一株碳酸盐矿化菌的筛选及其矿化性能研究

采用选择性富集和平板分离的方法从湖南省某土壤中筛出一株以乙酸钙为底物的碳酸盐矿化菌,并对该菌株诱导的碳酸钙沉淀的晶体类型以及pH、接种量、乙酸钙浓度等不同因素对碳酸钙的产量影响进行研究。结果表明,该碳酸盐矿化菌鉴定为克雷白氏杆菌属,其GenBank登录号为ON139648;革兰氏染色呈阴性,6 h~96 h为该菌的对数生长期;克雷白氏杆菌诱导的碳酸钙矿物晶体类型既有方解石,又有球霰石,其诱导碳酸钙沉淀产生的最佳条件为:初始pH=7、菌液接种量为4%、乙酸钙浓度为0.25 mol/L,乙酸钙利用率最高为96.6%,诱导的碳酸钙产量最高为1.23 g。     

氨基酸混合溶剂体系中碳酸钙晶体的制备

以CaCl2和Na2CO3为原料在不同反应条件下制备碳酸钙,首先在65℃恒温下用DMF和超纯水为混合溶剂(1:1),用不同浓度L-精氨酸作为碳酸钙结晶的调控剂,显示当L-精氨酸的浓度为0.04 mol/L时得到的碳酸钙是方解石型,浓度为0.02mol/L是方解石、球霰石及文石的混合体系,当浓度为0.08moL/L时是方解石和文石的混合体系.另外用DMF和超纯水为混合溶剂、0.04 mol/L L-精氨酸作为调控剂,结果显示温度为65℃时所得碳酸钙是方解石型,温度为85℃时得到的是方解石和球霰石的混合体系.研究结果表明L-精氨酸浓度和反应温度的改变对碳酸钙的晶体生长过程有十分重要的影响.     

不同矿化时间下水杨酸对碳酸钙晶体生长的影响

以有机小分子水杨酸为添加剂对碳酸钙晶体的生长进行调控,并用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TGA)方法对碳酸钙晶体的晶型和形貌进行了表征。结果显示,当pH值为7.0,加入0.04 mmoL水杨酸时,反应6小时和12小时后碳酸钙晶体的晶型为球霰石和方解石的混合晶型;而当矿化时间延长到24小时后,球霰石的晶型几乎消失,产物基本为方解石。     

阻垢剂HEDP和PBTCA阻垢机理探讨

碳酸钙晶体有3种晶相方解石、球霰石、文石.阻垢剂HEDP(羟基乙叉二膦酸)和PBTCA(2膦酸基丁烷1,2,4三羧酸)对碳酸钙晶体不同晶相的作用效果不同.实验结果表明,HEDP对方解石有很好的抑制作用,而对球霰石和文石则没有明显抑制效果.PBTCA对方解石和球霰石都有很好的抑制作用,对文石作用效果不明显.基于量子化学半经验方法,计算了HEDP和PBTCA的几何构型和分子中各原子所带电荷;由几何匹配理论说明HEDP可以抑制方解石的生长;PBTCA既能抑制方解石的生长,也能抑制球霰石的生长.     

阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠为模板制备球霰石

用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为模板,制备了球霰石型CaCO3.分别利用傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段进行了表征.结果表明:未加SDBS时,样品主要为方解石.搅拌3 h,当SDBS浓度为0.5 mM时,样品为球霰石;搅拌10 h,样品为方解石和球霰石混合物.当SDBS浓度1.0 mM时,样品为球霰石.搅拌时间的增加,有利于方解石晶体的形成及产品分散度的增加.当SDBS浓度为5.0mM时,样品的晶型和形貌与搅拌时间无关.根据实验结果,讨论了球霰石形成的可能机理.     

钙源对酶诱导碳酸钙沉淀影响的试验研究

酶诱导碳酸钙沉淀技术是一种环保高效的土体加固技术,钙源的种类可能会影响其加固效果.选用氯化钙、乙酸钙、乳酸钙3种钙源,进行溶液环境下的EICP试验,试验时间持续3d,通过单因素分析法研究了溶液中胶凝液浓度、pH值、胶凝比及胶酶比对碳酸钙生成量的影响,依据碳酸钙生成量得到不同钙源条件下的最优配比,并利用扫描电镜、X射线衍射试验分析不同钙源条件下沉淀产物的晶体类型和微观形貌.结果表明：在溶液环境下不同钙源的最优配比有差异,在最优配比下,氯化钙、乙酸钙、乳酸钙的碳酸钙产率分别为72.5%、68.8%、71.6%,确定氯化钙为最优钙源;不同钙源下沉淀产物的晶体类型和微观形貌有区别,氯化钙、乳酸钙作为钙源时所形成的碳酸钙晶体只有方解石,乙酸钙为钙源生成的晶体为方解石和球霰石,不同钙源下生成的碳酸钙晶体均呈球形,其中氯化钙生成的球形晶体是最光滑、规则的.     

