一种基于微生物矿化诱导技术制备固体废弃物建材制品的方法

摘要

本发明公开了一种基于微生物矿化诱导技术制备固体废弃物建材制品的方法，其步骤为：将胶质芽孢杆菌接种至相应的培养基中培养，制备菌体浓度为10

说明书

技术领域

本发明属于微生物学领域和材料科学领域的交叉科学技术，涉及一种基于微生物 矿化诱导技术制备固体废弃物建材的微生物方法。

背景技术

近年来，随着国家经济的快速发展，工业生产过程产生的固体废弃物逐年增长，如 果不采取合理的方式对这些固体废弃物进行综合利用，必然将会对社会环境造成许多危 害，诸如占用土地，污染空气，浪费资源等。固体废弃物资源化利用最广泛、有效途径之一便 是用于建筑材料，固体废弃物主要的活性矿物组成为C₂S、C₃S、C₄AF和RO相(Mg、Fe、Mn等的氧 化物所形成的固熔体)等，与水泥组分相近，但使用固体废弃物制备建筑材料还存在水化速 率慢，安定性较差等问题。

微生物矿化诱导技术是模仿了自然界中CO₂的矿物吸收过程，即CO₂与含有碱性或 碱土金属氧化物的矿石反应，生成永久的、更为稳定的碳酸盐这样一系列过程。但在自然界 中，矿石碳酸化过程是自然发生的，过程非常缓慢。为了加速这一过程，从自然界中提取出 某种微生物，提供其充分适宜的生存、繁殖和活化反应条件，加速其的酶化作用，再人为得 提高CO₂的浓度，其分泌的碳酸酐酶理论上可以加快水合反应速度约10⁷倍，显著提升CO₂的 吸收效率和吸收速率，并且其分泌物也具有一定的胶凝性，从而达到微生物的高效固碳。该 技术一项利用废弃物、节约资源和能源的先进技术，是处理固体废弃物的有效方法，不仅可 以解决工业生产产出固体废弃物的污染，也可在一定程度上缓解所引起的温室效应具有处 理时间短，并且工艺简单，投资少，不会产生二次污染，具有较高的经济与社会效益。

发明内容

技术问题：本发明提供一种基于微生物矿化诱导技术制备固体废弃物建材制品的 方法，此方法具有成本低、效果显著、环境友好，不会产生二次污染的优点。

技术方案：本发明基于微生物矿化诱导技术制备固体废弃物建材制品的方法，包 括以下步骤：

1)将胶质芽孢杆菌接种至相应的培养基中培养，制备菌体浓度为10⁶～10⁷个/mL的 浓缩菌液；

2)将固体废弃物与碱激发剂在搅拌锅内混合均匀，向搅拌锅内加入所述浓缩菌液 与水，搅拌均匀后加入砂继续搅拌，搅拌均匀后将浆体倒入模具中振捣成型；

3)成型后，将试件置于相对湿度(60％±3％)，温度(20±2)℃的环境中养护，1d后 脱模，将脱模后试样放入压力釜中，在湿度(70％±3％)，一定CO₂压力下养护4h-6h。在一定 二氧化碳压力养护条件下，胶质芽孢杆菌吸收、转化CO₂为碳酸根，与固废与激发剂体系中 的Ca²⁺成CaCO₃，同时微生物矿化生成的CaCO₃在含有激发剂的体系中，能促进水化硅酸钙与 水化碳铝酸钙的形成，固体废弃物建材制品的强度到明显的提升提高。

4)所述固体废弃物建材制品中固废、砂、碱激发剂、菌液、水按质量比为1﹕2～3﹕ 0.1～0.2﹕0.1～0.2：0.1～0.2制备。

所述胶质芽孢杆菌浓缩菌液添加入固体废弃物与激发剂混合体系中，会加速该体 系的水化与碳化速率，水化产物中有水化碳铝酸钙的生成，碳酸钙含量也有明显的提高，得 到碳化后固体废弃物建材制品的强度与耐久性都有明显的提高。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、与传统的二氧化碳蒸压养护制砖方法相比，开创性的利用微生物矿化诱导技术 制备固体废弃物建材制品的方法，使建材制品的强度得到提升。

2、二氧化碳压力养护条件下，胶质芽孢杆菌吸收、转化CO₂为碳酸根，与固废碱激 发剂体系中的Ca²⁺成CaCO₃，同时微生物矿化生成的CaCO₃与体系中的碳酸根离子能促进水 化体系中水化硅酸钙与水化碳铝硅酸盐的形成，固体废弃物建材制品的强度到明显的提升 提高。

3、本发明采用的微生物方法，具有高效、简化养护条件，经济环保等特点，形成的 矿物性质稳定、耐久性强，过程中产生的二氧化碳可有效捕获利用，减缓温室效应。

附图说明

图1为采用微生物矿化诱导技术与未添加微生物制备钢渣制品形成的水化产物 XRD图，

图2为采用微生物矿化诱导技术与未添加微生物制备钢渣制品形成的水化产物 SEM图，其中图2a是未使用微生物矿化诱导技术制备的钢渣制品，图2b是使用微生物矿化诱 导技术制备的钢渣制品。

