微生物诱导碳酸钙沉淀技术的工程应用进展与评述

基于微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcium carbonate Precipitation,MICP)技术的土体胶结固化技术是21世纪以来岩土工程、地质工程领域研究的热点之一。本文系统阐述了MICP技术的加固机理,从MICP加固效果和应用实践的角度出发,对MICP技术工程应用的研究现状进行评述。结果表明:MICP固化后的场地强度呈现出不均匀性明显、碳酸钙含量分布随深度递减的趋势;沙漠环境中,原位提取的菌种诱导生成的碳酸钙覆膜较传统的巴氏芽孢杆菌,具有更好的强度表现和稳定性;新型MICP技术应用(如微生物水泥、微生物砖)在强度、耐久性上表现出良好的应用前景,有望为实现我国双碳目标注入新的活力。基于MICP技术碳酸钙沉淀特质的影响因素,现场尺度下如何提高碳酸钙分布的均匀性以及在季节性变化下的碳酸钙骨架的耐久性、不同环境下的固化效率改进方案应该成为日后研究的重中之重。

直接沉淀法制备球形碳酸钙的工艺研究

直接沉淀法反应快速、操作简单,是制备超细微粒广泛采用的一种方法。文章采用直接沉淀法为制备方法,利用氯化钙和碳酸钠复分解反应合成球形碳酸钙。实验探索了不同加料顺序、反应物浓度、反应温度、反应pH以及搅拌速度对球形碳酸钙形貌的影响,并采用XRD分析最终产物物相。结果表明,反应物浓度、反应温度和反应pH对球形碳酸形貌有显著影响。反应滴加顺序、搅拌速度对球形碳酸形貌影响较小。球形碳酸物相主要由球霰石型和方解石型构成,其中球霰石型为主要晶型。

微生物诱导碳酸钙沉淀固沙对典型沙生植物叶片性状和生理特性的影响

微生物诱导碳酸钙沉淀(microorganism induced carbonate precipitation,MICP)能够填充土壤孔隙,减少水分蒸发和增强风沙土的抗风蚀性,其防风固沙效果已得到证实,但其对沙生植物叶片性状和生长生理过程的影响尚不明确,为揭示微生物诱导碳酸钙沉淀固沙对沙生植物叶性状和光合生理特征的影响,以沙蓬(Agriophyllum squarrosum)、斜茎黄芪(Astragalus laxmannii)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、蒙古羊柴(Corethrodendron fruticosum)4种沙生植物为研究对象,开展室内盆栽试验,对比分析不同菌剂施用量(高、中、低)和固结层位置(下、中、上)处理下沙生植物的叶性状和生理特性。结果表明,①微生物诱导碳酸钙分布在风沙土颗粒间,且呈立方体形、菱形、球形和不定形等多种晶态,能够胶结风沙土颗粒。②菌剂处理显著提高了4种沙生植物土壤的有机质和碳酸钙含量;施加高水平菌剂时,固结层下处理组沙蓬和斜茎黄芪土壤的有机质和碳酸钙含量显著高于其他处理组;其中斜茎黄芪土壤有机质含量的增幅最大,为90.19%,柠条锦鸡儿土壤碳酸钙含量增幅最大,为41.47%。③高水平菌剂处理组沙蓬的比叶面积显著高于其他处理组,平均提高0.98%;低水平菌剂处理组沙蓬和斜茎黄芪的叶干物质含量显著高于其他处理组,分别平均提高34.11%和24.18%。固结层中处理组沙蓬、斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的比叶面积显著低于其他处理组。④高水平菌剂处理组沙蓬、斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的叶绿素含量显著高于其他处理组,分别平均提高9.01%、12.97%和31.77%;中水平菌剂处理组沙蓬、高水平菌剂处理组斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的最大净光合速率显著高于其他处理组,分别平均提高55.70%、48.39%和13.24%。综上,施加菌剂能够提高土壤有机质和碳酸钙含量,为植物生长提供充足的养分,因此沙蓬、斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的光合生理特性显著高于对照组,但植物叶性状对土壤有机质和碳酸钙含量响应不显著。微生物诱导碳酸钙沉淀固沙对中水平菌剂处理沙蓬、高水平菌剂处理斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的叶性状和光合生理特性有促进作用,但是对蒙古羊柴的叶性状和光合生理特性有抑制作用。以上研究结果为丰富完善微生物诱导碳酸钙沉淀固沙技术提供理论依据和科学支撑。