硅凝胶体系中碳酸钙晶体生长实验

为了得到不同晶型的碳酸钙晶体,采用凝胶法生长出了碳酸钙的三种同质异象体：方解石、文石、球霰石．讨论了反应物浓度和杂质离子（Na^＋）对碳酸钙晶体生长的影响．结果表明：通过改变反应物浓度和利用不同的反应物可以生长出不同晶型的碳酸钙晶体．同时,利用原子力显微镜对生长的方解石晶体表面的形貌观察发现：晶体生长是以台阶簇（大台阶）的方式推进,不同高度的堆垛层错呈现在表面上．     

半透膜作用下碳酸钙仿生材料的制备

利用半透膜将CaCl2溶液和Na2CO3溶液分开,制备了球霰石型和方解石型CaCO3,分别利用傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段进行了表征.结果表明:CaCl2溶液在半透膜内,Na2CO3溶液在烧杯中得到的晶体以亚稳态的球霰石为主,随着浓度的变化形貌有球形、椭球状、花簇状和不规则形态.Na2CO3溶液在半透膜内,CaCl2溶液在烧杯中得到的晶体主要是方解石,随着浓度的变化形貌有六面体、片层状六面体和不规则状聚集体.研究了半透膜作用下碳酸钙的多晶型和形貌,对于仿生制备碳酸钙具有一定的参考价值.     

碱环境下单碳型水化碳铝酸钙加速碳酸化机理

单碳型水化碳铝酸钙是钢渣水化后的矿物之一．通过X射线衍射、热重分析、傅里叶红外光谱以及场发射扫描电镜对单碳型水化碳铝酸钙在碱环境下加速碳酸化的矿物衍变进行了分析．结果表明,不同碱浓度下单碳型水化碳铝酸钙加速碳酸化的主要产物为方解石、文石、球霰石和无定形的含铝矿物．随着碱浓度的增加,方解石析晶先受到促进后被抑制;文石析晶先被抑制后受到促进;球霰石析晶则一直被抑制且形成的晶体结构不稳定．在碱浓度为1 mol/L,即pH为14时,单碳型水化碳铝酸钙经碳酸化处理几乎不生成文石,而在碱浓度为0.01 mol/L,即pH为12时,单碳型水化碳铝酸钙碳酸化反应后生成针棒状文石晶体．     

活体水仙模板调控合成碳酸钙晶体

探讨利用一种新的天然活体植物——水仙作为模板,在室温下调控合成碳酸钙晶体,并对产物进行了SEM、XRD的分析和表征.碳酸钙的形貌随水仙的叶子、鳞茎、花部位不同而变化,分别是纺锤形、立方体、类球形,晶体大小为纳微米级,均为方解石和球霰石的混合物,但球霰石的含量随以上晶体形貌的改变而递增.这一结果充分说明水仙不同部位生物分子组成不同,因此导致对碳酸钙的调控作用不同.     

MA/AA/AMPS共聚物的合成、结构表征及阻碳酸钙垢机理研究

以马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,通过自由基溶液共聚合制得MA/AA/AMPS共聚物阻垢剂。采用红外光谱(FTIR)、核磁共振光谱(H1NMR和C13NMR)和热重方法(TG-DTA)分析了MA/AA/AMPS的结构和热稳定性;采用静态阻垢法测定了MA/AA/AMPS对CaCO3的抑制性能;采用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)研究了碳酸钙垢样的表面形貌和结晶习性。结果表明:MA/AA/AMPS共聚物对碳酸钙具有优良的抑制性能,且适用于高温环境;MA/AA/AMPS的加入改变了碳酸钙的晶体形貌和晶体结构,能使亚稳态的球霰石和文石稳定地存在,形成的碳酸钙是方解石、球霰石和文石的混合物。     

胃蛋白酶指导下水醇体系中碳酸钙的仿生合成与表征

在室温下用气体扩散的方法,以胃蛋白酶为基质,在水和乙醇的混合溶剂体系中,仿生合成了球形的球霰石晶型碳酸钙.相较于在没有基质作用的纯水体系中得到的晶体,发现在蛋白质的指导下,碳酸钙的结晶习性发生了改变,由不规则块状变为球状结构,晶型也由方解石型转化为球霰石型,为控制合成特殊形貌的材料提供了新的途径.通过对产品进行扫描电子显微镜测试(SEM),X射线粉末衍射(XRD),热重差热分析(TG-DTA),傅里叶转换红外光谱分析(FT-IR),荧光分析(PL)和比表面积(BET)表征,从分子水平认识了基质和碳酸钙之间的相互作用,并尝试讨论其可能的形成机理.     

