本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，具體涉及一種微生物涂料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、溫室效應(yīng)是人類面臨的全球環(huán)境危機(jī)，建筑業(yè)是碳排放的三大工業(yè)之一，混凝土材料具有原料豐富、成本低廉、生產(chǎn)工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)，因而其使用量越來越大，未來相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，混凝土仍將是我國乃至世界范圍內(nèi)土木工程中不可或缺、最主要的建設(shè)材料。提高混凝土材料的使用壽命，減少用量是減少碳排放的重要手段，然而混凝土材料在長期的使用過程中以及周圍復(fù)雜環(huán)境的影響下，混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命和耐久性會下降，不可避免地產(chǎn)生微裂縫等不同程度的損害，長此以往，甚至?xí)a(chǎn)生很多安全隱患。如何穩(wěn)定混凝土結(jié)構(gòu)，提高墻體強(qiáng)度，對混凝土工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中，碳排放大和混凝土材料產(chǎn)生的裂縫不易修補(bǔ)的問題，使用本發(fā)明主要提供了一種可固碳且可修復(fù)裂縫的微生物涂料，及該微生物涂料的制備方法，其技術(shù)方案如下：

2、一種微生物涂料，按質(zhì)量份計(jì)，包括含微生物的多孔硅基材料25～35份、含鈣離子的固化劑30～50份和增稠劑5～8份；所述含鈣離子的固化劑按質(zhì)量份計(jì)，包括以下組分：0.1～0.5份尿素、8～12份水溶鈣鹽和22～38份水。

3、進(jìn)一步的，所述微生物為產(chǎn)碳酸酐酶的微生物；所述增稠劑包括甲基纖維素、羥乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、羥丙基纖維素或羥丙基甲基纖維素中的一種或幾種；所述鈣鹽選自氯化鈣、硝酸鈣、乳酸鈣或乙酸鈣中的一種或幾種。

4、一種上述的微生物涂料的制備方法，包括以下步驟：制備硅基材料，將硅基材料進(jìn)行處理，使硅基材料氨基功能化，得到氨基化硅基材料；對氨基化硅基材料進(jìn)行親水改性，得改性硅基材料；然后將微生物負(fù)載于改性硅基材料上，得到含微生物的多孔硅基材料；將多孔硅基材料、增稠劑、固化劑混合，得到微生物涂料。

5、進(jìn)一步的，包括以下步驟：

6、a.取偏鋁酸鈉和四乙基氫氧化銨置于水中充分溶解，再加入高嶺土充分分散，得前驅(qū)體；將前驅(qū)體在160～180℃下晶化12～15；晶化后自然冷卻至室溫，得晶化前驅(qū)體；

7、b.將晶化前驅(qū)體進(jìn)行低溫冷凍，然后自然升溫至0～5℃加入草酸，充分混合反應(yīng)2～4h后，升至40～60℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)6～8h，然后旋蒸除去水，再在60～80℃下真空干燥，即得氨基化硅基材料；

8、c.將氨基化硅基材料進(jìn)行親水改性，得改性硅基材料；

9、d.使液體培養(yǎng)基中的成分深入改性硅基材料內(nèi)部孔道，得復(fù)合培養(yǎng)液；活化的菌種以1～5％的接種量接種于復(fù)合培養(yǎng)液中，在25～35℃下，100～300rpm的速度下培養(yǎng)12～48h，分離收集沉淀并干燥后，得含微生物的多孔硅基材料；

10、e.將含微生物的多孔硅基材料、增稠劑、含鈣離子的固化劑混合，得到微生物涂料。

11、進(jìn)一步的，步驟a所述偏鋁酸鈉與高嶺土的質(zhì)量比為1：8～10；步驟a所述四乙基氫氧化銨與高嶺土的質(zhì)量比為1：4～6。

12、進(jìn)一步的，步驟b所述草酸與四乙基氫氧化銨的物質(zhì)的量之比為1.1～1.3：1；步驟b所述低溫冷凍是在-50～-30℃下冷凍至核心溫度低于-18℃。

13、進(jìn)一步的，使液體培養(yǎng)基中的成分深入改性硅基材料內(nèi)部孔道的步驟包括：將改性硅基材料置于液體培養(yǎng)基中，混合均勻后旋蒸除去水，然后再加水至旋蒸前的體積，得復(fù)合培養(yǎng)液。

14、進(jìn)一步的，步驟d所述改性硅基材料與液體培養(yǎng)基的質(zhì)量比為1：8～10；所述培養(yǎng)基包括牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、lb培養(yǎng)基、大豆酪蛋白培養(yǎng)基或myp培養(yǎng)基中的一種或幾種。

15、進(jìn)一步的，所述親水改性包括以下步驟：將氨基化硅基材料置于乙酸緩沖溶液中充分分散，使體系的ph為5～6.5；加入具有親水基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，充分分散后，在60～80℃攪拌反應(yīng)2～3h；分離并收集沉淀，充分水洗干燥后，即得。

16、進(jìn)一步的，所述硅烷偶聯(lián)劑為含有多羥基基團(tuán)或所含基團(tuán)可轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗔u基基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑；所述氨基化硅基材料與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為1：1.3～1.8。

17、采用上述方案，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

18、1、本發(fā)明的涂料中負(fù)載有微生物，能夠捕獲空氣中的二氧化碳，誘導(dǎo)環(huán)境中的鈣離子沉積析出碳酸鈣，膠結(jié)裂縫中的沙粒，可用于墻體的缺陷修復(fù)，避免了有害氣體的排放，節(jié)約了人為控制修復(fù)的成本。

