CN105294051A - 微生物珊瑚砂砖的制备方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了微生物珊瑚砂砖的制备方法及其装置，方法为将珊瑚砂颗粒称量后装入砖模具中；再将驯化培养保藏的巴斯德氏芽孢杆菌加水配制成活性大于1mM·min^-1菌液，调节pH至7～8，再与浓度为1mol·L^-1的氯化钙和1mol·L^-1的尿素溶液混合；最后将混合液通入模具中，在电压为3-4V环境下，相反的两个电流方向各反应3小时，排出反应后的混合溶液，重复此步骤6～8次，脱模后烘干，得珊瑚砂砖。本发明的方法简单，周期短，2天左右即能获得强度满足相关建筑规范要求的珊瑚砂砖，本发明还公开了用于制备微生物珊瑚砂砖的装置，结构合理，能够用于工业大规模重复生产。

Description

微生物珊瑚砂砖的制备方法及其装置

技术领域

本发明属于化学领域，具体涉及微生物珊瑚砂的制备方法，还涉及制备珊瑚砂的装置。

背景技术

近年来我国广袤的海洋国土引起了广泛关注，各项岛礁建筑工程正在如火如荼地进行之中。考虑到从陆地运输建筑材料的成本十分高昂，因而对珊瑚砂采取适当的固化方法使其成为能够满足工程建设需要的建筑材料，便成为一种可行的思路。生物固化技术的特点能够完美匹配珊瑚砂固化处理的需求，应用到实际工程建设中将大幅提升南海岛礁工程的建设效率并降低施工成本，大力推进海洋资源开发，有利于更好地维护我国的海洋权益。

珊瑚砂的结构疏松多孔、质脆易碎，与普通硅砂相比是一种特殊的岩土类型。珊瑚砂的主要矿物成分是高镁方解石和文石，CaCO₃含量高达96％，莫氏硬度为3，在岩土类别中统属碳酸类土或钙质土。国内外对珊瑚砂所做的相关研究虽然取得了大量丰硕的成果，但主要侧重于研究珊瑚砂本身的物理力学特性及其应用，而珊瑚砂工程处理方面的研究却鲜见报道。珊瑚砂本身脆弱的颗粒特性和较大的压缩性使其必须经过固化处理才能作为建筑材料使用，考虑到我国大规模岛礁工程建设对于建筑材料的需求，将松散珊瑚砂固化成强度满足建筑规范要求的标准砖是一个可行的思路。岛礁工程远离陆地的特性又必须要求使用新的施工工艺以降低成本，因此利用微生物固化技术处理珊瑚砂成标准砖无疑具有重要的国防战略意义。公开号为103773376A的中国专利公开了利用微生物固化松散珊瑚砂的方法，但是利用该方法固化松散珊瑚砂的效率不高，固化时间长，一般需要3～6天，不利于工程应用。

因此，急需一种高效率的珊瑚砂固化方法，解决岛礁砖砌体结构建筑材料缺乏的问题，具有较高的经济开发价值和战略意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供利用松散珊瑚砂制备珊瑚砂砖的方法；本发明的目的之二在于提供制备珊瑚砂砖的设备。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

1、微生物珊瑚砂砖的制备方法,包括如下步骤：

(1)将松散珊瑚砂进行初筛，将粒径小于2.5mm的珊瑚砂颗粒称量后装入砖模具中；

(2)将驯化培养保藏的巴斯德氏芽孢杆菌加水配制成活性大于1mM·min^-1菌液，并调节pH至7～8，再将菌液与浓度为1mol·L^-1的氯化钙和1mol·L^-1的尿素溶液按1：1：1的体积比混合形成固化液；

(3)将步骤(2)所得的固化液通入步骤(1)的模具中，将模具上部电极连接电源正级、下部电极连接电源负极，在电压为3-4V左右的电化学环境下固化反应6小时，期间将电极反接电源正负极2-3次，固化后排出反应后的混合溶液，重复此步骤6～8次，脱模后烘干，得珊瑚砂砖。

优选的，所述驯化培养保藏步骤具体如下：将巴斯德氏芽胞杆菌在氯化钠浓度为10g/L的培养基中驯化24小时，再依次在氯化钠浓度为20g/L、30g/L、35g/L的培养基中驯化至氯化钠浓度为35g/L时，菌液活性>2mM·min-1停止驯化，离心收集菌体，冷冻干燥保藏。

