的反应液对黄泛区粉土进行固化,开展了室内抗风试验、碳酸钙生成量检测和表面强度试验。试验表明:EICP技术能使土体表面生成一层硬壳层,将表面的土颗粒相互胶结在一起,具有抗风侵蚀特性。为进一步揭示EICP在处理扬尘方面的成效,对不同浓度反应液、豆粉质量浓度及喷洒量对粉土固化效果的影响进行了研究,结果表明:土样损失量随着反应液浓度、豆粉质量浓度及喷洒量的增加而降低,当反应液浓度为0.08 mol/L时,豆粉质量浓度为40 g/L,处理液体积为4 L/m^(2)时,EICP加固的试样质量损失量为零,试样具备良好的抗风侵蚀特性。

钙源对酶诱导碳酸钙沉淀影响的试验研究

酶诱导碳酸钙沉淀技术是一种环保高效的土体加固技术,钙源的种类可能会影响其加固效果.选用氯化钙、乙酸钙、乳酸钙3种钙源,进行溶液环境下的EICP试验,试验时间持续3d,通过单因素分析法研究了溶液中胶凝液浓度、pH值、胶凝比及胶酶比对碳酸钙生成量的影响,依据碳酸钙生成量得到不同钙源条件下的最优配比,并利用扫描电镜、X射线衍射试验分析不同钙源条件下沉淀产物的晶体类型和微观形貌.结果表明:在溶液环境下不同钙源的最优配比有差异,在最优配比下,氯化钙、乙酸钙、乳酸钙的碳酸钙产率分别为72.5%、68.8%、71.6%,确定氯化钙为最优钙源;不同钙源下沉淀产物的晶体类型和微观形貌有区别,氯化钙、乳酸钙作为钙源时所形成的碳酸钙晶体只有方解石,乙酸钙为钙源生成的晶体为方解石和球霰石,不同钙源下生成的碳酸钙晶体均呈球形,其中氯化钙生成的球形晶体是最光滑、规则的.

基于脲酶诱导碳酸钙沉淀的土体固化研究进展

脲酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)是岩土工程领域一种绿色、环保的新型土体改良技术。与目前广泛关注的微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)相比,无需复杂的细菌培养流程,适用的土颗粒粒径范围更广,且在实际应用中避免了微生物生态安全等问题。通过对文献的归纳及整理,系统地阐述了EICP的固化机理、影响因素(脲酶性质、胶结液性质、固化方式、环境因素)等方面的前沿研究成果,分析了EICP技术发展中存在的问题及进一步的研究方向。

脲酶矿化作用机制及其提升仿古黏土砖瓦阻水性能研究

脲酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)是岩土工程古迹和土遗址加固领域具有广阔发展前景的前沿技术。然而,关于脲酶矿化作用机制的研究鲜有报道。以试管试验模拟脲酶矿化过程,研究不同底物浓度、不同镁离子浓度、不同铵根离子浓度对脲酶矿化过程中电导率、酸碱度、碳酸钙沉淀量及沉淀率变化的影响规律,从而揭示脲酶矿化强化及劣化机制,并对个别机制作用下的砖瓦试件进行吸水率、透气率及风蚀试验。结果表明:随着底物浓度的升高,电导率逐渐升高但曲线演变趋势基本不变,pH值变化不显著,沉淀量先升高再降低,沉淀率逐渐降低,其中脲素水解速率和脲酶活性是碳酸根的转化及提高沉淀量和沉淀率的关键;随着氯化镁浓度的升高,沉淀量先增加后降低,沉淀效率逐渐升高,除了生成碳酸钙外,还生成碳酸镁,镁离子在提高脲酶活性从而形成最优矿化效果上具有积极作用;随着氯化铵浓度的增加,电导率逐渐升高,pH值逐渐降低,铵根是导致脲酶活性、沉淀量及沉淀效率劣化的主要原因。吸水率、透气率及抗风蚀性能试验结果突出脲酶诱导碳酸钙沉淀技术用于古迹建筑保护的可行性,为将来实际应用和技术拓展提供数据和理论支持。

