生物微膠囊的制備及其應用研究

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1、分類號TB學校代碼10590UDC324、332密級公幵i$HA.fSHENZHENUNIVERSITY碩士學位論文生物微膠囊的制備及其應用研究申請人姓名羅園春申請人學號2120120107專業(yè)名稱材料物理與化學導師姓名及職稱朱光明副教授二O—五年五月十日深圳大學學位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文是本人在導師的指導下，獨立進行研宄工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的作品或成果。對本文的研宄做出重要貢獻的個人和集體，均己

2、在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔。論文作者簽名：〉日期年h月/v日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書(必須裝訂在印刷本首頁）本學位論文作者完全了解深圳大學關(guān)于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬深圳大學。學校有權(quán)保留學位論文并向國家主管部門或其他機構(gòu)送交論文的電子版和紙質(zhì)版，允許論文被査閱和借閱。本人授權(quán)深圳大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。(涉密的學位論文在解密后適用本授權(quán)書）論文

3、作者簽名：’i導師簽名：日期：h士年’月厶閂曰期：fnf?日分類號TB學校代碼10590UDC324、332密級公開深圳大學碩士學位文生物微膠囊的制備及其應用研究學位申請人姓名羅園春專業(yè)名稱材料物理與化學學院（系、所）材料學院指導教師朱光明副教授生物微膠囊的制備及其應用研究摘要微生物產(chǎn)生的生物礦物碳酸鈣是一種很好的混凝土裂縫修復劑。某些細菌能代謝鈣離子，形成碳酸鈣沉淀物，填補裂縫。因此可以先將這些細菌進行微膠囊化，然后埋入混凝土中，成為自修復混凝土。考慮到微生物與微膠囊制備材料的生物相容性，生物微膠囊的壁材通

4、常都是天然高分子，如海藻酸鈉、甲殼素、明膠等，這些高分子都是親水物質(zhì)，在水里會溶解或溶脹。在與混凝土復合的過程中不具有防水性能，使得微膠囊不能讓微生物成功渡過潛伏期，因此不適合用在自修復混凝土中。本文以環(huán)氧E-51為壁材，通過油相懸浮分散法制備了含有科氏芽孢桿菌DSM6307孢子的防水性生物微膠囊，優(yōu)化了微膠囊的制備工藝參數(shù)，研究了微膠囊化對孢子活性的影響，測試了孢子對環(huán)氧及其固化劑的生物相容性，考察了這種生物微膠囊在混凝土中的自修復過程，解決了孢子在混凝土中的埋入和休眠問題，為實現(xiàn)混凝土的生物自修復邁出了關(guān)

5、鍵的一步。為防止孢子在微膠囊化之前遇水萌發(fā)，本論文采用雙油相懸浮分散法來制備微膠囊，也就是，分散相和連續(xù)相均為油相，全過程無水。工藝過程是：先將孢子與萌發(fā)劑、營養(yǎng)物質(zhì)混合造粒，再在表面裹上一層環(huán)氧樹脂，然后加入固化劑使環(huán)氧樹脂部分固化，以增加樹脂在芯材上的附著力，再轉(zhuǎn)移至油性溶劑聚二甲基硅油中，攪拌分散，進行二次固化，形成以環(huán)氧樹脂為壁材的生物微膠囊。論文系統(tǒng)地考察了芯/壁比、攪拌速率、固化劑、預固化時間、二次固化溫度對微膠囊性能的影響，得到了優(yōu)化后的工藝參數(shù)：芯壁比為1:1.0，使用固化劑DMP-30，用量

6、10克每百克環(huán)氧E-51，預固化時間為40min，兩次固化溫度50℃，攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm，二次固化時間2~3小時。包覆后，通過平板菌落計數(shù)法得知微膠囊化后囊芯中孢子的存活率達到89.2%。通過防水性測試得知微膠囊在純水中浸泡7天后不破裂，表明壁材具有優(yōu)異的防水性。通過礦化率實驗得知微膠囊在高堿環(huán)境中浸泡6h后，礦化活性依然高達81.5%，表明微膠囊能夠保證孢子在高堿環(huán)境下具有較高的礦化活性。即該微膠囊在能夠保證孢子存活率的同時也具有優(yōu)異的防水性能，保證了微膠囊在復合到混凝土中之后依然能夠保持原來狀態(tài)，使得

7、微膠囊中的孢子能夠持續(xù)保持休眠狀態(tài)，直到混凝土開裂使微膠囊觸發(fā)而釋放芯I生物微膠囊的制備及其應用研究材中的孢子。為考察微膠囊壁材的力學觸發(fā)性能，論文將環(huán)氧樹脂壁材做成了標準試塊進行性能表征，實驗結(jié)果表明，在所挑選的三種典型環(huán)氧固化劑所固化的環(huán)氧試塊中，DMP-30所固化的環(huán)氧試塊的脆性最好，且斷裂強度最低，約為86N。為考察微膠囊在混凝土基體中的力學觸發(fā)性能，將這種生物微膠囊埋入了普通的波特蘭水泥基體中，對其進行抗壓試驗，發(fā)現(xiàn)微膠囊在應力下可以隨基體同時破裂，釋放芯材。修復試驗表明，37℃下，30天時間，科氏

8、芽孢桿菌DSM6307代謝沉積出的碳酸鈣基本可以將寬為100?m的裂縫填平，且寬度大于500?m的大裂紋也有被修復的趨勢。關(guān)鍵詞：自修復；混凝土；生物微膠囊；科氏芽孢桿菌；環(huán)氧樹脂IIThepreparationandapplicationofbio-microcapsulesAbstractMicrobeisagoodrepairingagentforconcretecracks,assomeba