一種基于微生物礦化誘導技術制備固體廢棄物建材制品的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于微生物學領域和材料科學領域的交叉科學技術，涉及一種基于微生物 礦化誘導技術制備固體廢棄物建材的微生物方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著國家經濟的快速發展，工業生產過程產生的固體廢棄物逐年增長，如 果不采取合理的方式對這些固體廢棄物進行綜合利用，必然將會對社會環境造成許多危 害，諸如占用土地，污染空氣，浪費資源等。固體廢棄物資源化利用最廣泛、有效途徑之一便 是用于建筑材料，固體廢棄物主要的活性礦物組成為(： 23、(：33、〇44?和1?0相(1%、？6、111等的氧 化物所形成的固熔體)等，與水泥組分相近，但使用固體廢棄物制備建筑材料還存在水化速 率慢，安定性較差等問題。
[0003] 微生物礦化誘導技術是模仿了自然界中C02的礦物吸收過程，即C02與含有堿性或 堿土金屬氧化物的礦石反應，生成永久的、更為穩定的碳酸鹽這樣一系列過程。但在自然界 中，礦石碳酸化過程是自然發生的，過程非常緩慢。為了加速這一過程，從自然界中提取出 某種微生物，提供其充分適宜的生存、繁殖和活化反應條件，加速其的酶化作用，再人為得 提高C0 2的濃度，其分泌的碳酸酐酶理論上可以加快水合反應速度約107倍，顯著提升C02的 吸收效率和吸收速率，并且其分泌物也具有一定的膠凝性，從而達到微生物的高效固碳。該 技術一項利用廢棄物、節約資源和能源的先進技術，是處理固體廢棄物的有效方法，不僅可 以解決工業生產產出固體廢棄物的污染，也可在一定程度上緩解所引起的溫室效應具有處 理時間短，并且工藝簡單，投資少，不會產生二次污染，具有較高的經濟與社會效益。
【發明內容】
[0004] 技術問題:本發明提供一種基于微生物礦化誘導技術制備固體廢棄物建材制品的 方法，此方法具有成本低、效果顯著、環境友好，不會產生二次污染的優點。
[0005] 技術方案:本發明基于微生物礦化誘導技術制備固體廢棄物建材制品的方法，包 括以下步驟：
[0006] 1)將膠質芽孢桿菌接種至相應的培養基中培養，制備菌體濃度為106~10 7個/mL的 濃縮菌液；
[0007] 2)將固體廢棄物與堿激發劑在攪拌鍋內混合均勻，向攪拌鍋內加入所述濃縮菌液 與水，攪拌均勻后加入砂繼續攪拌，攪拌均勻后將漿體倒入模具中振搗成型；
[0008] 3)成型后，將試件置于相對濕度(60% ±3%)，溫度(20±2)°C的環境中養護，Id后 脫模，將脫模后試樣放入壓力爸中，在濕度(70% ±3% )，一定C〇2壓力下養護4h-6h。在一定 二氧化碳壓力養護條件下，膠質芽孢桿菌吸收、轉化C02為碳酸根，與固廢與激發劑體系中 的Ca 2+成CaC03，同時微生物礦化生成的CaC03在含有激發劑的體系中，能促進水化硅酸鈣與 水化碳鋁酸鈣的形成，固體廢棄物建材制品的強度到明顯的提升提高。
[0009] 4)所述固體廢棄物建材制品中固廢、砂、堿激發劑、菌液、水按質量比為1: 2~3 : 0.1~0.2:0.1~0.2:0.1~0.2 制備。
[0010] 所述膠質芽孢桿菌濃縮菌液添加入固體廢棄物與激發劑混合體系中，會加速該體 系的水化與碳化速率，水化產物中有水化碳鋁酸鈣的生成，碳酸鈣含量也有明顯的提高，得 到碳化后固體廢棄物建材制品的強度與耐久性都有明顯的提高。
[0011] 有益效果:本發明與現有技術相比，具有以下優點：
[0012] 1、與傳統的二氧化碳蒸壓養護制磚方法相比，開創性的利用微生物礦化誘導技術 制備固體廢棄物建材制品的方法，使建材制品的強度得到提升。
