理化环境参数对微生物诱导碳酸钙特性的影响

发布时间：2020-05-27 07:10

【摘要】：国内外对微生物矿化固结沙土、修复混凝土裂缝、处理固体废弃物钢渣等研究已经取得了一系列成果,但由于微生物生长对环境选择性大、微生物与所处环境之间的作用机制复杂等问题,大部分已有研究主要针对一种微生物在单一环境中的矿化行为,没有系统地比较不同微生物菌株在不同理化环境参数下矿化产物之间的特性与区别。本文对比研究了土壤材料、水泥基材料、钢渣胶凝材料这三种典型建筑材料的生物生长理化环境特性,分析归纳出了四类理化环境参数作为研究变量;针对上述几种建筑材料环境,从自然界存在的自然矿化微生物种类、国内外在沙土材料和水泥基材料中人工矿化各自所采用的微生物种类中筛选和培育出四种微生物菌株,并研究其生长与繁殖规律;通过试验设计,制备出四种不同微生物菌株和四类不同理化环境参数下诱导形成的生物碳酸钙。采用物相分析仪、傅里叶红外光谱仪、透射电子显微镜、场发射扫描式电子显微镜、同步热分析仪、原子力显微镜分别研究了不同生物碳酸钙的物相和晶型、形貌、晶粒尺寸和颗粒尺寸、分解温度、粘附力,揭示了生物碳酸钙特性之间的相互关系,提出微生物矿化形成的方解石中含有有机基质,而在有机基质作用下使得方解石之间产生相互作用;通过比较、分析、归纳,建立了微生物菌株、理化环境参数与生物碳酸钙特性之间的对应关系,为后续典型建筑材料环境中微生物矿化优化的机理模型研究提供了参考,为调控微生物矿化过程提供了理论依据,为微生物矿化胶凝材料基本理论的形成奠定了基础。
【图文】：

硫酸盐还原菌,扫描电镜

是微生物活动或新陈代谢的副产品。微生物的生理活动诱导矿化价硫、氮和金属作为电子受体的异化呼吸作用。Labrenz[13]在硫酸盐还原菌获得了纳米级闪锌矿微球粒集合体，可以清楚的看到硫酸盐还原细菌膜、粒、纳米级微球粒，，如图 1-1 所示。其实我们所熟知的钟乳石、钙华等也诱导的矿化作用形成的。图 1-2 是惠东热泉微生物席矿化层上部 TEM 图。胶体（m）吸附在蓝细菌鞘外（s）或细胞壁外的 EPS（p）层中，形成密集层（t），活蓝细菌细胞内（b）没有矿化作用的发生。在一些已死亡的蓝细，硅胶体已进入细胞内部[14]。微生物细胞决定了矿物形成的形态。微生物控制下形成的矿物具有特别的、低可溶性、稳定同位素分馏的特点和痕量元素的不均衡。在生物控制矿，微生物高度控制矿物颗粒的成核与生长过程，与外界环境无关，如趋磁磁铁矿过程以及单细胞藻类的二氧化硅沉积等[15]生物控制型矿化往往可有稳定结构和优质性能的矿化产物，如珍珠层[16, 17]，骨骼[18]，蛋壳[19]等

惠东,热泉,矿化,微生物

图 1-2 惠东热泉微生物席矿化层上部 TEM 图[14]微生物作用下的碳酸钙沉积一般认为是由诱导机制控制，因为矿物类型很取决于环境因素。在不同环境中，微生物种类以及非生物因素都会影响碳成方式。生物矿物生物矿物的种类多种多样，如表 1-1 所示[20]。目前自然界中已知大约有 60 多种生物矿物，这些矿物包括有机晶体、无机定形矿物，主要为钙镁磷酸盐、钙镁碳酸盐、铁锰氧化物、二氧化硅、硫化物、卤化物和有机酸盐[8]。在这些生物矿物中，含钙矿物占一半以上，其是构成无脊椎动物的体内外骨骼的主要无机物，而磷酸钙则是构成脊椎动无机物[21]。其次是非晶二氧化硅，以及少量的铁锰氧化物、硫化物、硫有机酸盐等[22]。根据生物矿物对生物体内作用可分为三类：（1）作为动物的骨骼支撑的碳
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】