新型高效产脲酶菌培养条件优化试验研究

在我国南方湿热气候环境筛选出原状土产脲酶细菌CX21,利用投射电镜对经革兰氏染色原状土细菌形态进行观察,通过比对原状土产脲酶菌的16SrRNA确定其细菌种类。采用紫外诱变技术获得一株新型高效产脲酶菌YB7,通过优化细菌培养环境,提高新型高效产脲酶菌的脲酶活性并筛选出稳定、高效的菌株。结果表明:当pH值为9时突变菌的生长量更高,其酶活也更高;温度对突变菌酶活性具有较大影响,最佳生长温度为25~35℃;提高振荡器转速使得细菌生物量增加,当转速超过130 rpm后,菌液浓度有一定的降低,而转速150 rpm及以上的试验组虽然其细菌生物量有所增加,但细菌活性降低;通过优化突变菌的培养条件,突变菌YB7的酶活性可以达到0.79 ms/min,较原状土产脲酶菌提高了46%。

SICP方法加固饱和砂土提高抗液化能力的动三轴试验研究

在地震作用下,饱和砂土地基易达到液化状态,从而形成安全隐患。以标准砂为材料进行大豆脲酶诱导碳酸钙沉积(SICP)的胶结固化,对30%、40%和50%相对密实度下的中密砂分别做1~3次处理,进行不同循环剪应力与有效固结围压比值下的动三轴试验。通过分析动应变、超孔隙水压力、动循环次数,对SICP方法处理饱和砂土的抗液化效果进行评价。结果表明:试样的孔压与应变发展都呈现出分阶段增长的特点,孔压在加载瞬间会急剧增长到一定水平,而后伴随塑性应变以稳定的速率增长,直至破坏。SICP方法处理饱和砂土能有效增强砂土的抗液化能力,减缓超孔隙水压力的增长速度,且处理次数越多,密实度越高,抗液化效果越好。

EICP修复重金属污染土的环境耐久性研究

为探究脲酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme induced carbonate precipitation,EICP)技术修复重金属污染土的环境耐久性,分别对EICP修复后的锌、铅污染土进行酸液浸泡、冻融试验和雨淋试验,探讨了EICP修复锌、铅污染土在不同环境条件下的耐久性及其影响规律。结果表明,在不同浓度、不同类型酸液条件下,EICP修复后的锌、铅污染土中可交换态和碳酸盐结合态的重金属离子浸出量随p H值降低,碳酸盐结合态含量降低,可交换态含量逐渐增加,且硫酸环境下的稳定性大于硝酸环境下的稳定性;随着冻融循环次数的增加,EICP修复后的锌、铅污染土中可交换态离子浸出量增加,碳酸盐结合态含量减少;在大雨条件下,Zn^(2+)、Pb^(2+)主要在前20 min内进行释放,并由上往下迁移;经EICP修复重金属污染土在酸液、冻融循环和雨淋条件下具有良好的耐久性。

EICP固化砂土强度特性试验研究

为了研究脲酶诱导碳酸钙沉淀(Enzyme Induced Carbonate Precipitation,简称EICP)技术固化砂土的强度特性,首先探究pH及反应时间对脲酶活性的影响,进而开展直接剪切试验及无侧限抗压强度试验,分析颗粒级配、胶结液浓度、胶结比、养护周期和相对密实度对EICP固化砂土强度特性的影响。结果表明:脲酶活性在pH=7时活性最大并随时间增长而降低;级配0.075 mm~0.25 mm的砂土固化效果最好,经济胶结液浓度为1 mol/L;当氯化钙浓度一定时,抗剪强度最高的胶结液比值为1∶1;砂土在3 d时基本完全固化;相对密实度在0.5~0.7范围内时,无侧限抗压强度随着EICP固化砂土的相对密实度增大而增大;胶结液浓度在0.5 mol/L~1.5 mol/L范围内时,胶结液浓度越大,EICP固化砂土的无侧限抗压强度越大。

新型微生物抑尘剂的应用研究

为探究利用微生物诱导碳酸钙沉淀技术研发出的脲酶、微生物抑尘剂的应用性能,选取了常用的纯水、氯化钙、高分子吸水树脂这3种抑尘剂,与其进行固化土壤性能、抑尘效果的对比,试验结果表明:微生物抑尘剂在低温下的土壤固化抗压强度最大(41.4N),效果最佳,而脲酶抑尘剂在常温下固化效果最好,抗压强度达到1282.5N;现场抑尘试验中,脲酶抑尘剂的抑尘效果最佳,微生物抑尘剂与SAP的抑尘效果其次。