图3为采用微生物矿化诱导技术与未添加微生物制备钢渣制品形成的水化产物 TG-DSC图，其中，图3a是未使用微生物矿化诱导技术制备的钢渣制品，图3b是使用微生物矿 化诱导技术制备的钢渣制品。

具体实施方式

本发明所采用的胶质芽孢杆菌均来源于中国工业微生物菌种保藏中心。

本发明基于一种基于微生物矿化诱导技术制备固体废弃物建材制品的方法，方法 步骤如下：

(1)获取胶质芽孢杆菌浓缩菌液：将胶质芽孢杆菌接种于灭菌后的培养基溶液，每 升培养基含有蛋白胨3～7g、牛肉浸取物4～6g，NaCl6～7g、琼脂16～18g、MgSO₄0.3～ 0.7g，并控制pH为7～8，于32～38℃下振荡培养24h，得到含有胶质芽孢杆菌的菌液，在4℃ 下经6000～8000rpm高速离心10～15min后，除去上层培养基营养物质后加去离子水，浓缩 菌液中所含菌体浓度为10⁶～10⁷个/mL。

(2)将固体废弃物与碱激发剂在搅拌锅内混合均匀，向搅拌锅内加入所述浓缩菌 液与水，搅拌均匀后加入砂继续搅拌，搅拌均匀后将浆体倒入模具中振捣成型。

(3)成型后，将试件置于相对湿度(60％±3％)，温度(20±2)℃的环境中养护，1d 后脱模，将脱模后试样放入压力釜中，在湿度(70％±3％)，一定CO₂压力下养护4h-6h。在一 定二氧化碳压力养护条件下，胶质芽孢杆菌吸收、转化CO₂为碳酸根，与固废与激发剂体系 中的Ca²⁺成CaCO₃，同时微生物矿化生成的CaCO₃在含有激发剂的体系中，能促进水化硅酸钙 与水化碳铝酸钙盐的形成，提高反应体系的水化速率，基体的密实程度得到提高，固体废弃 物建材制品的强度到明显的提升提高。

(4)所述固体废弃物建材制品中固废、砂、碱激发剂、菌液、水按质量比为1﹕2～3﹕ 0.1～0.2﹕0.1～0.2：0.1～0.2制备，具体配比如表1所示。

(5)对固体废弃物制品的各性能进行分析检测，结果表明，使用微生物矿化诱导技 术制备的固体废弃物制品有较高强度，无泛碱开裂的现象出现，碳化后固体废弃物制品内 部的碳酸钙含量增加，水化产物中有水化碳铝酸钙的生产，制品内部致密程度增加。

(6)说明书的附图1、2、3分别为采用微生物矿化诱导技术与未添加微生物制备钢 渣制品形成的水化产物XRD、SEM、TG-DSC图，由试验结果可以看出，采用本技术制备的固体 废弃物制品，水化产物中有明显的水化碳铝酸钙生成，碳酸钙含量明显增加，制品内部的密 实程度明显提高。此方法具有成本低、效果显著、环境友好，不会产生二次污染的优点

表1微生物矿化固体废弃物体系配比/(g)

实例：

(1)获取胶质芽孢杆菌浓缩菌液：将胶质芽孢杆菌接种于灭菌后的培养基溶液，每 升培养基含有蛋白胨7g、牛肉浸取物6g，NaCl7g、琼脂18g、MgSO₄0.7g，并控制pH为7～8，于 32℃下振荡培养24h，得到含有胶质芽孢杆菌的菌液，在4℃下经6000～8000rpm高速离心 15min后，除去上层培养基营养物质后加去离子水，浓缩菌液中所含菌体浓度为10⁶～10⁷个/ mL。

(2)将500g钢渣与100g激发剂Ca(OH)₂混合，倒入搅拌锅中搅拌均匀后，向搅拌锅 内加入100ml浓缩的菌液与200ml水，继续搅拌至均匀，加入1500g砂后继续搅拌，搅拌均匀 后，将浆体倒入模具中振捣成型。

(3)成型后，将试件置于相对湿度(60％±3％)，温度(20±2)℃的环境中养护，1d 后脱模，将脱模后试样放入压力釜中，在湿度(70％±3％)，CO2压力为0.3MPa条件下养护 4h。

(4)对钢渣砖各性能进行分析检测，结果表明，使用微生物矿化诱导技术制备的钢 渣砖有较高强度，无泛碱开裂的现象出现，各项性能均符合国家规定，微生物矿化诱导作用 后，碳化后砖体内部的碳酸钙含量增加，水化产物中有水化碳铝酸钙的生产，砖内部致密程 度增加。