CN114774474A - 一种利用微生物制备片状碳酸钙和球状碳酸钙的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用微生物制备片状碳酸钙和球状碳酸钙的方法，属于无机粉体制备领域。该方法将培养完成的菌液按一定比例先后加入尿素和形貌控制剂，再按照一定比例接入氯化钙溶液，静置反应，反应完成后取出沉淀物质进行洗涤和烘干，即可获得片状和球状碳酸钙，其中所述的形貌控制剂为聚乙二醇和十六烷基三甲基溴化铵。本发明利用微生物制备片状碳酸钙和球状碳酸钙，其中所利用的微生物资源丰富，反应高效，环境友好无污染，通过添加形貌控制剂来制备片状和球状碳酸钙，提高了碳酸钙应用的专一性，使碳酸钙在多领域的应用更加高效。

Description

一种利用微生物制备片状碳酸钙和球状碳酸钙的方法

技术领域

本发明涉及无机粉体制备领域，涉及碳酸钙的制备方法，特别是一种利用微生物制备片状碳酸钙和球状碳酸钙的方法。

背景技术

碳酸钙在人类文明史上，以其在自然界中分布广、易于获取的特点而被广泛应用。作为重要的建筑材料有着悠久的开采历史，在现代工业中，碳酸钙是制造水泥、石灰、电石的主要原料，是冶金工业中不可缺少的熔剂灰岩，优质碳酸钙经超细粉磨后，被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品的制造中。而日常生活及工业当中经常用的为轻质碳酸钙，而轻质碳酸钙则无法向重质碳酸那样通过一系列物理方式获得，需要经过一系列的化学反应来获得。

为了提高碳酸钙的应用效率，现今在制备轻质碳酸钙的过程中通过加入形貌控制剂以达到控制碳酸钙的形貌的目的，提高其应用的专一性。目前常用的不同形貌碳酸钙制备方法可分为碳化法和复分解法。碳化法是将形貌控制剂加入到氢氧化钙溶液中，然后想溶液中通入二氧化碳气体，碳化至终点可得到所需形貌的碳酸钙。复分解法是将钙盐溶液与碳酸盐溶液在适当的条件下反应并结合相应的形貌控制剂制备所需形貌的碳酸钙。无论是碳化法还是复分解法制备碳酸钙过程都比较复杂，且容易造成污染。

生物矿化制备碳酸钙是利用了微生物自身生命活动的特点，自然环境中微生物资源丰富，且其有专一的酶促反应、环境友好，使得其在碳酸钙的制备当中具有很大的发展潜力。产脲酶的微生物制备碳酸钙过程中，反应更加高效，且对环境无污染。目前利用微生物矿化制备碳酸钙的方法有很多，但关于利用微生物矿化制备不同形貌碳酸钙的方法还未有说明。

中国发明专利申请公开说明书CN109295108A于2019年2月1日公开的《利用微生物矿化制备不同晶型碳酸钙的方法》中通过控制不同的反应温度得到方解石、球霰石或方解石与球霰石的混合物，并未从微观形貌上对碳酸钙进行分类制备。

中国发明专利申请公开说明书CN1778934于2006年5月31日公开的《利用微生物沉积制备碳酸钙的方法》中通过产脲酶菌株巴士芽孢杆菌分解尿素，在掺入氯化钙溶液的情况下诱导产生碳酸钙，从而制备得到碳酸钙，此方法为最基础的微生物制备碳酸钙，未从产量、晶型、形貌上对碳酸钙进行分类制备。

中国发明专利申请公开说明书CN109652461A于2019年4月19日公开的《一种提高微生物诱导碳酸钙产率的方法》中通过控制营养液的pH以及向营养液中加入氧化铝，来提高碳酸钙的产率，并未从微观形貌上对碳酸钙进行分类制备。

