【摘要】：國內(nèi)外對微生物礦化固結(jié)沙土、修復(fù)混凝土裂縫、處理固體廢棄物鋼渣等研究已經(jīng)取得了一系列成果,但由于微生物生長對環(huán)境選擇性大、微生物與所處環(huán)境之間的作用機制復(fù)雜等問題,大部分已有研究主要針對一種微生物在單一環(huán)境中的礦化行為,沒有系統(tǒng)地比較不同微生物菌株在不同理化環(huán)境參數(shù)下礦化產(chǎn)物之間的特性與區(qū)別。本文對比研究了土壤材料、水泥基材料、鋼渣膠凝材料這三種典型建筑材料的生物生長理化環(huán)境特性,分析歸納出了四類理化環(huán)境參數(shù)作為研究變量;針對上述幾種建筑材料環(huán)境,從自然界存在的自然礦化微生物種類、國內(nèi)外在沙土材料和水泥基材料中人工礦化各自所采用的微生物種類中篩選和培育出四種微生物菌株,并研究其生長與繁殖規(guī)律;通過試驗設(shè)計,制備出四種不同微生物菌株和四類不同理化環(huán)境參數(shù)下誘導(dǎo)形成的生物碳酸鈣。采用物相分析儀、傅里葉紅外光譜儀、透射電子顯微鏡、場發(fā)射掃描式電子顯微鏡、同步熱分析儀、原子力顯微鏡分別研究了不同生物碳酸鈣的物相和晶型、形貌、晶粒尺寸和顆粒尺寸、分解溫度、粘附力,揭示了生物碳酸鈣特性之間的相互關(guān)系,提出微生物礦化形成的方解石中含有有機基質(zhì),而在有機基質(zhì)作用下使得方解石之間產(chǎn)生相互作用;通過比較、分析、歸納,建立了微生物菌株、理化環(huán)境參數(shù)與生物碳酸鈣特性之間的對應(yīng)關(guān)系,為后續(xù)典型建筑材料環(huán)境中微生物礦化優(yōu)化的機理模型研究提供了參考,為調(diào)控微生物礦化過程提供了理論依據(jù),為微生物礦化膠凝材料基本理論的形成奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

是微生物活動或新陳代謝的副產(chǎn)品。微生物的生理活動誘導(dǎo)礦化價硫、氮和金屬作為電子受體的異化呼吸作用。Labrenz[13]在硫酸鹽還原菌獲得了納米級閃鋅礦微球粒集合體，可以清楚的看到硫酸鹽還原細(xì)菌膜、粒、納米級微球粒，，如圖 1-1 所示。其實我們所熟知的鐘乳石、鈣華等也誘導(dǎo)的礦化作用形成的。圖 1-2 是惠東熱泉微生物席礦化層上部 TEM 圖。膠體（m）吸附在藍(lán)細(xì)菌鞘外（s）或細(xì)胞壁外的 EPS（p）層中，形成密集層（t），活藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)（b）沒有礦化作用的發(fā)生。在一些已死亡的藍(lán)細(xì)，硅膠體已進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部[14]。微生物細(xì)胞決定了礦物形成的形態(tài)。微生物控制下形成的礦物具有特別的、低可溶性、穩(wěn)定同位素分餾的特點和痕量元素的不均衡。在生物控制礦，微生物高度控制礦物顆粒的成核與生長過程，與外界環(huán)境無關(guān)，如趨磁磁鐵礦過程以及單細(xì)胞藻類的二氧化硅沉積等[15]生物控制型礦化往往可有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和優(yōu)質(zhì)性能的礦化產(chǎn)物，如珍珠層[16, 17]，骨骼[18]，蛋殼[19]等

圖 1-2 惠東熱泉微生物席礦化層上部 TEM 圖[14]微生物作用下的碳酸鈣沉積一般認(rèn)為是由誘導(dǎo)機制控制，因為礦物類型很取決于環(huán)境因素。在不同環(huán)境中，微生物種類以及非生物因素都會影響碳成方式。 生物礦物生物礦物的種類多種多樣，如表 1-1 所示[20]。目前自然界中已知大約有 60 多種生物礦物，這些礦物包括有機晶體、無機定形礦物，主要為鈣鎂磷酸鹽、鈣鎂碳酸鹽、鐵錳氧化物、二氧化硅、硫化物、鹵化物和有機酸鹽[8]。在這些生物礦物中，含鈣礦物占一半以上，其是構(gòu)成無脊椎動物的體內(nèi)外骨骼的主要無機物，而磷酸鈣則是構(gòu)成脊椎動無機物[21]。其次是非晶二氧化硅，以及少量的鐵錳氧化物、硫化物、硫有機酸鹽等[22]。根據(jù)生物礦物對生物體內(nèi)作用可分為三類：（1）作為動物的骨骼支撐的碳
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2683158