酶诱导碳酸钙沉淀技术加固TBM壁后吹填豆砾石最优配比试验及机制研究

TBM(tunnel boring machine,简称TBM)隧道中豆砾石作为管片与围岩填充层对管片承载及抗渗具有重要意义,水泥浆液流动性差,无法充满回填层进而导致壁后空洞、灌浆不密实等缺陷,酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme-induced calcium carbonate precipitation,简称EICP)技术是作为一种环保高效的加固方法,灌浆材料均为液体具有很好的流动性和扩散性,用于豆砾石回填层灌浆施工有望解决上述问题。为实现吹填豆粒石EICP灌浆最优效果,尝试将标准砂与豆砾石共同作为回填骨料,为定量化分析二者的最优配合比,开展了不同豆砾石与砂的配合比(0.5、0.75、1.0、1.25、1.5)和不同灌浆次数(9、12、15次)的砂柱固化试验。通过无侧限抗压测试、渗透性测试、碳酸钙含量测定、超声波速测定、扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验,从宏观和微观角度分析不同石砂配合比对EICP固化效果的影响。结果表明:EICP加固豆砾石混合砂的最优配比为1:1.5,经15次灌浆加固后,试样单轴抗压强度最高可达4.55 MPa,渗透系数达1.72×10^(-5)m/s;对于含砂量较高的试样,颗粒间孔隙易被碳酸钙晶体填充密实,碳酸钙晶体有效胶结比例较高,结石体无侧限抗压强度较高。研究成果可为EICP技术加固隧道掘进机壁后吹填豆粒石的工程应用提供理论依据。

微生物诱导碳酸钙沉淀技术对花岗岩残积土渗透性的影响规律研究

用花岗岩残积土填筑的路基具有水稳性差、渗透系数大、易受降雨冲刷等特点。为探讨微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced calcite precipitation,MICP)技术对花岗岩残积土渗透系数的影响规律及作用机理,测定MICP固化前后重塑花岗岩残积土试样的渗透系数,并对固化前后的试样进行碳酸钙质量分数测定、核磁共振扫描、电镜扫描以及X射线衍射分析。结果表明:1) MICP技术能使花岗岩残积土试样的渗透系数降低两个数量级,且在试验范围内,将各因素按照对渗透系数的影响程度从大到小排列,依次为:胶结液浓度、固化次数、灌注液量。同时,最佳固化条件为灌注液量40 mL、胶结液浓度1.0 mol/L、固化16次。2)固化产生的沉淀填充在花岗岩残积土孔隙中,致使孔隙间的连通性变差,孔隙率下降。总体上,越靠近注入端碳酸钙的质量分数越大,固化效果越好。3)簇状的方解石碳酸钙有效胶结了原本松散的土颗粒,堵塞了土颗粒孔隙间的渗流通道,降低了试样的渗透系数。

沉淀碳酸钙表面改性实验及其对纸张性能的影响研究

此次研究对沉淀碳酸钙(PCC)进行表面改性,选用有机钛交联剂,将塔拉胶交联到PCC表面,得到了一种新型的改性沉淀碳酸钙(MPCC)。通过对添加MPCC纸张物理性能分析,得到了MPCC的最佳制备条件:改性PCC的塔拉胶用量为2.5%、有机钛交联剂用量为7%,交联反应温度控制为80℃时,交联反应时间为10 min。添加MPCC与添加未改性PCC的纸张相比:抗张指数、耐破指数和撕裂指数分别提高了54.30%、62.5%和26.98%。

微生物诱导碳酸钙沉淀改良黄土的崩解性试验研究

黄土特殊的结构和矿物组成导致其遇水易崩解,并引起边坡失稳、湿陷性沉降等一系列岩土工程问题。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术是一种新型微生物矿化技术,本文通过自制崩解仪探究了养护龄期和胶结液浓度对MICP改良黄土崩解时间和崩解率的影响,根据非饱和土的单值有效应力公式,从孔隙水压力和孔隙气压力的角度建立了非饱和土崩解的力学模型,利用推导出的崩解率-时间公式拟合黄土试样的崩解曲线。结果表明:MICP改良试样的崩解率均低于未改良的试样;随着养护龄期增加,0.6 mol/L胶结液改良黄土的崩解时间由12 min增加到28 min;养护14 d时,MICP改良黄土的崩解率达到最低值0.02%,崩解率-时间公式对崩解率曲线的调整拟合优度均在0.90以上。