更优选的，所述培养基的组成如下：酵母提取物20-25g/L、尿素20g/L、六水氯化镍23.8mg/L、四水氯化锰13.9mg/L，溶剂为水。

2、所述方法使用的珊瑚砂砖装置，包括带正负极和导线的直流电源和模具，所述直流电源的正负极均为石墨电极；所述模具包括上表面不封闭且安装有固定电极的长方体砂箱和上表面不封闭的底箱，砂箱置于底箱内部并与底箱内壁有空隙。所述底箱的高度高于砂箱，所述底箱底部内壁固定有石墨电极、外壁接有导管，所述砂箱五个面均布有渗流孔。

优选的，该装置还包括设置于砂箱5个内壁的纤维棉。更优选的，所述纤维棉的厚度为10mm。

优选的，所述底箱和砂箱为透明胶合板拼接而成。

优选的，所述透明胶合板厚度优选为10mm。

优选的，所述砂箱内壁尺寸长*宽*高为260*135*100mm，底箱内壁尺寸长*宽*高为290*165*180mm。

优选的，所述渗流孔的直径为10mm，且均匀于砂箱外表面。

本发明的有益效果在于：本发明通过将固化液通入模具中，然后在电压为3-4V左右的电化学环境下固化反应，该方法操作简单，周期短，最快30小时即能获得强度满足相关建筑规范要求的珊瑚砂砖；同时该方法能够在珊瑚岛礁上就地取材制备珊瑚砂砖，无需从陆地运输，成本低廉，解决岛礁工程建设缺少建筑材料的问题。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：

图1为微生物固化松散珊瑚砂的设备。

图2为制备的珊瑚砂砖成品。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1、微生物固化松散珊瑚砂的设备

微生物固化松散珊瑚砂的设备，结构如图1所示，包括带正负极和导线的直流电源1和模具2，其中直流电源的正负极均为石墨电极6；其中模具包括上表面未封闭且安装有固定电极的长方体砂箱3和上表面不封闭且底部内壁安装有固定电极的底箱4，底箱4的高度高于砂箱3，在底箱4底部外壁设置有排水口5，用于排出反应后的混合溶液。底箱4和砂箱3均为透明胶合板拼接而成，胶合板厚度优选为10mm，上表面均不封闭，拼接处涂抹玻璃胶使其不透水密封。优选的，砂箱内壁尺寸为260*135*100mm(长*宽*高)，并且在砂箱5个外表面均布直径为10mm的圆形渗流孔；底箱内壁尺寸为290*165*180mm(长*宽*高)。制备砂砖时，将厚度为10mm的纤维棉覆盖于所述砂箱内壁，然后将松散珊瑚砂装入砂箱中，再将正负极接通电源，在3-4V电压和正反向电流条件下固化制备珊瑚砂砖。

实施例2、利用松散珊瑚砂制备珊瑚砂砖的方法

利用实施例1的微生物固化松散珊瑚砂的设备制备珊瑚砂砖的方法，包括如下步骤：

(1)称取2500g粒径小于2.5mm的珊瑚砂装入覆盖纤维棉的砂箱中，各粒径珊瑚砂配比如表1所示，然后检查外部件是否漏水；

表1、珊瑚砂粒径配比

粒组

砾石

细砾

粗砂

中砂

细砂

细粒

粒径(mm)

2～2.36

1～2

0.5～1

0.25～0.5

0.075～0.25

＜0.075

百分比(％)

1.9

5

22.96

14.6

44.9

10.64

(2)将驯化培养保藏的巴斯德氏芽孢杆菌加水配制成活性大于1mM·min^-1菌液，并调节pH至7～8，再将菌液与浓度为1mol·L^-1的氯化钙和1mol·L^-1的尿素溶液按1：1：1的体积比混合形成固化液；其中培养巴斯德氏芽孢杆菌的营养液各组分如下：酵母提取物20-25g/L、尿素20g/L、六水氯化镍23.8mg/L、四水氯化锰13.9mg/L，溶剂为水；

(3)将步骤(2)所得的固化液通入步骤(1)的模具中，然后在电压为3-4V的电化学环境下固化反应6小时，期间将电极反接电源正负极2-3次，固化后排出反应后的混合溶液，重复此步骤6～8次，脱模后烘干，得珊瑚砂砖。

