Morphology of carbonate crystals grown on the surface of artificial cell membranes was controlled by changing the interfacial chemistry. For octadecyltriethoxysilane (OTE) films with terminal methyl groups interacting little with an aqueous calcium carbonate solution calcite (104) crystals were formed. Polymerized pentacosadiynoic acid (PDA) films with terminal carboxylic acid groups induced deposition of calcite (012) crystals aligned along with each other within a polymer domain. On the other hand, stearyl alcohol (StOH) films with terminal hydroxyl groups induced deposition of aragonite crystals. When PDA was mixed with StOH, the 8:1 PDA:StOH (molar ratio) film produced dominating calcite (012) crystals without any crystal alignment, and the 4:1 mixture film produced minor calcite (012) crystals and major aragonite crystals. For the 2:1, 1:1, 1:2, and 1:4 mixture films, aragonite crystals were dominating. Hence, it is found that the chemical composition at the interface plays a very important role in controlling the morphology of deposited carbonate crystals.
침강성 탄산칼슘의 제조를 위해 액체-액체 상태에서의 결정화 실험을 실행하였다. 탄산칼슘 결정을 만들기 위한 방법 중 조작이 간단하며 다양한 탄산칼슘 결정을 얻을 수 있는 염화칼슘과 탄산나트륨의 반응법을 선택하였다. 반응 시간, 용질의 농도, pH, 유기 첨가제를 변경하여 탄산칼슘을 합성하였다. 유기 성분을 가진 탄산칼슘을 합성하기 위해 아미노산이 복합되어 있는 silk fibroin을 첨가하였고, silk fibroin이 탄산칼슘의 결정화에 미치는 영향에 대해 초점을 맞추어 실험을 수행하였다. 여러 탄산칼슘 결정을 분석하기 위해 FE-SEM, XRD, 그리고 FT-IR을 사용하였다. 반응 시간, pH가 탄산칼슘 결정 형태에 큰 영향을 줌을 관찰하였다. Silk fibroin이 결정형태 vaterite의 형성을 저해하고 calcite의 형성에 효율적인 첨가제로 작용하는 것을 발견하였다.
Amorphous calcium carbonate (ACC) can readily be prepared using ethanol as the reaction medium and ammonium carbonate as the source of carbon dioxide. Other additives, or any elaborate pH control are not needed to form the initial calcium carbonate precipitate. Ammonia generated from ammonium carbonate maintains the reaction medium in a neutral or weakly basic condition, retarding the crystallization of ACC, while ethanol itself inhibits the dissolution of ACC. The ACC prepared in this way provides a rare opportunity to fabricate molded biomimetic crystals in vitro, but the ACC is too fragile to be fabricated into proper shapes. The malleability of ACC is, however, greatly enhanced by incorporating poly(ethylenimine) (PEI). The ACC/PEI composite can then be fabricated, using a proper mold or template, into mechanically durable biomimetic crystals of definite shape. The ACC in the ACC/PEI composite can further be transformed into vaterite by heating under N2 atmosphere, while the native ACC simply converts into calcite.
Qi, Yongshuai;Gao, Yufeng;Meng, Hao;He, Jia;Liu, Yang
Geomechanics and Engineering
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제29권1호
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pp.79-90
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2022
Soybean-urease induced carbonate precipitation (EICP), as an alternative to microbially induced carbonate precipitation (MICP), was employed for soil improvement. Meanwhile, soluble calcium produced from industrial waste carbide slag powder (CSP) via the acid dissolution method was used for the EICP process. The ratio of CSP to the acetic acid solution was optimized to obtain a desirable calcium concentration with an appropriate pH. The calcium solution was then used for the sand columns test, and the engineering properties of the EICP-treated sand, including unconfined compressive strength, permeability, and calcium carbonate content, were evaluated. Results showed that the properties of the biocemented sand using the CSP derived calcium solution were comparable to those using the reagent grade CaCl2. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analyses revealed that spherical vaterite crystals were mainly formed when the CSP-derived calcium solution was used. In contrast, spherical calcite crystals were primarily formed as the reagent grade CaCl2 was used. This study highlighted that it was effective and sustainable to use soluble calcium produced from CSP for the EICP process.
Biocementation due to the microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) process is a potential technique that can be used for soil improvement. However, the effect of biocementation may be affected by many factors, including nutrient concentration, bacterial strains, injection strategy, temperature, pH, and soil type. This study investigates mainly the effect of chemical concentration on the formation of calcium carbonate (e.g., quantity, size, and crystalline structure) and unconfined compressive strength (UCS) using different treatment time and chemical concentration in the biotreatment. Two chemical concentrations (0.5 and 1.0 M) and three different treatment times (2, 4, and 8 cycles) were studied. The effect of chemical concentrations on the treatment was also examined by making the total amount of chemicals injected to be the same, but using different times of treatment and chemical concentrations (8 cycles for 0.50 M and 4 cycles for 1.00 M). The UCS and CCC were measured and scanning electron microscopy (SEM) analysis was carried out. The SEM images revealed that the sizes of calcium carbonate crystals increased with an increase in chemical concentrations. The UCS values resulting from the treatments using low concentration were slightly greater than those from the treatments using high concentration, given the CCC to be more or less the same. This trend can be attributed to the size of the precipitated crystals, in which the cementation efficiency increases as the crystal size decreases, for a given CCC. Furthermore, in the high concentration treatment, two mineral types of calcium carbonate were precipitated, namely, calcite and amorphous calcium carbonate (ACC). As the crystal shape and morphology of ACC differ from those of calcite, the bonding provided by ACC can be weaker than that provided by calcite. As a result, the conditions of calcium carbonate were affected by test key factors and eventually, contributed to the UCS values.
