专利名称：利用微生物沉积制备碳酸钙的方法
技术领域：
本发明涉及一种碳酸钙的制备方法，尤其是一种利用微生物沉积制备碳酸钙的方法。
背景技术：
碳酸钙是一种重要的无机化工产品，广泛应用于橡胶、塑料、油墨、造纸、涂料、密封剂、胶粘剂、日用品、化妆品、食品饲料和医药等行业。目前其制备工艺主要分为机械粉碎法和化学反应法，前者生产过程中正严峻面临着资源频乏、能耗大、粉尘多、产品档次不够、质量不稳定等问题；而后者在生产过程中也存在着工艺复杂，能耗大，烟气排放问题。因此，传统碳酸钙工业制备方法中存在着的资源紧缺、环境污染、生态破坏等问题已经不容忽视。
生物矿化作用是一种很普遍的自然现象，几乎每一种生物都能合成矿物。生物矿化往往能形成有序排列的、结构非常优异的天然有机——无机复合材料，其中近三分之二是钙矿，并且相当一部分具有胶结功能。它们通过其自身的生命活动，与周围环境介质之间不断循环发生着酶化作用，逐渐矿化形成一种胶结物质——方解石(碳酸钙)，再经过漫长时期的累积，最终将自然界中沉积的疏松碎屑物质胶结形成坚硬的岩石。
发明内容
本发明提供一种利用生物酶化作用，人为加速沉积制备碳酸钙的利用微生物沉积制备碳酸钙的方法。
本发明采用如下技术方案一种利用微生物沉积制备碳酸钙的方法，将菌株巴氏芽胞杆菌Bacilluspasteurii接种至装有含尿素底物的培养基上，在25～37℃下进行振荡培养，并将初始pH控制在6.0～8.0，培养12～24小时，取出菌液，掺入CaCl2溶液，最后，将产生沉淀取出，过滤、烘干，即可得到碳酸钙。
本发明将菌株Bacillus pasteurii接种至培养基中，以培养基中的底物尿素为营养源，产生脲酶，不断分解尿素，致使溶液中pH值适宜升高，更利于菌体的生长繁殖，酶化作用也得以不断增强。在这一循环过程中，底物尿素不断分解，使溶液中的CO32-浓度不断增加。此时在溶液中引入Ca2+，菌体细胞膜界面处带负电荷的SM(水可溶有机质)立即不断螯合Ca2+，诱导出局部的晶体阴离子(CO32-)浓度进一步增大，从而吸引更多的Ca2+，直到晶体前驱物浓度增大到利于核化，沉积出CaCO3颗粒，整个反应如式1～式3所示
(2)(3)与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明充分利用自然界微生物资源，通过生物的矿化作用，加速沉积制备碳酸钙，不仅资源丰富，而且工艺简单，环境清洁，成本低廉，所沉积制备的碳酸钙纯度高，产率也高达到近90％。室温条件下可以沉积得到规则球形的方解石晶型碳酸钙，不仅可以作为填料使用，还可以用于建筑物裂缝的修补，再生混凝土的胶结等；50℃～70℃下可以沉积得到碳酸钙的亚稳定晶型球霰石；引入成核剂MgSO4溶液后，并采用磁搅拌方式，所沉积的碳酸钙颗粒尺寸最小细化至0.3μm左右。
图1是室温下微生物沉积CaCO3的X射线衍射分析图谱。
图2是室温下微生物沉积CaCO3在扫描电子显微镜下观察到的颗粒形貌，其中，(a)CaCO3颗粒整体分布情况；(b)表面附着菌体的CaCO3颗粒。
图3是恒温50℃～～70℃条件下微生物沉积CaCO3的X射线衍射分析图谱，其中，A为球霰石，B为方解石。
图4是恒温50℃～～70℃条件下微生物沉积CaCO3在扫描电子显微镜下观察到的颗粒形貌，其中，(a)为球形、方形CaCO3颗粒形貌(方解石)，(b)为纺锤形CaCO3颗粒形貌(球霰石)。
图5是成核剂MgSO4引入后微生物沉积CaCO3的X射线衍射分析图谱。
图6是成核剂MgSO4引入后微生物沉积CaCO3在扫描电子显微镜下观察到的颗粒形貌。
具体实施例方式