综上所述，现有的利用微生物制备碳酸钙的技术中均未从微观结构上来把控碳酸钙的形貌，对于工业上应用单一形貌碳酸钙不能提供有效的技术支持。因此，需要在微生物制备碳酸钙的基础上通过形貌控制剂的加入以达到制备不同形貌碳酸钙的目的。结合微生物制备碳酸钙的高效快速、环境友好等优点，形貌控制剂的加入控制了所制备的碳酸钙的形貌，提高其在各领域应用当中的专一性，为今后的生产及社会发展奠定基础。

发明内容

本发明的目的旨在解决以上问题，具体的，在微生物制备碳酸钙的基础上通过形貌控制剂的加入以达到制备不同形貌碳酸钙的目的。

本发明的的目的是这样实现的，本发明提供了一种利用微生物制备片状碳酸钙和球状碳酸钙的方法，通过形貌控制剂的加入完成不同形貌碳酸钙的制备，所述形貌控制剂包括聚乙二醇-600和十六烷基三甲基溴化铵，所述不同形貌碳酸钙包括片状碳酸钙和球状碳酸钙；具体的，包括以下步骤：

步骤1，菌液的制备

步骤1.1，采用美国菌种保藏中心推荐配方ATCC1376NH₄-YE配置培养液，然后将培养液置于灭菌锅内灭菌20分钟～30分钟，灭菌锅温度设定为101摄氏度～123摄氏度，再放置在超净工作台上进行紫外灭菌通风，待培养液的温度降至室温时使用；

步骤1.2，待培养液的温度降至室温后，取培养液于容器中，用无菌移液器将巴士芽孢杆菌加入到培养液内得到菌液，巴士芽孢杆菌与培养液的容量比为1∶100；将菌液放入培养箱内进行培养，培养箱温度设定为28摄氏度～32摄氏度，振荡频率设定为180次/分钟～220次/分钟，培养时间设定为48小时～72小时；

步骤1.3，测量步骤1.2中得到的菌液在600nm波长处的吸光值，即OD₆₀₀值，在OD₆₀₀＝0.8～1.2时取出待用；

步骤2，碳酸钙的制备

步骤2.1，初始混合液a和初始混合液b的制备

定义初始混合液a和初始混合液b，其中，初始混合液a由菌液、浓度为1摩尔/升的尿素、聚乙二醇-600配置而成，其重量份数按照前述顺序分别为98～105∶60.06∶20；初始混合液b由菌液、浓度为1摩尔/升的尿素、十六烷基三甲基溴化铵配置而成，其重量份数按照前述顺序分别为98～105∶60.06∶30；

初始混合液a制备的步骤如下：首先，在所述菌液中加入浓度为1摩尔/升的尿素，然后用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，使其加入的尿素充分溶解于菌液中；其次，将聚乙二醇-600加入到含有尿素的菌液中，然后再用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，得到混合均匀的初始混合液a；

初始混合液b制备的步骤如下；首先，在所述菌液中加入浓度为1摩尔/升的尿素，然后用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，使其加入的尿素充分溶解于菌液中；其次，将十六烷基三甲基溴化铵加入到含有尿素的菌液中，然后再用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，得到混合均匀的初始混合液b；

步骤2.2，混合液A和混合液B的制备

在初始混合液a加入浓度为1摩尔/升的氯化钙溶液得到混合液A，在初始混合液b中加入浓度为1摩尔/升的氯化钙溶液得到混合液B，且该氯化钙溶液的加入量满足以下配比：在混合液A和混合液B中，氯化钙溶液与菌液的体积比均为1∶1；

用磁力搅拌器分别搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟；

步骤2.3，步骤2.2的搅拌结束后，将混合液A和混合液B均静置反应20小时～24小时；

步骤2.4，反应结束后，将混合液A和混合液B分别进行过滤得到碳酸钙沉淀物A和碳酸钙沉淀物B，再使用去离子水将碳酸钙沉淀物A和碳酸钙沉淀物B均清洗2遍～4遍，并置于60℃下干燥1小时～3小时；

干燥结束后，碳酸钙制备完成，其中，碳酸钙沉淀物A制备得到的碳酸钙为片状，碳酸钙沉淀物B制备得到的碳酸钙为球状。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明利用微生物制备碳酸钙，与传统碳酸钙制备方法相比能耗低，操作简单，无污染，可控性强。

