| تاریخ ارسال: 1404/3/18 |
شکل ۱ [تصویر بالا] کاشی و سرامیک هایی که از طریق فعالیت میکروبی رشد می کنند، در مقایسه با سرامیک های معمولی کوره ای دی اکسید کربن کمتری را در طول فرآیند تولید در جو آزاد می کنند. اما این فرآیند باید بهینه شود تا اطمینان حاصل شود که کاشی ها دارای خواص مکانیکی کافی هستند.
https://pxhere.com/en/photo/۹۴۷۰۰۴
عبارت چیزی را از زمین خالی یا هیچ به وجود آوردن یک عبارت معمولا مجازی است. اما دیلون رندال دانشیار مهندسی عمران در دانشگاه کیپ تاون آفریقای جنوبی، آجرهای ساخته است که مجازی نیست بلکه واقعا همین طور است.
رندال و دانشجویانش در سال ۲۰۱۸، با استفاده از رسوب کربنات کلسیم با القای میکروبی (MICP) در دمای اتاق، آجر تولید کردند. یک فرآیند زیست تقلیدی است که به کنش متابولیکی میکروارگانیسم ها برای تشکیل کربنات کلسیم متکی است. از این فرآیند دراصل برای بهبود خواص خاک استفاده می کنند، اما رندال و دانش جویانش از آن برای اتصال دانه های شن و ماسه به یکدیگر استفاده کردند و در نتیجه یک آجرساختند.
در سال ۲۰۱۸، آجرهای زیستی که رندال و دانشجویانش در فرآیند رسوب کربنات کلسیم با القای میکروبی استفاده کردند به دلیل یک عنصر کلیدی خبرساز شد. این عنصر کلیدی ادرار انسان بود. ادرار منبع اوره انها بود که، یک ترکیب آلی و محصول پسماندی است و توسط بسیاری از موجودات زنده می شود. در فرآیند رسوب کربنات کلسیم با القای میکروبی، میکروارگانیسم ها آنزیمی به نام اوره آز تولید می کنند که اوره را به یون های کربنات تجزیه می کند. این یون ها با یون های کلسیم اضافی ترکیب می شوند و کربنات کلسیم را تشکیل می دهند. در حالی که آجرهای زیستی در مقایسه با آجرهای کوره ای مزایای متعددی مانند کاهش انتشار دی اکسید کربن در جو در طول فرآوری دارند، تک تک آجرها، جداگانه تولید می شد. روشی برای تولید چندین آجر در آن واحد لازم است تا فرآیند تجاری سازی سرعت بگیرد.
تکنیک غرقه سازی که توسط ژائو و همکاران در سال ۲۰۱۴ برای ستون های زیستی ایجاد شد، توان افزایش تولید مواد زیستی مبتنی بر رسوب کربنات کلسیم با القای میکروبی را دارد. در این روش، فرآیند رسوب کربنات کلسیم با القای میکروبی داخل یک قالب انعطاف پذیر با تماس کامل انجام می شود تا واکنش بین میکروارگانیسم ها و واسطه سیمانی (مثلا ماسه) را افزایش دهد. در سال ۲۰۲۰، چنگ و همکاران از تکنیک غرقه سازی برای تولید همزمان آجر زیستی استفاده کردند. اما آنها متوجه شدند که وسط آجرها از لبه های بیرونی ضعیفتر هستند و نتایج مطالعه قبلی بو و همکاران در سال ۲۰۱۸ تأیید شد.
رندال و همکارانش در یک مقاله جدید با دسترسی آزاد می نویسند: از این رو، تولید یک ماده زیستی نازک تر، مانند بیوتیل ها، باید امکان انتشار و مقاومت فشاری سازگارتری را فراهم کند. رندال این مقاله را با دانشجوی دکترا به نام اما جین هورن و رابرت هادی، مدیر پروژه توسعه پروپوزال در دانشکده علوم بهداشتی نوشت. هدف آنها رشد کاشی و سرامیک قوی با استفاده از فرآیند سوب کربنات کلسیم با القای میکروبی با تمرکز بر چهار پارامتر کلیدی بود مطالعات قبلی نشان داد این پارامترها تأثیرگذار عمده ای بر خواص نهایی بیومواد مبتنی بر رسوب کربنات کلسیم با القای میکروبی دارند:
غلظت کلسیم
غلظت اوره
توزیع اندازه ذرات مواد سنگدانه ای (در این مورد، ماسه شنی الک نشده)
غلظت منیزیم
شکل ۲ عکس (A) و نمودار شماتیک (B) از قالب بیوتایل، که در آن قاب پرس با مش بالایی با مهره های بال به سمت پایین بسته می شود تا یک بیوتایل با ارتفاع دلخواه فشرده شود. استات شفاف و ژله نفتی دیواره های قالب را پوشانده اند. ابعاد بر حسب میلی متر.
https://doi.org/۱۰.۱۰۱۶/j.scitotenv.۲۰۲۳.۱۶۵۰۵۰
همانطور که در نمودار زیر مشاهده می شود، محققان پارامترهای لازم برای دستیابی به بیوتیل ها را با مقادیر قابل قبول برای قدرت شکست (۶۳۷ نیوتن ± ۶۰ نیوتن) و مدول گسیختگی (۱۳.۰ نیوتن بر میلی متر مربع ± ۲.۳ نیوتن) تعیین کردند. این مقادیر از استانداردهای مرسوم قدرت شکست (۶۰۰ نیوتن) و مدول گسیختگی (۸ نیوتن بر میلی متر مربع) برای کاشی هایی با جذب آب بالای ۱۰ درصد فراتر می رود.
محققان خاطرنشان می کنند که اوره مصنوعی به عنوان منبع اوره در این مطالعه استفاده شده است، اما آنها اذعان می کنند که ادرار انسان نیز می تواند به عنوان منبع اوره استفاده شود. این [انتخاب ادرار] منجر به بازیافت یک جریان "زباله" دیگر می شود، اما هزینه اضافی دارد. بنابراین پیشنهاد می شود که کارهای آینده به ارزیابی دقیق اقتصادی و چرخه عمر فرآیند پیشنهادی برای طیف وسیعی از محصولات (آجر، سنگفرش، کاشی های سقف و غیره) و شرایط عملیاتی مختلف توجه کند.
شکل ۳ نمودار داده های هر یک از چهار پارامتر کلیدی آزمایش شده را نشان می دهد، خطوط مورب نشان می دهد که حداقل ضخامت (میلی متر) در امتداد لبه شکسته بیوتایل و مقاومت در برابر شکست (n = ۴) و مدول اهداف گسیختگی برآورده می شود. ناحیه قرمز نشان می دهد که هر یک از اهداف در کجا برآورده نمی شوند، مناطق سفید نشان می دهد که یک هدف در کجا مورد برخورد قرار گرفته است، و منطقه سبز نشان می دهد که هر دو هدف در کجا برآورده می شوند. https://doi.org/۱۰.۱۰۱۶/j.scitotenv.۲۰۲۳.۱۶۵۰۵۰
مقاله مرجع:
The open-access paper, published in Science of The Total Environment, is “Growing bio-tiles using microbially induced calcium carbonate precipitation” (DOI: ۱۰.۱۰۱۶/j.scitotenv.۲۰۲۳.۱۶۵۰۵۰).
منبع:
https://ceramics.org/ceramic-tech-today/growing-the-built-environment-ceramic-tiles-fabricated-via-microbial-activity/
ترجمه: مهندس آیدا صابر، دانشگاه علم و صنعت
کلیدواژه ها: فعالیت میکروبی | سرامیک‌های زیستی | کاشی |