实施例1一种利用微生物沉积制备碳酸钙的方法，将菌株巴氏芽胞杆菌Bacilluspasteurii接种至装有含尿素底物的培养基上，在25～37℃下进行振荡培养，并将初始pH控制在6.0～8.0，培养12～24小时，取出菌液，掺入CaCl2溶液，最后，将产生沉淀取出，过滤、烘干，即可得到碳酸钙，在本实施例中，振荡培养的温度可选择25、30或37℃，初始pH控制在6.0、7.0或8.0，培养时间可选择12、15、17、20或24小时。此外，本实施例可以将取出的菌液加热至50℃～70℃(如50℃、70℃、55℃或60℃)，并于50℃～70℃下掺入CaCl2溶液；本实施例也可以在取出菌液后，于室温下掺入CaCl2溶液；本实施例还可以在取出的菌液中掺入作为成核剂的MgSO4溶液，并采用磁搅拌5～10min，具体磁搅拌时间可选用5、7、9或10min。上述培养基的成分及配比为蛋白胨∶肉膏∶琼脂∶尿素∶蒸馏水＝0.005∶0.003∶0.015∶0.01～0.10∶1。
实施例2将菌株Bacillus pasteurii接种至装有培养基的三角瓶中(培养基成分如表1所示)，于恒温振荡培养箱中25～37℃振荡培养，初始pH条件控制在6.0～8.0，培养12～24小时取出，常温下掺入CaCl2溶液，迅速产生沉淀，将其过滤、烘干，经X射线衍射分析为方解石型碳酸钙(图1)，纯度很高，颗粒形貌如图2所示，呈球形，颗粒表面还附着着残余菌体。
表1培养基成分
实施例3将菌株Bacillus pasteurii接种至装有培养基的三角瓶中(培养基成分如表1所示)，于恒温振荡培养箱中25～37℃振荡培养，初始pH条件控制在6.0～8.0，培养12～24小时取出，置于50℃～70℃恒温水槽中，掺入CaCl2溶液，迅速产生沉淀，将其过滤、烘干，经X射线衍射分析为碳酸钙，纯度很高，呈现球霰石和方解石两种晶型(图3)，颗粒形貌如图4所示，呈球形、方形、纺锤形等多种形貌。
实施例4将菌株Bacillus pasteurii接种至装有培养基的三角瓶中(培养基成分如表1所示)，于恒温振荡培养箱中25～37℃振荡培养，初始pH条件控制在7.0，培养12～24小时取出，常温下掺入CaCl2溶液，并以MgSO4溶液作为成核剂也掺入其中，采用磁搅拌5～10min，迅速产生沉淀，将其过滤、烘干，经X射线衍射分析为方解石型碳酸钙(图5)，纯度很高，颗粒形貌如图6所示，呈球形，颗粒表面细滑，分散性较好，没有团聚现象，颗粒粒径减小至0.3～1μm左右。
权利要求
1.一种利用微生物沉积制备碳酸钙的方法，其特征在于将菌株巴氏芽胞杆菌Bacillus pasteurii接种至装有含尿素底物的培养基上，在25～37℃下进行振荡培养，并将初始pH控制在6.0～8.0，培养12～24小时，取出菌液，掺入CaCl2溶液，最后，将产生沉淀取出，过滤、烘干，即可得到碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的利用微生物沉积制备碳酸钙的方法，其特征在于将取出菌液加热至50℃～70℃，并于50℃～70℃下掺入CaCl2溶液。
3.根据权利要求1所述的利用微生物沉积制备碳酸钙的方法，其特征在于取出菌液后，于室温下掺入CaCl2溶液。
4.根据权利要求3所述的利用微生物沉积制备碳酸钙的方法，其特征在于在取出的菌液中掺入作为成核剂的MgSO4溶液，并采用磁搅拌5～10min。
全文摘要
本发明公开了一种利用微生物沉积制备碳酸钙的方法，将菌株巴氏芽胞杆菌Bacillus pasteurii接种至装有含尿素底物的培养基上，在25～37℃下进行振荡培养，并将初始pH控制在6.0～8.0，培养12～24小时，取出菌液，掺入CaCl
文档编号C12R1/07GK1778934SQ20051009474
公开日2006年5月31日 申请日期2005年10月10日 优先权日2005年10月10日
发明者钱春香, 王瑞兴, 王剑云 申请人:东南大学