[发明专利]一种绿色建筑材料-生物水泥的制备方法

说明书

一种绿色建筑材料‑生物水泥的制备方法，包括以下步骤：(1)利用农业废弃物进行产酸发酵；(2)用产酸发酵所得的乙酸溶解矿业废弃物中的碳酸钙结晶体获得乙酸钙溶液；(3)产甲烷生物质的生产；(4)将乙酸钙溶液与产甲烷生物质混合制备生物水泥。本发明是通过利用农业废弃物和矿业废弃物获得大量富含钙离子的溶液，与产甲烷生物质以一定比例混合以制备低成本生物水泥的方法；本发明安全、成本低廉且对环境无害，属于环境友好型的绿色建筑材料。

技术领域

本发明涉及一种生物建筑材料-生物水泥的制备方法，属于生物建筑材料领域。

背景技术

水泥基材料(如水泥浆，灌浆砂浆，混凝土)经常被用于各种基础设施的建设和维修，在大型建筑施工中，与集料(如石头和沙子)相比，水泥是昂贵材料。水泥的生产也是高能耗且不环保的。生产一吨硅酸盐水泥产生大约一吨二氧化碳(CO₂)，这些CO₂来源于石灰石的煅烧和燃料的使用。据报道，水泥制备过程中产生的CO₂占全球人为排放CO₂的7％。近年来，生物水泥作为一种新型材料，已经在岩土工程中有所应用。

生物水泥是一种由钙盐，少量尿素，微生物(如产脲酶菌)组成的建筑材料。生物水泥作为建筑材料的机制是一种被称为微生物诱导的碳酸钙沉淀(MICP)工艺。与硅酸盐水泥等传统水泥相比，使用生物水泥作为建筑材料有诸多优点：如生产所需温度低，能耗低；浆液的粘度低，易注入地面或与土壤混合；生物水泥粒径较小等。因此，生物水泥浆更易渗透到多孔材料(如土壤和混凝土)并在各种细小孔隙和裂缝中密封更细的裂缝。基于以上这些优点，生物水泥有望在下一代可持续性建筑材料中扮演着重要的角色。

生物水泥作为一种新型材料，已经在岩土工程中有所应用生物水泥可用于环境修复和建筑，在某种程度上，生物水泥类似于水泥，通过灌浆工程，使用生物水泥可减少渗透系数和增加地面强度。但目前常用的基于尿素分解的MICP生物水泥制备工艺有两个缺点。第一，目前在MICP工艺中使用的钙盐(如无水氯化钙或者CaCl2)价格昂贵。第二，在MICP工艺中会产生铵/氨，在现场大规模建设中，MICP工艺期间产生及排放到空气中的氨量会很大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种新型生物基建筑材料生物水泥的制备方法。利用农业废弃物的产酸发酵所得乙酸溶液，溶解矿业废弃物中石灰石生成富含钙离子的乙酸钙溶液，再将发酵所得部分乙酸加入乙酸发酵型产甲烷反应器中生产产甲烷生物质，最后将乙酸钙溶液与产甲烷生物质混合制备生物水泥。

本发明所述制备方法步骤如下：

(1)利用农业废弃物进行产酸发酵

将农业废弃物经预处理后加至发酵反应器中，进行产酸发酵；

所述农业废弃物是玉米秸秆、水稻秸秆、花生秸秆及麦秆等；

所述预处理方法为破碎及浆化等；

所述产酸发酵的固液投加比例为：1:0.1至1:100；

所述发酵反应条件为：发酵温度范围为4-40℃，发酵液pH为0.1-10，发酵停留时间为2小时至30天；

(2)用产酸发酵所得的乙酸溶解矿业废弃物中的碳酸钙获得乙酸钙溶液

将步骤(1)中50％左右的农业废弃物产酸发酵所获得的乙酸溶液加入另一装有矿业废物即石灰石或白云石的反应器中进行反应，使石灰石或白云石中的碳酸钙溶解并生成富含钙离子的乙酸钙溶液；

所述碳酸钙在石灰石或白云石中含量在0.1-99％范围内；

所述反应条件为：反应温度范围为4-40℃、反应pH范围为0.1-10、石灰石或白云石粒径在0.1-1000mm范围内，钙离子溶液浓度在0.1-100mol/L范围内；