制得的珊瑚砂砖如图2所示。

本发明通过利用电化学环境提高菌液活性和溶液内离子迁移速率，固化过程中反转电流方向使得阴阳离子在来回电迁移过程中充分接触反应，模具四壁的渗流孔设计使溶液与砂颗粒充分接触反应，提高了钙离子利用率，缩短固化时间，固化的珊瑚砂颗粒之间被碳酸钙充分胶结，经测试固化的砂砖无侧限抗压强度达10MPa，且反应用溶液可用海水配置，成砖免烧结，模具可拆卸，可大规模重复生产，为海洋岛礁中砖混结构的建设提供了新材料和新方法。

本发明中，为了使菌液能够直接在岛礁工程使用，在大规模培养巴斯德氏芽胞杆菌之前进行驯化使其能够在海水条件下繁殖，其驯化步骤如下：将巴斯德氏芽胞杆菌在氯化钠浓度为10g/L的培养基中驯化24小时，再依次在氯化钠浓度为20g/L、30g/L、35g/L的培养基中驯化至氯化钠浓度为35g/L时，菌液活性>2mM·min-1停止驯化，离心收集菌体，即得。其中培养基的组成如下：酵母提取物20-25g/L、尿素20g/L、六水氯化镍23.8mg/L、四水氯化锰13.9mg/L，溶剂为水。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.微生物珊瑚砂砖的制备方法,其特征在于，包括如下步骤：

(1)将松散珊瑚砂进行初筛，将粒径小于2.5mm的珊瑚砂颗粒称量后装入砖模具中；

(2)将驯化培养保藏的巴斯德氏芽孢杆菌加水配制成活性大于1mM·min^-1菌液，并调节pH至7～8，再将菌液与浓度为1mol·L^-1的氯化钙和1mol·L^-1的尿素溶液按1：1：1的体积比混合形成固化液；

(3)将步骤(2)所得的固化液通入步骤(1)的模具中，将模具上部电极连接电源正级、下部电极连接电源负极，在电压为3-4V的电化学环境下固化反应6小时，期间将电极反接电源正负极2-3次，固化后排出反应后的混合溶液，重复此步骤6～8次，脱模后烘干，得珊瑚砂砖。

2.根据权利要求1所述微生物珊瑚砂砖的制备方法，其特征在于：所述驯化培养保藏步骤具体如下：将巴斯德氏芽胞杆菌在氯化钠浓度为10g/L的培养基中驯化24小时，再依次在氯化钠浓度为20g/L、30g/L、35g/L的培养基中驯化至氯化钠浓度为35g/L时，菌液活性>2mM·min-1停止驯化，离心收集菌体，冷冻干燥保藏。

3.根据权利要求2所述微生物珊瑚砂砖的制备方法，其特征在于：所述培养基的组成如下：酵母提取物20-25g/L、尿素20g/L、六水氯化镍23.8mg/L、四水氯化锰13.9mg/L，溶剂为水。

4.权利要求1～3任一项所述方法使用的珊瑚砂砖装置，其特征在于：包括带正极和负极的直流电源和模具，所述直流电源的正负极均为石墨电极；所述模具包括上表面不封闭且安装有固定电极的砂箱和上表面不封闭的底箱，砂箱置于底箱内部并与底箱内壁有空隙；所述底箱的高度高于砂箱，所述底箱底部内壁固定有石墨电极、外壁接有导管，所述砂箱五个面均布有渗流孔。

5.根据权利要求4所述的珊瑚砂砖装置，其特征在于：还包括设置于砂箱内壁的纤维棉。

6.根据权利要求5所述的珊瑚砂砖装置，其特征在于：所述纤维棉的厚度为10mm。

7.根据权利要求4所述的珊瑚砂砖装置，其特征在于：所述底箱和砂箱为透明胶合板拼接而成。

8.根据权利要求7所述的珊瑚砂砖装置，其特征在于：所述透明胶合板厚度优选为10mm。

9.根据权利要求4所述的珊瑚砂砖装置，其特征在于：所述砂箱内壁尺寸长*宽*高为260*135*100mm，底箱内壁尺寸长*宽*高为290*165*180mm。

10.根据权利要求4所述的珊瑚砂砖装置，其特征在于：所述渗流孔的直径为10mm，且均布于砂箱的五个面。