化学与生物诱导作用下碳酸钙矿化过程及其影响机制研究

发布时间：2024-07-07 11:04

　　碳酸钙矿物广泛地分布在环境中,是沉积环境中最常见也是最重要的矿物之一。它也是一种非常重要的环境矿物,其矿化过程主要受化学作用和生物作用的调控。相关研究工作表明,一方面通过矿化过程形成的碳酸钙矿物可以作为反映不同时间空间尺度上环境变化的信息载体;另一方面,通过矿化过程形成的碳酸钙矿物同时还具有环境污染修复与治理的功能,其已经被广泛地应用于地下水污染治理、土壤污染原位修复及岩土工程改性等诸多领域。但是在化学矿化方面,目前传统研究主要针对在野外采集到的样品或在室内实验配制碳酸钙样品的结晶与矿化,对在不同饱和度条件下和不同多孔介质成分的矿化过程与影响研究多局限在二维尺度,对更能反映真实情况的三维表征与孔隙尺度的研究不足;在生物矿化方面,目前传统研究大多通过离心脱落沉淀等方法获取菌液中生成的矿物,无法实现对生物膜中所生成的矿物的原位无损可视化研究,更缺乏生物膜与碳酸钙矿物相互影响的研究。因此,研究碳酸钙矿化的过程及其影响机制具有重要的理论价值和现实意义。论文研究工作在大量查阅文献和实验数据分析的基础上,一方面通过碳酸钙化学矿化实验及X射线微断层扫描技术,并通过图像处理、数值计算实现了对碳酸钙化学...

【文章页数】：106 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 问题的提出
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 沉积环境
        1.2.2 喀斯特
        1.2.3 碳酸钙结晶及其动力学理论
        1.2.4 多孔介质中颗粒迁移特性影响因素研究
        1.2.5 微生物诱导碳酸钙研究现状
    1.3 研究方法、内容及技术路线
        1.3.1 研究方法
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 技术路线
第2章 碳酸钙化学矿化基础实验研究
    2.1 研究概述
    2.2 原理与方法
        2.2.1 化学平衡计算方法
        2.2.2 总碱度计算方法
        2.2.3 饱和度计算方法
        2.2.4 X射线微断层扫描技术原理
        2.2.5 图像采集与处理技术
    2.3 实验系统建立
        2.3.1 实验土柱制备
        2.3.2 碳酸钙化学矿化实验
        2.3.3 样品扫描与图像处理
        2.3.4 样品SEM扫描
    2.4 结果与分析
        2.4.1 时间尺度下的碳酸钙化学矿化影响因素化学分析
        2.4.2 不同化学条件下的碳酸钙化学矿化三维成像
        2.4.3 SEM检测图像
    2.5 本章小结
第3章 碳酸钙化学矿化对多孔介质渗流特性影响的孔隙尺度研究
    3.1 研究概述
    3.2 材料与方法
        3.2.1 实验系统建立
        3.2.2 XMT扫描与图像处理
        3.2.3 多孔介质渗流特性分析
        3.2.4 样品SEM扫描
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 碳酸钙矿化产物成核与生长
        3.3.2 碳酸钙矿化速率计算
        3.3.3 多孔介质基质颗粒表面性质改变分析
        3.3.4 多孔介质孔隙度和渗透率变化分析
    3.4 本章小结
第4章 微生物诱导碳酸钙矿化原位可视化研究
    4.1 研究概述
    4.2 材料与方法
        4.2.1 实验系统的建立
        4.2.2 菌株及其接种过程
        4.2.3 生物膜中的碳酸钙生物矿化
        4.2.4 共聚焦成像
        4.2.5 共聚焦拉曼光谱显微镜
        4.2.6 图像分析
        4.2.7 生物膜在碳酸钙生物矿化过程中的脱落
    4.3 结果
        4.3.1 微生物诱导碳酸钙矿物形态及矿物学分析
        4.3.2 微生物诱导碳酸钙矿化的空间分布
        4.3.3 碳酸钙生物矿化物与生物膜之间的相互作用分析
    4.4 讨论与小结
第5章 碳酸钙生物矿化对生物膜的影响机制研究
    5.1 研究概述
    5.2 材料和方法
        5.2.1 实验系统建立、微生物菌株培养接种步骤
        5.2.2 碳酸钙生物矿化及微粒沉积实验
        5.2.3 生物膜渗透性实验
        5.2.4 生物膜灭活实验
        5.2.5 图像采集与成像分析
    5.3 结果
        5.3.1 碳酸钙生物矿化及微粒沉积分布情况
        5.3.2 Cy5在碳酸钙生物矿化与非生物碳酸钙沉积后的运移路径分析
        5.3.3 碳酸钙生物矿化与非生物碳酸钙沉积后生物膜灭活响应分析
    5.4 讨论与小结
结论与展望
致谢
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及科研成果



本文编号：4003612