碳酸盐矿化菌诱导碳酸钙沉淀条件的优化

表 １ 正 交试验水 平与 因素
１ ． 菌种 制备 ： ．１ ２ 将碳酸盐矿化菌 Ａ保藏菌 种转接于 新 鲜试 管斜 面 ，０℃下培 养 ２ ； ３ ４ 保存于 ４℃冰箱 中 ｈ 备用 。从保存 的斜面培养基 中用接种 环挑取 ５环接种 于装 有 １０ ＬＬ ０ ｍ Ｂ培 养基 的 ２０ ５ ｍＬ三 角瓶 中，０℃、 ３ １０／ ｎ下振荡培养 ２ ｈ保存于 ４℃冰箱 中备 用 。 ５ ｍｉ ｒ ４，
碳酸 钙是重 要的无机材 料和典 型 的生物矿 物 ， 广
泛应用于橡胶、 塑料、 造纸、 油墨、 涂料等行业 ［ １ 】 。常
用 的碳 酸钙制 备方法 可分为机 械粉碎 法、 化学 反应法 和 生物矿化 法 ［］ 生物 沉淀法 是一种新 的生物 矿 ２ ｏ微 － ３ 化 制备 方法 ， 指某 些微 生物通 过 自身 的代 谢活 动 ， 利 用 其生长过 程 中所表 达 的特殊 酶 ， 周围环境 介质不 与 断 发 生酶化 作 用而 生成 Ｃ ， Ｏ 并在 有 Ｃ ２存在 的环 ａ 十
ｐ Ｈ值、 温度、 反应物浓度和沉淀时间等 因素。由于受 诸多因素的控制， 微生物修复技术存在速度慢， 时效 陛 差等缺点。因此， 如何提高微生物沉淀碳酸钙产率 ， 是 微生物修复技术应用的关键。 对于微生物沉淀碳酸钙 外界条件优化， 在国内外的文献资料中， 尚未见这方面 详细深入的研究报道。为此， 本实验研究了外界环境
对 ＣＣ ３ ａＯ 沉淀量 的影响， 以期提高微生物沉积碳酸钙 的产率 ， 生物修 复技术 的时效 陛提供参考 。 为微
１ 实 验部分
１１ 原料 与试剂 ．
菌 种 ： 实验 选用菌 种 为碳 酸盐矿 化菌 Ａ， 巴 本 为 斯 德芽 孢杆菌 （Ｔ Ｃ１８９， 自美 国 Ａ Ｃ 美 国菌 Ａ Ｃ １５）购 Ｔ Ｃ（
第 ３ 卷 第３ ５ 期 ２ １年 ５ ０ ２ 月
非金 属 矿
Ｎｏｎ Ｍ ｅ ａ ｌ ｃ Ｍ ｉ ｓ — ｔ ｌ ｉ ｎｅ
Ｖ＿ ． ５ Ｎ ｏ ３ ０ ３ １ ． Ｍ ａ ，２０１ ｙ ２
碳酸盐矿化茵诱导碳酸钙沉淀条件 的优化
竹文坤 罗学刚 卫
（ 西南科技大学 国防科技学院 ，四川 绵阳 １ ６ １１ ；２ 生物质材料教育部工程研究中心，四川 绵阳 ２ ００ ６ １ １） ２ ０ ０
ｈ ｔｔ ｐｔ ｔ ａ ｅｏ ｉ ｍ ｏ ｄｔｏ ｓｏ ａｃｕ ａｂ ｎ ｔ ｒ ｃｐ ｔｔｏ ｄ ｃ ｄｂ ａｂ ｎ ｔ ｎ ｒｌ ａｉｎｂ ｃｅｉ ｒ ｅ ｅａｕ ｅｏ ０ ℃ ， Ｈ ａｕ ｆ８ ｈ ｍｕ ｃ ｎ ｉｉｎ ｆｃ ｌｉ ｃ ｏ ａｅｐ ｅ ｉｉａｉｎｉ ｕ ｅ ｙ ｃ ｒｏ ａｅｍｉｅａｉ ｔｏ ａ ｔｒａｗｅｅｔｍｐ ｒ ｔｒ ｆ４ ｍ ｒ ｎ ｚ ｐ ｖ ｌｅｏ ，
培养基： 斜面琼脂培养基： 牛肉膏 ３ ／， 白胨 Ｌ 蛋 ｇ １ Ｌ 氯化 钠 ５ ／ 琼 脂 １￣ ０ ｍ， Ｈ值 ８ 。Ｌ ０ ／， ｇ Ｌ， ｇ ５２ ｐ ｇ ． Ｂ培 ０ 养基 ： 胰蛋自胨 １ ｇ 酵母膏 ５ ／， ａ １０ ｍ， Ｈ ０ ｍ， ｇ Ｎ Ｃ １ｇ ｐ Ｌ 值 ８ 。葡萄糖 ． ． ０ 尿素培养基 ： 葡萄糖 ２ ｇ 胰化蛋 ０ ｍ，