2、本发明在利用微生物制备碳酸钙的同时，通过形貌控制剂的加入，使得制备得到的碳酸钙可以在微观上细化分类，提高了碳酸钙在应用当中的专一性。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2为本发明具体实施例2中制备得到的片状碳酸钙的XRD图谱；

图3为本发明具体实施例3中制备得到的球状碳酸钙的XRD图谱；

图4是本发明具体实施例2制备得到的片状碳酸钙的扫描电镜图；

图5是本发明具体实施例3制备得到的球状碳酸钙的扫描电镜图。

具体实施方式

下面通过结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

图1是本发明的流程图，由图1可见，本发明一种利用微生物制备片状碳酸钙和球状碳酸钙的方法，通过形貌控制剂的加入完成不同形貌碳酸钙的制备，所述形貌控制剂包括聚乙二醇-600和十六烷基三甲基溴化铵，所述不同形貌碳酸钙包括片状碳酸钙和球状碳酸钙。

实施例1，具体包括以下步骤：

步骤1，菌液的制备

步骤1.1，采用美国菌种保藏中心推荐配方ATCC1376NH₄-YE配置培养液，然后将培养液置于灭菌锅内灭菌20分钟～30分钟，灭菌锅温度设定为101摄氏度～123摄氏度，再放置在超净工作台上进行紫外灭菌通风，待培养液的温度降至室温时使用。

在本实施例中，灭菌时间为30分钟，灭菌锅温度为121摄氏度。

步骤1.2，待培养液的温度降至室温后，取培养液于容器中，用无菌移液器将巴士芽孢杆菌加入到培养液内得到菌液，巴士芽孢杆菌与培养液的容量比为1∶100；将菌液放入培养箱内进行培养，培养箱温度设定为28摄氏度～32摄氏度，振荡频率设定为180次/分钟～220次/分钟，培养时间设定为48小时～72小时。

在本实施例中，培养箱温度为30摄氏度，振荡频率为200次/分钟，培养时间为60小时。

步骤1.3，测量步骤1.2中得到的菌液在600nm波长处的吸光值，即OD₆₀₀值，在OD₆₀₀＝0.8～1.2时取出待用。

在本实施例中，所述美国菌种保藏中心推荐配方ATCC1376 NH₄-YE配置的培养液的组成为：20克酵母提取物、10克(NH₄)₂SO₄、0.13摩尔/升Tris Buffer，加去离子水至1升，用1摩尔/升HCl调节培养液pH＝9.0。所述巴氏芽孢杆菌为美国菌种保藏中心编号ATCC11859。

步骤2，碳酸钙的制备

步骤2.1，初始混合液a和初始混合液b的制备

定义初始混合液a和初始混合液b，其中，初始混合液a由菌液、浓度为1摩尔/升的尿素、聚乙二醇-600配置而成，其重量份数按照前述顺序分别为98～105∶60.06∶20；初始混合液b由菌液、浓度为1摩尔/升的尿素、十六烷基三甲基溴化铵配置而成，其重量份数按照前述顺序分别为98～105∶60.06∶30；

初始混合液a制备的步骤如下：首先，在所述菌液中加入浓度为1摩尔/升的尿素，然后用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，使其加入的尿素充分溶解于菌液中；其次，将聚乙二醇-600加入到含有尿素的菌液中，然后再用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，得到混合均匀的初始混合液a；

初始混合液b制备的步骤如下；首先，在所述菌液中加入浓度为1摩尔/升的尿素，然后用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，使其加入的尿素分别溶解于菌液中；其次，将十六烷基三甲基溴化铵加入到含有尿素的菌液中，然后再用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，得到混合均匀的初始混合液b；

步骤2.2，混合液A和混合液B的制备

在初始混合液a加入浓度为1摩尔/升的氯化钙溶液得到混合液A，在初始混合液b中加入浓度为1摩尔/升的氯化钙溶液得到混合液B，且该氯化钙溶液的加入量满足以下配比：在混合液A和混合液B中，氯化钙溶液与菌液的体积比均为1∶1；

