碳酸鈣礦物廣泛地分布在環(huán)境中,是沉積環(huán)境中最常見也是最重要的礦物之一。它也是一種非常重要的環(huán)境礦物,其礦化過程主要受化學作用和生物作用的調(diào)控。相關研究工作表明,一方面通過礦化過程形成的碳酸鈣礦物可以作為反映不同時間空間尺度上環(huán)境變化的信息載體;另一方面,通過礦化過程形成的碳酸鈣礦物同時還具有環(huán)境污染修復與治理的功能,其已經(jīng)被廣泛地應用于地下水污染治理、土壤污染原位修復及巖土工程改性等諸多領域。但是在化學礦化方面,目前傳統(tǒng)研究主要針對在野外采集到的樣品或在室內(nèi)實驗配制碳酸鈣樣品的結(jié)晶與礦化,對在不同飽和度條件下和不同多孔介質(zhì)成分的礦化過程與影響研究多局限在二維尺度,對更能反映真實情況的三維表征與孔隙尺度的研究不足;在生物礦化方面,目前傳統(tǒng)研究大多通過離心脫落沉淀等方法獲取菌液中生成的礦物,無法實現(xiàn)對生物膜中所生成的礦物的原位無損可視化研究,更缺乏生物膜與碳酸鈣礦物相互影響的研究。因此,研究碳酸鈣礦化的過程及其影響機制具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。論文研究工作在大量查閱文獻和實驗數(shù)據(jù)分析的基礎上,一方面通過碳酸鈣化學礦化實驗及X射線微斷層掃描技術,并通過圖像處理、數(shù)值計算實現(xiàn)了對碳酸鈣化學...

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 問題的提出
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 沉積環(huán)境
        1.2.2 喀斯特
        1.2.3 碳酸鈣結(jié)晶及其動力學理論
        1.2.4 多孔介質(zhì)中顆粒遷移特性影響因素研究
        1.2.5 微生物誘導碳酸鈣研究現(xiàn)狀
    1.3 研究方法、內(nèi)容及技術路線
        1.3.1 研究方法
        1.3.2 研究內(nèi)容
        1.3.3 技術路線
第2章 碳酸鈣化學礦化基礎實驗研究
    2.1 研究概述
    2.2 原理與方法
        2.2.1 化學平衡計算方法
        2.2.2 總堿度計算方法
        2.2.3 飽和度計算方法
        2.2.4 X射線微斷層掃描技術原理
        2.2.5 圖像采集與處理技術
    2.3 實驗系統(tǒng)建立
        2.3.1 實驗土柱制備
        2.3.2 碳酸鈣化學礦化實驗
        2.3.3 樣品掃描與圖像處理
        2.3.4 樣品SEM掃描
    2.4 結(jié)果與分析
        2.4.1 時間尺度下的碳酸鈣化學礦化影響因素化學分析
        2.4.2 不同化學條件下的碳酸鈣化學礦化三維成像
        2.4.3 SEM檢測圖像
    2.5 本章小結(jié)
第3章 碳酸鈣化學礦化對多孔介質(zhì)滲流特性影響的孔隙尺度研究
    3.1 研究概述
    3.2 材料與方法
        3.2.1 實驗系統(tǒng)建立
        3.2.2 XMT掃描與圖像處理
        3.2.3 多孔介質(zhì)滲流特性分析
        3.2.4 樣品SEM掃描
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 碳酸鈣礦化產(chǎn)物成核與生長
        3.3.2 碳酸鈣礦化速率計算
        3.3.3 多孔介質(zhì)基質(zhì)顆粒表面性質(zhì)改變分析
        3.3.4 多孔介質(zhì)孔隙度和滲透率變化分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 微生物誘導碳酸鈣礦化原位可視化研究
    4.1 研究概述
    4.2 材料與方法
        4.2.1 實驗系統(tǒng)的建立
        4.2.2 菌株及其接種過程
        4.2.3 生物膜中的碳酸鈣生物礦化
        4.2.4 共聚焦成像
        4.2.5 共聚焦拉曼光譜顯微鏡
        4.2.6 圖像分析
        4.2.7 生物膜在碳酸鈣生物礦化過程中的脫落
    4.3 結(jié)果
        4.3.1 微生物誘導碳酸鈣礦物形態(tài)及礦物學分析
        4.3.2 微生物誘導碳酸鈣礦化的空間分布
        4.3.3 碳酸鈣生物礦化物與生物膜之間的相互作用分析
    4.4 討論與小結(jié)
第5章 碳酸鈣生物礦化對生物膜的影響機制研究
    5.1 研究概述
    5.2 材料和方法
        5.2.1 實驗系統(tǒng)建立、微生物菌株培養(yǎng)接種步驟
        5.2.2 碳酸鈣生物礦化及微粒沉積實驗
        5.2.3 生物膜滲透性實驗
        5.2.4 生物膜滅活實驗
        5.2.5 圖像采集與成像分析
    5.3 結(jié)果
        5.3.1 碳酸鈣生物礦化及微粒沉積分布情況
        5.3.2 Cy5在碳酸鈣生物礦化與非生物碳酸鈣沉積后的運移路徑分析
        5.3.3 碳酸鈣生物礦化與非生物碳酸鈣沉積后生物膜滅活響應分析
    5.4 討論與小結(jié)
結(jié)論與展望
致謝
參考文獻
附錄
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及科研成果



本文編號：4003612