ｔｅｍａ ｐｏ ｅｔ， ｌｍｅｔ ａ ｄｓ ｕ ｔｒ ｆｈ ａｃ ｍ ａｂ ｎｔ ｒ ｈ ａｔｒ ｅ ｙｓａｎｎ ｌ ｔ ｎｍｉ ｏｃｐｃ（Ｅ ａ ｄｆ ｕｉｒ ａ ｓ ｒ ｈｒ ｌ ｒｐｒ ｅ ｎｓ ｒｃｕｅｏ ｅｃｌｉ ｃ ｏ ａ ｗｅｅｃａ ｃｅ ｚｄｂ ｎ ｉｇｅｅ ｒ ｃ ｓｏ ｉ Ｓ Ｍ） ｏｒ ｎ ｆ ｍ ｙ ｅ ｎ ｔ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｉ ｃ ｃｏ ｒ ｎ ｌ ｅｔ ｒ ｏ ｉｆ ｅ ｐｃ ｏｃｐ Ｉ ）ｅ ｅｇ ｉ ｅｓ ｅｓｅｔ ｓｏ ｙ（ＤＳ，ｈ ｒ ｌ ａｙｅ （ Ｇ） ｎ ｏ ｅ ｒｙｄｆ ａｔ ｎ（ Ｄ） Ｔ ｅｒｓｌ ｈ ｗｅ ｎｒ ｄｓｅｔ ｓｏｙ（Ｒ ， ｎｒｙｄｓ ｒｉ ｐ ｃ ｏ ｃｐ Ｅ ）ｔｅｍａ ａ ｌｚｒ Ｔ ａ ｄｐ ｗｄ ｒ ａ ｉｒｃｉ ＸＲ ． ｈ ｅｕｔ ｓｏ ｄ ｒ ａ ｒ ｐ ｖ ｒ ｎ Ｘ— ｆ ｏ ｓ
ｔ ｅｏ ， ２ ｏ ｃ ｎ ａ ｉ ｎ ｏ ５ｍｏ／ ｎ ｇ ｃ ｎ ｅ ｔａｉｎｏ ．５ｍｏ／ Ｐ ｅ ｉｉａｉｎ ｓｄｍｅ ｔ ｏ ｔｉ ｉｌ Ｏ， ｌｍ ｅ ｔ ｄａｌ ｌ ｉ ｆ３ ｄ Ｃａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｆ １ ｌＬａ ｄＭ ｏ ｃ ｎ ｔ ｆ００ ｌ ｍ ｒ ｏ ｒ ｏ Ｌ． ｒｃｐｔｔ ｅ ｉ ｎ ｎａｎｍａｎｙＣ， Ｃａｅｅ ｎ ｓａ ｔ ｅ ｏ ｃ ｎ ｉ
温度 、Ｈ值、 ｐ 沉淀 时间、 反应物浓度和成核剂 ５ 因素 个
境下形成具有胶结作用的方解石晶体的过程 ， 微生物 本身也为这些方解石晶体提供成核位点 ［］ ４ ｏ这类碳 － ５
酸 钙晶体 由于 能与 周 围介质 起胶结作 用 ， 因而 已被应 用 于建 筑物 和 古迹 裂缝 的修 复、 沙土 的加 固、 质材 石 料 的保 护和强化 等土木工程领 域 睁 】 “。 微 生物 沉 淀碳 酸钙 过程 中， 沉淀 的碳 酸钙 晶型 、
种保 藏 中心） 。
形貌、 沉淀量和堆积密度等受外界条件的影响， 如环境
收 稿 日期 ：２ １ — ３ １ ０ ２ ０ ．４
基金 项 目： 国家 “ 十一五” 科技 支撑计划课题 资助 ｆ０７ ＡＢ１Ｂ ８； ２０ Ｂ ８ ０） 西 南科技 大学研究生创新基金 （０ ｃ２ ） １ｙｊ ３。 ｊ ‘ 通讯作者 ， － ｉ ｌｇ ｗｕｔ ｄ ． 。 Ｅ ｍａ ：ｘ ＠ｓ ｓ． ｕｃ ｌ ｅ ｎ
Ｚｈ ｅ ｋ ｍ ｕＷ ｎ ｔ Ｌｕ ｅ ａ ｇ ｏ Ｘｕ ｇ ｎ
（ Ｓｃ ｏ ｌｏ ｔ ｎ ｌ ｆｎ ｅＳｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏｇ ，Ｓ ｕｈ ｓ ｉ ｒｉ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｍ ｉ ｙａ ｇ ｉｈ ａ ６ １ １ ； Ｅｎ ｉ １ ｈ ｏ ｆＮａｉ ａ ｅ ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ｏ ｔｗｅｔＵｎｖｅｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ Ｄｅ ｙ ｎ ａ ｎ ，Ｓｃ ｕ ｎ ２００２ ｇ－