利用脱碳气化渣矿化封存CO_(2)制备碳酸钙的影响研究

本实验研究了浸出剂种类、浓度、反应时间、温度和液固比等对脱碳气化渣中钙浸出率的影响,并讨论了CO_(2)流量、温度、碳酸化时间对碳酸化效率和生成的沉淀碳酸钙(PCC)晶型结构的影响规律。结果表明,在2 mol/L盐酸、液固比为20 mL/g、反应温度为50℃、反应时间为90 min的浸出条件下,钙浸出率最高,为98.79%。在碳酸化阶段,CO_(2)流量主要影响碳酸化效率,通过优化碳酸化反应条件,CO_(2)流量300 mL/min,反应温度60℃,反应120 min时,最高碳酸化效率可达99.59%。而反应温度和时间则会对碳酸钙晶型和形貌产生显著影响,降低反应温度和缩短反应时间更有利于球霰石型碳酸钙的生成。

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。

沉淀碳酸钙(PCC)的发展及应用

简述碳酸钙的分类、用途、工业现状、国内外在碳酸钙多相合成体系流变学及转递行为、碳酸钙形成机理和形态控制技术以及结晶生长成核理论的研究成果 ,并讨论了碳酸钙粉末表面处理的方法、机理。

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。

纳米碳酸钙表面改性沸石对模拟蔗汁中酚酸的吸附性能

目的:探讨纳米碳酸钙改性沸石(CaCO_(3)@ZL)对模拟蔗汁中酚酸的吸附性能及其机理。方法:以沸石(ZL)为支撑骨架,通过共沉淀法在沸石表面负载纳米碳酸钙制备纳米碳酸钙改性沸石(CaCO_(3)@ZL)并用于模拟蔗汁中酚酸的吸附。利用X-衍射(XRD)和红外光谱(FTIR)对改性前后的沸石进行表征,通过静态吸附试验和动力学模型拟合研究CaCO_(3)@ZL对酚酸的吸附特性。结果:改性过程成功地在沸石表面负载纳米碳酸钙制备出CaCO_(3)@ZL。CaCO_(3)@ZL相对于未改性的ZL对酚酸的吸附量提高了40.34%,在600 min达到吸附平衡;CaCO_(3)@ZL对酚酸的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,经过5次再生后CaCO_(3)@ZL对酚酸仍可以保持初次吸附量的80.39%。结论:CaCO_(3)@ZL对模拟蔗汁的吸附过程速率主要为多分子层吸附和化学吸附控制,CaCO_(3)@ZL具有良好的再生性能,可用于蔗汁中酚酸的去除。

沉淀碳酸钙和纤维对模拟造纸污泥脱水的协同促进作用

以模拟造纸初级污泥(以下简称污泥)中的特征组分——纤维和填料为研究对象,考察沉淀碳酸钙(PCC)与纤维在污泥脱水过程中的作用机理。结果表明,纤维/PCC具有协同促进污泥脱水的作用,与单独添加PCC或单独添加纤维相比,向污泥中添加纤维/PCC,污泥含水率、有效含水率、污泥比阻和压缩系数均有所降低,污泥净固体产率(Y_(N))增大。通过进一步对比分析Zeta电位、污泥絮体粒径(尤其是D43)和絮体结合情况可知,纤维/PCC可通过Ca^(2+)的桥接作用形成尺寸更大且刚性更强的絮体,达到协同促进污泥脱水的作用。