单分散纳米碳酸钙的制备和表征

采用微乳液法,利用Ca(NO₃)₂和Na₂CO₃在微乳液界面处发生反应,制备得到了分散性良好,尺寸大小为10nm左右的纳米碳酸钙。实验发现,油酸含量对碳酸钙分散性有重要影响,当油酸含量是碳酸钙质量的2.5%时,所制备的颗粒分散性良好。XRD检测结果表明,所得碳酸钙产品主要包含球霰石和方解石两种晶型;热重（TG）和差热（DSC）分析表明：包覆在纳米碳酸钙表面的改性剂质量分数与加入的油酸的量相吻合,这证明了油酸基本包覆在了碳酸钙粒子表面,从而改善了碳酸钙的分散性。     

PA/MSer二元复合体系对碳酸钙晶体生长的调控

本文利用聚丙烯酰胺(PAM)和丝氨酸(Ser)构建的二元复合体系作为有效调控剂对碳酸钙仿生矿化进行研究,并对所得的产物使用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线粉末衍射仪(XRD)进行了表征。结果显示,在PAM单独存在时,获得的产物为方解石,但当PAM/Ser的摩尔浓度比为1:1和1:2时,获得的为方解石和球霰石的混合相,且产物中球霰石的比例随丝氨酸浓度的增大而升高。研究结果表明,PAM/Ser二元复合体系对碳酸钙的晶体生长过程起着十分重要的影响。     

水／乙二醇混合溶剂中微波辅助合成碳酸钙

在水/乙二醇混合溶剂中,通过微波辅助加热的方法,研究溶液过饱和度对碳酸钙成核生长的影响。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射(XRD)对所得的样品进行了表征。结果表明,过饱和度的改变对碳酸钙形貌和晶型具有非常明显的影响,分别获得了菱面体状方解石、纤维捆扎状文石、松树枝状球霰石为主体的碳酸钙晶体。     

电石渣矿化CO2-可控制备碳酸钙的实验研究

本文提供了一种以电石渣为原料,循环利用氯化铵制备高纯碳酸钙的方法;通过实验系统讨论了碳酸钙制备的工艺条件以及不同工艺条件对所得碳酸钙晶型与形貌的影响. 结果表明：碳酸钙制备的优化工艺条件为CO2流速 80 mL/min, 反应温度30 °C, 反应时间60 min;所得产物为纳米的球形球霰石,产物中CaCO3的含量为99.95%, 白度为99.3%, 产物具有良好的自流动性和自粉化性;整个制备工艺中碳酸化反应滤液可循环利用8次, 此时的反应效能大于50%;通过工艺条件的调控成功制备出高纯纳米碳酸钙、球霰石型碳酸钙、文石型碳酸钙以及方解石型碳酸钙. 论文提出的研究方案有望应用于电石渣的资源化利用与碳酸钙的可控制备.     

细菌修复加固石质历史建筑遗产研究

为了避免历史建筑遗产保护过程中造成不可逆损伤,通过细菌诱导碳酸钙在大理石试样表面矿化沉积形成薄层达到保护目的。采用XRD、SEM、MIP及超声波研究分析了矿化晶体晶相、矿化层生长、沉积晶体对试样孔隙影响以及矿化层粘结与保护效果。实验结果表明：矿化晶体为方解石和球霰石,细菌在晶体矿化沉积过程中充当成核位点,且晶体均匀生长在试样的表面,沉积致使试样孔隙率减小22.2％,但对孔隙分布无显著影响,矿化层与底层可以形成有效粘结。细菌诱导矿化修复保护新颖、生态,可以作为石质历史建筑遗产保护方法的有效选择。     

纤维二糖对碳酸钙结晶的影响

选用纤维二糖为基质,碳酸铵挥发CO2,扩散至CaCl2溶液中合成碳酸钙晶体,采用扫描电子显微镜(SEM),X-射线粉末衍射仪(XRD)对所得产物进行表征,讨论了纤维二糖溶液的浓度和pH对产物晶型及形貌的影响。结果表明,纤维二糖能够合成含有六边形球霰石形貌的碳酸钙晶体,浓度比pH对碳酸钙晶型和形貌的影响更大。     

天冬氨酸对碳酸钙形貌和晶型的控制

用DL-天冬氨酸作为碳酸钙结晶的有效调控剂,对所得到的产物进行扫描电子显微镜(SEM),红外吸收光谱(FT-IR),X-射线粉末衍射仪(XRD),热重分析表征,结果显示,当DL-天冬氨酸的浓度为0.005 mol.L-1时,所得碳酸钙是方解石型,但当浓度增大到0.05或0.2 mol.L-1时,得到的却是方解石和球霰石的混合体系。这一结果表明,DL-天冬氨酸在碳酸钙的晶体生长过程中起着十分重要的影响。     

链状与环状多糖调控CaCO_3的仿生合成

以可溶性淀粉、β-环糊精及十二烷基硫酸钠(SDS)为模板,在CaCl2、Na2CO3体系中调控合成CaCO3晶体.研究了不同形貌CaCO3晶体成型原因.分别用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等技术对晶体的形貌和结构进行了观察和表征.结果表明:可溶性淀粉溶液中5 d后得到以球霰石为主的球形CaCO3;环糊精溶液中5 d后得到以球霰石为主的CaCO3层状聚集体,随着结晶时间的延长,产物中球霰石逐渐向方解石转化,SDS的加入加快了球霰石向方解石的转化速度.