摘
要
通过单 因素及正 交试验研究 了温度 、 Ｈ值 、 淀时间、 ｐ 沉 反应物浓度和成核 剂 ５ 因素对微生物诱导 Ｃ Ｃ ３ 个 ａ Ｏ 沉淀量的影响， 以期提
高微 生物沉积碳酸钙 的产率 ， 为微生物修复技术的时效性提供参考。采用 ｘ 射线粉 末衍射 （ Ｒ ） Ｘ Ｄ、 扫描 电子显微镜 （Ｅ ）傅里叶变换 红外光谱 ＳＭ 、 ｉ － 热分析仪 ｆ Ｇ 、 分析 （Ｄ ） Ｃ Ｃ ｆＴ 、 ｍ） ｒ ）能谱 Ｅ Ｓ 对 ａ Ｏ 样品形貌、 结构、 热性质 、 元素等进行表征 分析。结果表 明， 沉淀物质主要合有 Ｃ Ｏ Ｃ 元素和 、 、ａ 少量有机质， 晶型 其 形貌和堆积密度随外界条件改变而不 同。微 生物诱导 Ｃ Ｃ ３ ａ ０ 沉淀的最佳外界条件是 ：Ｈ值为 ８ Ｍ 浓度 ０ ５ ｏ Ｌ 温度 ｐ ， ． ｍ ｌ， ０ ／
ｎｅｉｇＲ ｓａｃ ｅ ｔ ｆ ｉｍａｓ ｔ ｉｌ ｏ Ｅ ｕａｉｎＭｉｉｒ， ａｙｎ ， ｉｈ ａ ６ １ １） ｅｒ ｅｅｒｈＣ ｎｅ ｏ Ｂｏ ｓ ｅ ａ ｆ ｄ ｃｔ ｎｓ ｙＭｉ ａ ｇ Ｓｃ ｕｎ ２ ０ ０ ｎ ｒ Ｍａ ｒ ｓ ｏ ｔ ｎ
Ａｂｓ ｒ ｃ Ｔｈ ｆｅ ｔ ｆｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ， Ｈ ａ ｕ ， ｒ ｃ ｐ ｔ ｔ ｎ ｔｍｅ ｒ ａ ｔ ｎ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔｏ ， ｈ ｒ ｓ ａ ｏ ｍａ ｉ ｎ ａ ｄ ｔｖ ｎ ｔ ｅ ｙ ｅ ｄ ｏ ａ ｃ ｕ ｔａ ｔ ｅ ｅ ｃ ｓｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｐ ｖ ｌ ｅ ｐ ｅ ｉ ｉ ｉ ｉ ， ｅ ｃａ ｔ ｎ ｅ ｔａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｙ ｔ ｌｆ ｒ ｔ ｄ ｉｉ ｅｏ ｈ ｉ ｌ ｆｃ ｌ ｉ ｍ ａｏ ｃ ｏ ｃ ｂ ｎａｅ ｐ ｅ ｉ ｔ ｔ ｎ ｉ ｄ ｃ ｄ ｂ ａ ｂｏ ａｅ ｍｉ ｅ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｂ ｃｅ ｉ ｒ ｎ ｅ ｔｇ ｔｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｓｎ ｅ ｆ ｃ ｏ ｎ ￣ｈ ｇ ｎ ｌｔ ｓ ｓ Ｔｈ ｒ ａ ｏ ｔ ｒ ｃｐｉ ｉ ｎ ｕ ｅ ｙ ｃ ａｏ ｒ ｎ ｔ ｎ ｒ ｌｚ ｔ ａ ｔ ｒａ ｗｅ ｅ ｉ ｖ ｓ ｉ ａ ｅ ｈ ｏ ｇ ｉ ｇｌ— ａ ｔ ｒａ ｄ ｏ ｏ ｏ ａ ｅ ｔ ． ｅ ｍｏｒ ｈ ｌ ｇ ， ｏ ｐ ｏ ｏ ｙ
４ ｏ℃ ， 淀 时间 ３ｄ Ｃ 浓度 １ ｍｏ／ 沉 ， ． ｌ ５ Ｌ。
关键 词
碳 酸盐矿化菌 碳酸钙
正交试验
沉淀量
中图分类号： Ｑ１ ７ 文献标识码 ： Ｔ ２． １ Ａ