微生物诱导碳酸钙沉淀在土体改良中的应用

微生物诱导碳酸钙沉淀是一种新型改良土体的技术,该技术在较好保护环境的同时,可以改善不良土体自身的性质。本文系统总结了各类土体自身的特点以及利用微生物矿化机理固化各类土体后的无侧限抗压强度和渗透性大小,对加固效果的影响因素进行了讨论分析,以期为固化更多不良土体的技术和应用研究提供参考。研究结果表明,颗粒粒径和孔隙大小在一定范围内,才能具有较好的固化效果;初始渗透系数较大的土体矿化后渗透系数显著降低;土体自身的矿物成分和物理性质也会影响加固效果。可见影响微生物加固效果的因素有很多,需要选取最优方案以期达到较好的固化效果。

环境因素对克雷白氏杆菌诱导碳酸钙沉淀的影响

作为微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)反应的核心产物,碳酸钙的沉淀特性对其所处理材料的工程性能具有重要的影响。采用全因子实验、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征,研究了乙酸钙浓度、菌液浓度和初始溶液pH对克雷白氏杆菌诱导碳酸钙沉淀特性的影响。结果表明,乙酸钙浓度为0.5 mol/L、菌液浓度为OD_(nature)、初始溶液pH=10时,碳酸钙沉淀量最大。乙酸钙浓度为0.25~0.5 mol/L时,方解石和球霰石共存;乙酸钙浓度为1.0 mol/L时,碳酸钙晶体均为球霰石。乙酸钙浓度为0.25 mol/L时,菌液浓度和初始溶液pH对碳酸钙晶型的影响较大。碳酸钙晶体粒径为7.6~15.1μm,方解石为菱面体状和片状,球霰石为球状及纺锤状。球霰石的平均弹性模量为15.9 GPa,方解石的平均弹性模量为22.7 GPa。三个主要环境因素对克雷白氏杆菌诱导生成的碳酸钙晶体沉淀量、晶体类型和晶体形貌具有调控作用;初始溶液pH对碳酸钙晶体粒径调控作用明显。这对于调控MICP过程及建立碳酸钙晶体的微观性能与其所处理材料的工程性能之间的关系提供了理论支撑。

沉淀碳酸钙（PCC）在铜版纸中的应用

本文介绍了沉淀碳酸钙在铜版纸生产中作为填料及涂布颜料的应用与特征，重点介绍了涂布纸沉淀碳酸钙对铜版纸的光学性能，印刷性能等方面所带来的影响，并展望了沉淀碳酸钙在涂布加工纸中的应用前景。

Mucuri纸厂沉淀碳酸钙（PCC）生产

Mucuri纸厂的现场车间向Suzano公司旗下的纸厂提供PCC，使其能够在低成本的条件下生产出白度更高。

晶型控制剂对沉淀碳酸钙晶型、形态的影响

碳酸钙是一种重要的无机化工产品,不同晶型、形态的碳酸钙有着不同的用途。晶型控制剂的加入在改变沉淀碳酸钙的晶型、形态方面都有着重要的作用。介绍了国内外在制备沉淀碳酸钙过程中,已经使用以及正在研究的各种晶型控制剂。总结了一些晶型控制剂的加入对沉淀碳酸钙晶型、形态所产生的影响,并且根据晶型控制剂类型的不同对其作用原理进行了解释。

控制沉淀法制备不同形貌的碳酸钙超细粉(英文)

本文报道了一种成功合成不同形貌的碳酸钙(CaCO3)超细粉的简单方法,可以获得包括链状、片状、棒状、球形、斜方、以及中空球形的超细碳酸钙粉末。产品用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)进行了表征和检测。文中对影响产品晶型和形貌的主要因素进行了讨论,以期有助于理解碳酸钙超细粉的成核与生长机理。

孪生球状碳酸钙的直接混合沉淀法制备及表征

以醋酸钙和碳酸钠为原料,柠檬酸三钠为晶形控制剂,利用液相直接混合沉淀法合成了分散性好、粒度约1.5～3.0μm、长短轴比约2:1的孪生球形碳酸钙晶体.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、原子力扫描探针显微镜(ASPM)和粒度分析等手段对样品进行了表征.结果表明,在不添加柠檬酸三钠的溶液中得到微米级的立方状碳酸钙晶体,而添加柠檬酸三钠(质量分数30%～40%)后则得到具有不同表面粗糙度的孪生球状碳酸钙晶体.同时,用分形生长理论和成核限制聚集(NLA)模型对孪生球状碳酸钙粒子的形成机理进行了分析.