물에 대한 용해도가 우수한 비정질 탄산칼슘을 이용하여 저온 영역에서 Calcite 단결정을 수열육성 하였다. 비정질 탄산칼슘 제조의 출발원료로는 $CaCl_2$, 및 $Na_2CO_3$를 이용하였으며, 반응온도와 반응시간이 중요한 인자로 작용하였다. 한편, 중량손실법에 의한 비정질 탄산칼슘의 용해도 측정결과 $NH_4NO_3$, 수용액이 Calcite 결정성장에 효과적임을 알 수 있었다. Calcite 결정의 육성에 있어 큰 성장속도를 나타내는 수열조건은 다음과 같다. 즉, 출발원료: 비정질 탄산칼슘, 수열용매: 0.01m $NH_4NO_3$, 반응온도: $180^{\circ}C$, 반응시간: 30일 이었다. 이와 같은 조건하에서 얻어진 Calcite 단결정은 전위밀도: $10^6{\sim}10^7cm^{-2}$, 투과율: $190{\sim}400nm$ 범위에서 약 80%, 복굴절율: $0.17{\sim}0.18$ 이었으며, HCOT 및 $OH^-$ 이온의 혼입에 의한 광학적 흡수가 발생하지 않음을 FT-IR분석 결과로부터 알 수 있었다.
Microbially induced calcium carbonate precipitation (CCP) is a long-standing but re-emerging environmental engineering process for production of self-healing concrete, bioremediation, and long-term storage of CO2. CCP-capable bacteria, two Bacillus strains (JH3 and JH7) and one Sporosarcina strain (HYO08), were isolated from two samples of concrete and characterized phylogenetically. Calcium carbonate crystals precipitated by the three strains were morphologically distinct according to field emission scanning electron microscopy. Energy dispersive X-ray spectrometry mapping confirmed biomineralization via extracellular calcium carbonate production. The three strains differed in their physiological characteristics: growth at alkali pH and high NaCl concentrations, and urease activity. Sporosarcina sp. HYO08 and Bacillus sp. JH7 were more alkali- and halotolerant, respectively. Analysis of the community from the same concrete samples using barcoded pyrosequencing revealed that the relative abundance of Bacillus and Sporosarcina species was low, which indicated low culturability of other dominant bacteria. This study suggests that calcium carbonate crystals with different properties can be produced by various CCP-capable strains, and other novel isolates await discovery.
Polymeric mesogens having a regularly alternating rigid-flexible repeating structure in the main-chain polymer exhibit distinct even-odd oscillation in their thermodynamic quantities with respect to the number of methylene units in the spacer. The even-odd oscillation depends on the number of methylene groups in the spacer the entropy change at the NI(nematic-isotropic) phase transition becomes less distinct when the linking group is replaced by the carbonate. In our previous work, we have suggested that the characteristics arise from the geometrical arrangement of the linkage. In this work, we have prepared a series of carbonate-type monomer and dimer liquid crystals. The thermodynamic behaviors at the NI phase transition have been compared with those previous reported for the ether- or ester-type liquid crystals. For the dimer series, the orientational order parameter of the mesogenic core was determined by using H-NMR technique. The origin of the difference observed among linking groups was found to the geometrical characteristics of chemical structure.
Removal characteristics of Mn and Co was studied from the contaminated solutions via surface reaction with various calcium carbonate (calcite). Synthetic calcium carbonates which has different surface morphology as well as surface areas were prepared by a spontaneous precipitation method and used. Mn and Co removal behavior by the different solid surface demonstrate characteristic sorption behaviors depend on the type of calcite used, such as surface area or surface morphology. Calcium carbonate crystals (mostly calcite) which exhibit complicated surface morphology (c-type) shows strong sorption affinity for Mn and Co removal via sorption than on the a-type or b-type calcite crystals of less complicated surfaces. The applicability of two kinetic models, the pseudo-first-order kinetic equation and the Elovich kinetic model was examined on these sorption behavior. Elovich kinetic model was found more suitable to explain the very early stage adsorption kinetics, while the pseudo-first-order kinetic equation was successfully fitted for the adsorption kinetics after 50 hours.
탄산칼슘의 Biomineralization 반응을 수행하기 위해 다양한 아미노산을 첨가하여 결정화 실험을 하였다. 탄산칼슘의 액체-액체 반응으로 염화칼슘과 탄산나트륨을 사용하였고, Silk fibroin, 아스파라긴, 아스파르트산, 글루탐산과 글리신과 같은 첨가제를 사용하여 실험을 수행하였다. 그리고 결정화 반응에서 반응 시간, pH, 용질의 농도를 변경하여 탄산칼슘 결정의 형태 변화를 조사하였다. 결정의 분석을 수행하기 위해 XRD, FE-SEM 그리고 FT-IR 장치를 사용하였다. XRD로 칼사이트와 베터라이트의 결정과 피크 강도를 계산하였다. FE-SEM으로 결정의 외형과 크기를 비교하였고, FT-IR 스펙트럼으로 결정을 확인하였다. 반응 시간에 따른 결정의 분포는 XRD의 피크 영역과 FT-IR의 데이터로 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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