用磁力搅拌器分别搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟；

步骤2.3，步骤2.2的搅拌结束后，将混合液A和混合液B均静置反应20小时；

步骤2.4，反应结束后，将混合液A和混合液B分别进行过滤得到碳酸钙沉淀物A和碳酸钙沉淀物B，再使用去离子水将碳酸钙沉淀物A和碳酸钙沉淀物B均清洗2遍～4遍，并置于60℃下干燥1小时～3小时；

干燥结束后，碳酸钙制备完成，其中，碳酸钙沉淀物A制备得到的碳酸钙为片状，碳酸钙沉淀物B制备得到的碳酸钙为球状。

在本实施例中，步骤2.1～步骤2.2中的搅拌时间均为1小时，搅拌频率均为240次/分钟。步骤2.3的清洗遍数为3遍，干燥时间为2小时。

实施例2

步骤1与具体实施例1相同。

步骤2，片状碳酸钙的制备

初始混合液a由菌液、浓度为1摩尔/升的尿素、聚乙二醇-600配置而成，其重量份数按照前述顺序分别为101.5∶60.06∶20；

首先，在所述菌液中加入浓度为1摩尔/升的尿素，然后用磁力搅拌器搅拌0.7小时，搅拌频率设定为200次/分钟，使其加入的尿素分别充分溶解于菌液中；其次，将聚乙二醇-600加入到含有尿素的菌液中，然后再用磁力搅拌器搅拌0.7小时，搅拌频率设定为200次/分钟，得到混合均匀的初始混合液a；

在初始混合液a加入浓度为1摩尔/升的氯化钙溶液得到混合液A，且该氯化钙溶液的加入量满足以下配比：在混合液A中，氯化钙溶液与菌液的体积比为1∶1；用磁力搅拌器分别搅拌0.7小时，搅拌频率设定为200次/分钟；

搅拌结束后，将混合液A静置反应20小时；反应结束后，将混合液A进行过滤得到碳酸钙沉淀物A，再使用去离子水将碳酸钙沉淀物A清洗3遍，并置于60℃下干燥2小时；干燥结束后，片状碳酸钙制备完成。

制备结束后，对得到的片状碳酸钙进行了X衍射实验，图2为本发明具体实施例2中制备得到的片状碳酸钙的XRD图谱图。图2下的数值为X衍射实验衍射角度，图2上的v为方解石，c为球霰石。由此可见，实施例2制备出的产品确为碳酸钙。

采用扫描电子显微镜对实施例2得到的碳酸钙产品进行观察，如图4。由图4可见，实施例2得到的碳酸钙的形貌为片状且排布紧密。另外，在图4中，WD为工作距离，MAG为放大倍数，“——”为比例尺。

实施例3

步骤1与具体实施例1相同。

步骤2，球状碳酸钙的制备

初始混合液b由菌液、浓度为1摩尔/升的尿素、十六烷基三甲基溴化铵配置而成，其重量份数按照前述顺序分别为101.5∶60.06∶30；

首先，在所述菌液中加入浓度为1摩尔/升的尿素，然后用磁力搅拌器搅拌0.7小时，搅拌频率设定为200次/分钟，使其加入的尿素分别充分溶解于菌液中；其次，将十六烷基三甲基溴化铵加入到含有尿素的菌液中，然后再用磁力搅拌器搅拌0.7小时，搅拌频率设定为200次/分钟，得到混合均匀的初始混合液b；

在初始混合液b加入浓度为1摩尔/升的氯化钙溶液得到混合液B，且该氯化钙溶液的加入量满足以下配比：在混合液B中，氯化钙溶液与菌液的体积比为1∶1；用磁力搅拌器分别搅拌0.7小时，搅拌频率设定为200次/分钟；

搅拌结束后，将混合液B静置反应20小时；反应结束后，将混合液B进行过滤得到碳酸钙沉淀物B，再使用去离子水将碳酸钙沉淀物B清洗4遍，并置于60℃下干燥3小时；干燥结束后，片状碳酸钙制备完成。

