化学与生物诱导作用下碳酸钙矿化过程及其影响机制研究

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1、国内图书分类号：X705密级：公开国际图书分类号：504西南交通大学研究生学位论文化学与生物诱导作用下碳酸钙矿化过程及其影响机制研究年级2011级姓名白杨申请学位级别工学博士专业市政工程指导老师黄涛教授二零一七年九月ClassifiedIndex:X705U.D.C:504SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationRESEARCHONTHEINFLUENCEMECHANISMSANDPROCESSESOFCHEMICALLYANDBIOLOGICALLYINDUCEDCALCIUMCARBONAT

2、EMINERALIZATIONGrade:2011Candidate:YangBaiAcademicDegreeAppliedfor:DoctorDegreeSpeciality:MunicipalEngineeringSupervisor:Prof.TaoHuangSeptember.2017■＇Ｉ西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并Ｉ。向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阋和借阅本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库

3、进行检索，可以采用影印。、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于１．保密□；，在年解密后适用本授权书２．不保密ｈ／使用本授权书。“”（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：＊和指导老师签名：曰期：：日期西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研宄工作所得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本

4、人承担。本学位论文的主要创新点如下：１．将Ｘ射线微断层扫描技术运用到多孔介质中的碳酸钙化学矿化过程研究，并通！过图像处理与分析技术，结合数值计算定量研宄了碳酸钙化学矿化过程及产物对多孔介质渗流特性的影响。２．设计并运用特殊结构的生物流通池反应器，实现了在（ＰＡＯｌ－共显微）生物膜中诱导碳酸钙矿化，将聚焦激光镜和共聚焦拉曼显微相她镜一结合，发可。展了种以对碳酸钙生物矿化过程及矿化产物的原位实时无损可视化技术学位论文作者签名：曰期：西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要碳酸钙矿物广泛地分布在环境中，是沉积环境中最常见

5、也是最重要的矿物之一。它也是一种非常重要的环境矿物，其矿化过程主要受化学作用和生物作用的调控。相关研究工作表明，一方面通过矿化过程形成的碳酸钙矿物可以作为反映不同时间空间尺度上环境变化的信息载体；另一方面，通过矿化过程形成的碳酸钙矿物同时还具有环境污染修复与治理的功能，其已经被广泛地应用于地下水污染治理、土壤污染原位修复及岩土工程改性等诸多领域。但是在化学矿化方面，目前传统研究主要针对在野外采集到的样品或在室内实验配制碳酸钙样品的结晶与矿化，对在不同饱和度条件下和不同多孔介质成分的矿化过程与影响研究多局限在二维尺度，对更能反映真实情况的三维表征与孔隙尺度的

6、研究不足；在生物矿化方面，目前传统研究大多通过离心脱落沉淀等方法获取菌液中生成的矿物，无法实现对生物膜中所生成的矿物的原位无损可视化研究，更缺乏生物膜与碳酸钙矿物相互影响的研究。因此，研究碳酸钙矿化的过程及其影响机制具有重要的理论价值和现实意义。论文研究工作在大量查阅文献和实验数据分析的基础上，一方面通过碳酸钙化学矿化实验及X射线微断层扫描技术，并通过图像处理、数值计算实现了对碳酸钙化学矿化过程的化学分析和对多孔介质渗流特性的定量化分析；另一方面，借助针对微生物诱导碳酸钙矿化的原位实时无损可视化技术和生物膜渗透性和生物膜灭活响应实验，分析了生物矿化产物和碳

7、酸钙生物矿化对生物膜的影响机制研究。论文的主要研究在于：1.通过室内碳酸钙化学矿化土柱实验，研究了不同饱和度条件下碳酸钙矿化溶液在单一组分多孔介质中的化学矿化过程。利用化学分析手段定量化分析了化学矿化过程中pH、总碱度、钙离子浓度、钠离子浓度、流量、压力差等参数的影响。与此同时，引入X射线微断层扫描技术对碳酸钙化学矿化样品进行扫描和三维重建，获得多孔介质在不同碳酸钙饱和度下的三维结构图像，从而实现对多孔介质中碳酸钙化学矿化过程的无损可视化研究。在此基础上，为提高研究精度，借助扫描电镜技术（SEM）分析了碳酸钙化学矿化过程所形成矿化物的形貌特征。2.通过室内

8、碳酸钙化学矿化土柱实验，研究了单一饱和度条件下碳酸钙矿化溶液在多组