文章编号： ００８ ９ （ １）３０ ０４５ １０－０８２ ２０－０ １ ） ０
Ｏｐ ｉ ｉａ ｉｎ ｏ ｌｉ ｔｍ ｚ ｔｏ ｆ Ｃａ ｃｕｍ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｉａ ｉ ｎｆ ｒＣａ ｂｏ ａ ｅＭ ｉ ｅ ａｉａ ｉ ｎ Ｂａ ｔ ｒａ Ｃａ ｂ ｎａｅＰｒ ｃｐ ｔ ｔｏ ｏ ｒ ｎ ｔ ｎ ｒ ｌ ｔｏ ｃｅ ｉ ｚ
１ ． 样品分析 ： ．４ ２ 对样品进行能谱 （Ｄ ） Ｅ Ｓ 分析 ； 扫描
电子 显微 镜 （Ｅ 放 大 １０ ￣１００ 的条件 下观 Ｓ Ｍ） ００ ０ 倍 ０ 察产 物 的形 貌 ； 利用 ｘ 射线 衍射 ０ ） 产物进 行 对 晶型 分析 ， ｕＫ Ｃ ａ辐射 线 ， 长为 ０１４ ５ ｎ， 电 波 ． ０６ｎ３管 ５ 压 ４．ｋ 管 电流 １０ｍＡ， 描 范 围 ３ ～８。扫 描 ０ Ｖ， ０ ０ 扫 。 ０， 步长 ０ ２ 。用 ＫＢ 压 片 ， ．。 ０ ｒ 进行 红外 光谱分析 （ ）分 Ｉ ， Ｒ
第３卷第３ ５ 期
非金 属 矿
２ １年５ ０２ 月
白胨 ５ ／， Ｌ 尿素 ２ Ｌ Ｎ Ｃ ｇＬ ｐ ｇ ０ ／， ａ １ ，Ｈ值 ８ 。 ｇ ５门 ． ０ 其它药 品为 Ｃ Ｃ２Ｍｇ １ Ｎ Ｏ ａｌ 、 Ｃ２ ａ Ｈ和 Ｈ １ 为分 、 Ｃ， 均
析ห้องสมุดไป่ตู้ 。
１ 实验方 法 ． ２
．
ｏ ｒ ａ ｉ ｔｅ ， ｔ ｒ ｓ ｌ ｔｕ ｔ ｅ ｍ ｏ ｈ ｌ ｇ ｎ ａ ｋ ｎ ｅ ｓ ｔ ｒ ｈ ｎ ｅ ｙ ｉ ｅ ｅ ｔ ｘ ｅ ｎ ｌｃ ｎ ｉ ｏ ， ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｙ ｅ ｄ ｏ ｆｏ ｇ ｃ ｍａｔ ｒ ｉｓｃ ｔ ｒ ｃ ｍ＇， ｒ ｏ ｏ ｎ ｙ ａ ｓ ｐ ｙ ａ ｄ ｐ ｃ ｉ ｇ ｄ ｎ ｉｙ ｗｅ ｅ ｃ ａ ｇ ｄ ｂ ｄ ｆ ｒ ｎ ｔ ｒ ａ ｏ ｄ ｔ ｎｓ ｉ ｒ ｅ ｉ ｒ ｖ ｉｌ ｆ ｅ ｉ ｏ ｈ ｃ ｌ ｉ ａ ｂ ｎ ｔ ｒ ｃ ｐ ｔ ｔ ｎ， ｎ ｒ ｖｉ ｅｂ ｓ ｓｆ ｒｔ ｅ ｅ ｃ ｅ ｃ ｆ ｉｒ ｂ ａ ｅ ｄ ａ ｉ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ａ ｃ ｕ ｃ ｏ ａｅ ｐ ｅ ｉ ｉ ｉ ａ ｄ ｔ ｐ ｏ ｄ ａ ｅ ｏ ｆ ｉｎ ｙ ｏ ｍ ｃ ｏ ｉ ｌ ｍｅ ｉ ｔ ｈ ｏ ｏ ｙ ｍ ｒ ａ ｏ ｏ ｈ ｉ ｒ ｏ ｅ Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｒ ｏ ａ ｅｍ ｉ ｒ ｌｚ ｔ ｎ ｂ ｃｅ ａ ｃ ｌｉ ｍ ａ ｂ ｎ ｔ ｏ ｔ ｏ ｏ ａ ｓ ｐ ｅ ｉ ｉａｉ ｎ ａ ｕ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ａ ｂ ｎ ｔ ｎｅ ａ ｉａ ｉ ａ ｔ ｒ ａ ｃｕ ｃ ｒ ｏ ａ ｅ ｏ ｉ ｒｈ ｇ ｎ ｌ ｅ ｔ ｒ ｃ ｐ ｔ ｔ ｍｏ ｎ ｔ ｏ