干燥结束后，球状碳酸钙制备完成。

制备结束后，对得到的球状碳酸钙进行了X衍射实验，图3为本发明具体实施例3中制备得到的球状碳酸钙的XRD图谱图。由图3可见，实施例3制备出的产品确为碳酸钙。

采用扫描电子显微镜对实施例3得到的碳酸钙产品进行观察，如图5。由图5可见，实施例3得到的碳酸钙的形貌为球状，颗粒间有豁连结构，有团聚情况。

Claims (1)

1.一种利用微生物制备片状碳酸钙和球状碳酸钙的方法，其特征在于，通过形貌控制剂的加入完成不同形貌碳酸钙的制备，所述形貌控制剂包括聚乙二醇-600和十六烷基三甲基溴化铵，所述不同形貌碳酸钙包括片状碳酸钙和球状碳酸钙；具体的，包括以下步骤：

步骤1，菌液的制备

步骤1.1，采用美国菌种保藏中心推荐配方ATCC1376NH₄-YE配置培养液，然后将培养液置于灭菌锅内灭菌20分钟～30分钟，灭菌锅温度设定为101摄氏度～123摄氏度，再放置在超净工作台上进行紫外灭菌通风，待培养液的温度降至室温时使用；

步骤1.2，待培养液的温度降至室温后，取培养液于容器中，用无菌移液器将巴士芽孢杆菌加入到培养液内得到菌液，巴士芽孢杆菌与培养液的容量比为1∶100；将菌液放入培养箱内进行培养，培养箱温度设定为28摄氏度～32摄氏度，振荡频率设定为180次/分钟～220次/分钟，培养时间设定为48小时～72小时；

步骤1.3，测量步骤1.2中得到的菌液在600nm波长处的吸光值，即OD₆₀₀值，在OD₆₀₀＝0.8～1.2时取出待用；

步骤2，碳酸钙的制备

步骤2.1，初始混合液a和初始混合液b的制备

定义初始混合液a和初始混合液b，其中，初始混合液a由菌液、浓度为1摩尔/升的尿素、聚乙二醇-600配置而成，其重量份数按照前述顺序分别为98～105∶60.06∶20；初始混合液b由菌液、浓度为1摩尔/升的尿素、十六烷基三甲基溴化铵配置而成，其重量份数按照前述顺序分别为98～105∶60.06∶30；

初始混合液a制备的步骤如下：首先，在所述菌液中加入浓度为1摩尔/升的尿素，然后用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，使其加入的尿素充分溶解于菌液中；其次，将聚乙二醇-600加入到含有尿素的菌液中，然后再用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，得到混合均匀的初始混合液a；

初始混合液b制备的步骤如下；首先，在所述菌液中加入浓度为1摩尔/升的尿素，然后用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，使其加入的尿素充分溶解于菌液中；其次，将十六烷基三甲基溴化铵加入到含有尿素的菌液中，然后再用磁力搅拌器搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟，得到混合均匀的初始混合液b；

步骤2.2，混合液A和混合液B的制备

在初始混合液a加入浓度为1摩尔/升的氯化钙溶液得到混合液A，在初始混合液b中加入浓度为1摩尔/升的氯化钙溶液得到混合液B，且该氯化钙溶液的加入量满足以下配比：在混合液A和混合液B中，氯化钙溶液与菌液的体积比均为1∶1；

用磁力搅拌器分别搅拌0.5小时～1小时，搅拌频率设定为180次/分钟～240次/分钟；

步骤2.3，步骤2.2的搅拌结束后，将混合液A和混合液B均静置反应20小时～24小时；

步骤2.4，反应结束后，将混合液A和混合液B分别进行过滤得到碳酸钙沉淀物A和碳酸钙沉淀物B，再使用去离子水将碳酸钙沉淀物A和碳酸钙沉淀物B均清洗2遍～4遍，并置于60℃下干燥1小时～3小时；

干燥结束后，碳酸钙制备完成，其中，碳酸钙沉淀物A制备得到的碳酸钙为片状，碳酸钙沉淀物B制备得到的碳酸钙为球状。

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