19、2、本發(fā)明負(fù)載的微生物產(chǎn)碳酸酐酶，可加速二氧化碳可逆水合反應(yīng)，有力地加速空氣中的二氧化碳形成水溶性的碳酸氫根離子，在增加墻體強(qiáng)度與壽命的同時(shí)，減少空氣中的二氧化碳含量。

20、3、本發(fā)明的微生物載體硅基材料親水性好，有利于菌體的附著與定植，且比表面積大，表面粗糙，有利于菌體的定植，提高菌體附著量。

21、4、本發(fā)明的親水改性的硅基材料，在使用過程中，空氣中的水汽能夠附著，從而提供了供二氧化碳進(jìn)行可逆水合反應(yīng)的環(huán)境，并且保證菌體的生物活性。

22、5、本發(fā)明利用制備硅基材料過程中使用的四乙基氫氧化銨，直接草酸酸化，在硅基材料的孔道內(nèi)引入氨基基團(tuán)，捕獲空氣中的二氧化碳，減少其他物質(zhì)的引入對成本和微生物活性的影響。

23、6、本發(fā)明的多孔硅基材料提供了水汽、二氧化碳捕獲的介孔條件，且多孔的存在，使微生物能夠更充分地與水與二氧化碳接觸，缺陷修復(fù)和墻體整體強(qiáng)度的提升更加均勻。

24、7、本發(fā)明在菌體定植時(shí)先進(jìn)行旋蒸去除水，然后加水，有利于培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)深入硅基材料的孔道內(nèi)，吸引微生物深入孔道內(nèi)定植，實(shí)現(xiàn)對微生物的保護(hù)的同時(shí)，有利于礦化的均勻與迅速進(jìn)行。

25、8、本發(fā)明的涂料中含有微生物，形成優(yōu)勢菌群，避免了其余有害生物的附著，形成抗有害菌的效果，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

技術(shù)特征：

1.一種微生物涂料，其特征在于，按質(zhì)量份計(jì)，包括含微生物的多孔硅基材料25～35份、含鈣離子的固化劑30～50份和增稠劑5～8份；所述含鈣離子的固化劑按質(zhì)量份計(jì)，包括以下組分：0.1～0.5份尿素、8～12份水溶鈣鹽和22～38份水。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物涂料，其特征在于，所述微生物為產(chǎn)碳酸酐酶的微生物；所述增稠劑包括甲基纖維素、羥乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、羥丙基纖維素或羥丙基甲基纖維素中的一種或幾種；所述鈣鹽選自氯化鈣、硝酸鈣、乳酸鈣或乙酸鈣中的一種或幾種。

3.一種權(quán)利要求1所述的微生物涂料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：制備硅基材料，將硅基材料進(jìn)行處理，使硅基材料氨基功能化，得到氨基化硅基材料；對氨基化硅基材料進(jìn)行親水改性，得改性硅基材料；然后將微生物負(fù)載于改性硅基材料上，得到含微生物的多孔硅基材料；將多孔硅基材料、增稠劑、固化劑混合，得到微生物涂料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物涂料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物涂料的制備方法，其特征在于，步驟a所述偏鋁酸鈉與高嶺土的質(zhì)量比為1：8～10；步驟a所述四乙基氫氧化銨與高嶺土的質(zhì)量比為1：4～6。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物涂料的制備方法，其特征在于，步驟b所述草酸與四乙基氫氧化銨的物質(zhì)的量之比為1.1～1.3：1；步驟b所述低溫冷凍是在-50～-30℃下冷凍至核心溫度低于-18℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物涂料的制備方法，其特征在于，使液體培養(yǎng)基中的成分深入改性硅基材料內(nèi)部孔道的步驟包括：將改性硅基材料置于液體培養(yǎng)基中，混合均勻后旋蒸除去水，然后再加水至旋蒸前的體積，得復(fù)合培養(yǎng)液。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物涂料的制備方法，其特征在于，步驟d所述改性硅基材料與液體培養(yǎng)基的質(zhì)量比為1：8～10；所述培養(yǎng)基包括牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、lb培養(yǎng)基、大豆酪蛋白培養(yǎng)基或myp培養(yǎng)基中的一種或幾種。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微生物涂料的制備方法，其特征在于，所述親水改性包括以下步驟：將氨基化硅基材料置于乙酸緩沖溶液中充分分散，使體系的ph為5～6.5；加入具有親水基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，充分分散后，在60～80℃攪拌反應(yīng)2～3h；分離并收集沉淀，充分水洗干燥后，即得。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微生物涂料的制備方法，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為含有多羥基基團(tuán)或所含基團(tuán)可轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗔u基基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑；所述氨基化硅基材料與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為1：1.3～1.8。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，具體涉及一種微生物涂料及其制備方法，包括含微生物的多孔硅基材料、含鈣離子的固化劑和增稠劑；含鈣離子的固化劑，包括尿素、水溶鈣鹽和水；微生物為產(chǎn)碳酸酐酶的微生物；將多孔硅基材料、增稠劑、固化劑混合，得到微生物涂料。本發(fā)明的微生物涂料能夠捕獲空氣中的二氧化碳，誘導(dǎo)環(huán)境中的鈣離子沉積析出碳酸鈣，可用于墻體的缺陷修復(fù)。

技術(shù)研發(fā)人員：孫偉淪,文永鋒,黃少敏,杜贛輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東涂百年新型材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19