[0013] 2、二氧化碳壓力養護條件下，膠質芽孢桿菌吸收、轉化C02為碳酸根，與固廢堿激 發劑體系中的Ca 2+成CaC03,同時微生物礦化生成的CaC03與體系中的碳酸根離子能促進水 化體系中水化硅酸鈣與水化碳鋁硅酸鹽的形成，固體廢棄物建材制品的強度到明顯的提升 提尚。
[0014] 3、本發明采用的微生物方法，具有高效、簡化養護條件，經濟環保等特點，形成的 礦物性質穩定、耐久性強，過程中產生的二氧化碳可有效捕獲利用，減緩溫室效應。
【附圖說明】
[0015] 圖1為采用微生物礦化誘導技術與未添加微生物制備鋼渣制品形成的水化產物 XRD 圖，
[0016] 圖2為采用微生物礦化誘導技術與未添加微生物制備鋼渣制品形成的水化產物 SEM圖，其中圖2a是未使用微生物礦化誘導技術制備的鋼渣制品，圖2b是使用微生物礦化誘 導技術制備的鋼渣制品。
[0017] 圖3為采用微生物礦化誘導技術與未添加微生物制備鋼渣制品形成的水化產物 TG-DSC圖，其中，圖3a是未使用微生物礦化誘導技術制備的鋼渣制品，圖3b是使用微生物礦 化誘導技術制備的鋼渣制品。
【具體實施方式】
[0018] 本發明所采用的膠質芽孢桿菌均來源于中國工業微生物菌種保藏中心。
[0019] 本發明基于一種基于微生物礦化誘導技術制備固體廢棄物建材制品的方法，方法 步驟如下：
[0020] (1)獲取膠質芽孢桿菌濃縮菌液:將膠質芽孢桿菌接種于滅菌后的培養基溶液，每 升培養基含有蛋白胨3~7g、牛肉浸取物4~6g，NaCl 6~7g、瓊脂16~18g、MgS〇4〇.3~ 〇.7g，并控制pH為7~8,于32~38°C下振蕩培養24h，得到含有膠質芽孢桿菌的菌液，在4°C 下經6000~8000rpm高速離心10~15min后，除去上層培養基營養物質后加去離子水，濃縮 菌液中所含菌體濃度為1〇 6~1〇7個/mL。
[0021] (2)將固體廢棄物與堿激發劑在攪拌鍋內混合均勻，向攪拌鍋內加入所述濃縮菌 液與水，攪拌均勻后加入砂繼續攪拌，攪拌均勻后將漿體倒入模具中振搗成型。
[0022] (3)成型后，將試件置于相對濕度(60 % ± 3 % )，溫度（20 ± 2)°C的環境中養護，1 d 后脫模，將脫模后試樣放入壓力爸中，在濕度(70% ±3% )，一定⑶2壓力下養護4h_6h。在一 定二氧化碳壓力養護條件下，膠質芽孢桿菌吸收、轉化C02為碳酸根，與固廢與激發劑體系 中的Ca2+成CaC03，同時微生物礦化生成的CaC03在含有激發劑的體系中，能促進水化硅酸鈣 與水化碳鋁酸鈣鹽的形成，提高反應體系的水化速率，基體的密實程度得到提高，固體廢棄 物建材制品的強度到明顯的提升提尚。
[0023] (4)所述固體廢棄物建材制品中固廢、砂、堿激發劑、菌液、水按質量比為1: 2~3: 0.1~0.2:0.1~0.2:0.1~0.2制備，具體配比如表1所示。
[0024] (5)對固體廢棄物制品的各性能進行分析檢測，結果表明，使用微生物礦化誘導技 術制備的固體廢棄物制品有較高強度，無泛堿開裂的現象出現，碳化后固體廢棄物制品內 部的碳酸鈣含量增加，水化產物中有水化碳鋁酸鈣的生產，制品內部致密程度增加。
[0025] (6)說明書的附圖1、2、3分別為采用微生物礦化誘導技術與未添加微生物制備鋼 渣制品形成的水化產物XRD、SEM、TG-DSC圖，由試驗結果可以看出，采用本技術制備的固體 廢棄物制品，水化產物中有明顯的水化碳鋁酸鈣生成，碳酸鈣含量明顯增加，制品內部的密 實程度明顯提高。此方法具有成本低、效果顯著、環境友好，不會產生二次污染的優點
[0026] 表1微生物礦化固體廢棄物體系配比/(g)
[0028] 實例：
[0029] (1)獲取膠質芽孢桿菌濃縮菌液:將膠質芽孢桿菌接種于滅菌后的培養基溶液，每 升培養基含有蛋白胨7g、牛肉浸取物6g，NaCl 7g、瓊脂18g、MgS〇4〇.7g，并控制pH為7~8,于 32°C下振蕩培養24h，得到含有膠質芽孢桿菌的菌液，在4°C下經6000~SOOOrpm高速離心 15min后，除去上層培養基營養物質后加去離子水，濃縮菌液中所含菌體濃度為10 6~107個/ mL〇
[0030] (2)將500g鋼渣與100g激發劑Ca (0H) 2混合，倒入攪拌鍋中攪拌均勻后，向攪拌鍋 內加入100ml濃縮的菌液與200ml水，繼續攪拌至均勾，加入1500g砂后繼續攪拌，攪拌均勾 后，將漿體倒入模具中振搗成型。
[0031 ] (3)成型后，將試件置于相對濕度(60 % ± 3 % )，溫度（20 ± 2)°C的環境中養護，1 d 后脫模，將脫模后試樣放入壓力釜中，在濕度（70% ±3%)，⑶2壓力為0.3MPa條件下養護 4h〇
[0032] (4)對鋼渣磚各性能進行分析檢測，結果表明，使用微生物礦化誘導技術制備的鋼 渣磚有較高強度，無泛堿開裂的現象出現，各項性能均符合國家規定，微生物礦化誘導作用 后，碳化后磚體內部的碳酸鈣含量增加，水化產物中有水化碳鋁酸鈣的生產，磚內部致密程 度增加。
【主權項】
1. 一種基于微生物礦化誘導技術制備固體廢棄物建材制品的方法，其特征在于，該方 法包括以下步驟： 1) 將膠質芽孢桿菌接種至相應的培養基中培養，制備菌體濃度為1〇6~1〇7個/mL的濃縮 菌液； 2) 將固體廢棄物與激發劑在攪拌鍋內混合均勻，向攪拌鍋內加入所述濃縮菌液與水， 攪拌均勻后加入砂繼續攪拌，攪拌均勻后將漿體倒入模具中振搗成型； 3) 成型后，將試件置于相對濕度為60% ±3%，溫度22°C±2°C的環境中養護，Id后脫 模，將脫模后試樣放入壓力釜中，在相對濕度70% ±3%，在C02壓力下養護4h，得到固體廢 棄物建材制品。2. 根據權利要求1所述的基于微生物礦化誘導技術制備固體廢棄物建材制品的方法， 其特征在于，所述固體廢棄物建材制品，其中，固體廢棄物、砂、激發劑、濃縮菌液、水按質量 比為 1:2~3:0.1~0.2:0.1~0.2:0.1~0.2。3. 根據權利要求1所述的基于微生物礦化誘導技術制備固體廢棄物建材制品的方法， 其特征在于所述膠質芽孢桿菌濃縮菌液添加入固體廢棄物與激發劑混合體系中，會加速該 體系的水化與碳化速率，水化產物中有水化碳鋁酸鈣的生成，碳酸鈣含量也有明顯的提高， 得到碳化后固體廢棄物建材制品的強度與耐久性都有明顯的提高。所述激發劑為氧化鈣， 激發劑可以加速體系的水化反應速率，提高體系的強度。
【專利摘要】本發明公開了一種基于微生物礦化誘導技術制備固體廢棄物建材制品的方法，其步驟為：將膠質芽孢桿菌接種至相應的培養基中培養，制備菌體濃度為106～107個/mL的濃縮菌液；將固體廢棄物與激發劑混合，倒入攪拌鍋中攪拌均勻后，向攪拌鍋內加入所述濃縮菌液與水，攪拌均勻后加入砂繼續攪拌，攪拌均勻后將漿體倒入模具中振搗成型；成型后，將試件置于相對濕度為60％±3％，溫度20℃±2℃的環境中養護，1d后脫模，將脫模后試樣放入壓力釜中，在相對濕度70％±3％，在CO2壓力下養護4h，得到固體廢棄物建材制品。此方法具有成本低、效果顯著、環境友好，不會產生二次污染的優點。
【IPC分類】C04B40/00, C04B18/16
【公開號】CN105481469
【申請號】CN201510907609
【發明人】錢春香, 伊海赫, 王凱
【申請人】東南大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月9日