Vi khuẩn tạo tủa calcite đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:
2.6.1. Gạch xây dựng
Gạch là một phần quan trọng của vật liệu xây dựng và được biết đến với độ bền và tính bền vững của chúng. Tuy nhiên, gạch cũng dễ bị xuống cấp theo thời gian do xuất hiện các lỗ rỗng, rỗ khí dẫn đến nứt vỡ. MICP đã được chứng minh là một phương pháp mới dé xử lý các vết nứt này hoặc tăng cường độ bền cho gạch [53]. Raut
và cộng sự. [40] đã chứng minh MICP trong gạch và nghiên cứu ảnh hưởng của
phương pháp đến cường độ nén và khả năng hấp thụ nước. Gạch được xử lý bằng MICP cho thấy cường độ nén được cải thiện 83,9% và khả năng hút nước thấp hơn 48,9% sau 28 ngày so với mẫu đối chứng. Lambert và Randall [39] đánh giá quy trình MICP sản xuất gạch sinh học sử dung ure từ nước tiểu người ổn định. Kết quả cho thấy cường độ nén cao hơn với sự gia tăng số lần xử lý với cường độ nén cao nhất là
2,7 MPa.
II
2.6.2. Xi măng sinh học
Le Metayer-Levrel và cộng sự [7] đề xuất sử dụng khả năng vi khuẩn của MICP để sản xuất lớp phủ bảo vệ bề mặt cho các tòa nhà, tượng dai và tượng bằng đá vôi. Một nghiên cứu khác của Webster và May [8] cũng đề xuất xử lý sinh học như một công nghệ bổ sung dé phục hồi bề mặt đá trong các tòa nha.
MICP là một quy trình không độc hại và thân thiện với môi trường, có những
ưu điểm so với các phương pháp thường được sử dụng dé liên kết các hạt đất, chang
hạn như vữa hóa học. Ivanov và Chu [9] đánh giá chi phí nguyên vật liệu thô cho vita
hóa học nằm trong khoảng 2 — 72 đô la /m° đất trong khi đối với vữa vi sinh nằm trong khoảng 0,5 — 9 đô la/m° đất khi vật liệu phế thai được sử dụng làm nguồn carbon cho sự phát triển của vi sinh vật.
Ramachandran và cộng sự [10] đã kết luận thông qua điều tra bằng kính hiển vi rằng MICP là một phương pháp hiệu quả để xử lý vết nứt trong bê tông. Jonkers và cộng sự [38] chứng minh rang MICP có hiệu quả như một tác nhân tự phục hồi dé kích hoạt quá trình tự sửa chữa các vết nứt mới hình thành. Achal và cộng sự [37] đã đề xuất như một phương pháp xử lý vết nứt và chất trám khe bê tông chất lượng cao thay thế, cho thấy cường độ nén của vữa xi măng tăng 36% cũng như kha năng hấp thụ nước thấp hơn sáu lần trong các mẫu được xử lý. Amidi và Wang [36] đã đề xuất một phương pháp xử lý bề mặt mới đề xử lý bê tông và các vật liệu hấp thụ tương tự nhằm tăng cường khả năng đàn hồi và tính chất cơ học của chúng và đạt được mức tăng 36%
cường độ nén nhờ MICP.
2.6.3. Tăng cường va on định dat
Nhiều nghiên cứu đã áp dụng MICP cho các loại đất khác nhau và thử nghiệm chúng trong các điều kiện khác nhau để tăng cường độ bền và độ ổn định của dat. DeJong và cộng sự [35] đã áp dụng MICP dé cải thiện các đặc tính kỹ thuật của cát như độ bền cat và độ cứng. Kết qua cho thấy khả năng cắt cuối cùng và độ cứng chống cắt ban đầu đều cao hơn đối với các mẫu được xử lý so với các mẫu rời không được xử ly. Whiffin và cộng sự [34] đã áp dụng thành công MICP bang cách sử dụng cột cat dai 5m dé cải tạo mặt đất với tốc độ dong chảy tương đối thấp. Nghiên cứu này cũng đề cập đến việc cân bằng tốc độ thủy phân ure với việc cung cấp các chất phản ứng hỗ trợ cho sự phân bố đồng đều của CaCO.
12
2.6.4. Khắc phục các chất gây ô nhiễm môi trường
Sự phát triển công nghiệp nhanh chóng gây ra một mối đe dọa lớn đó là kim loại nặng và các chất gây ô nhiễm khác là sản phẩm phụ của các ngành công nghiệp tác động đến môi trường của chúng ta. Trước đây, các phương pháp xử lý thông thường được sử dung dé loại bó kim loại nặng khỏi môi trường bị ô nhiễm. Tuy nhiên, những phương pháp này không hiệu quả, tốn kém và tiêu tốn nhiều hóa chất và năng lượng [29]. Do đó, các phương pháp thay thế như MICP là cần thiết để loại bỏ kim loại nặng một cách hiệu quả mà không ảnh hưởng nhiều đến môi trường. Một số nhà
nghiên cứu [15, 32, 33] đã báo cáo khả nang xử lý kim loại nang trong môi trường của MICP.
Vi khuan tạo tủa calcite có nhiều ứng dụng tiềm năng trong nhiều lĩnh vực khác nhau do khả năng chịu được điều kiện khắc nghiệt của môi trường va có thể sản xuất các vật liệu có độ bền cao và tiên tiến. [17]
2.7. Tinh hình nghiên cứu 2.7.1. Nghiên cứu trong nước
Năm 2014, Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh và Nguyễn Khánh Sơn tiến hành nuôi cấy vi khuẩn Bacillus subtilis với mật độ 109 và 1011 CFU/g trong điều kiện thường, trong hỗn hợp xi măng và phân tán trong vữa. Kết quả bước đầu cho thấy, các hoạt tính cơ học như tính chịu uốn của bê tông vi khuẩn cao hơn thông thường và cường độ chịu nén của mẫu vữa tăng hơn 30% so với đối chứng ở mật độ vi khuẩn 109 CFU/g, hiệu quả tự làm lành vết nứt sau 14 ngày dưỡng hộ trong nước tại vị trí đứt rộng xấp xỉ
0.5mm [1].
Năm 2017, từ các mẫu xi măng Lê Quỳnh Loan và cộng sự đã phân lập được 4 chủng vi khuẩn có khả năng tạo kết tủa calcite, trong đó chủng N1—Bacillus thuringiensis là vi khuẩn gram đương, hình que, có khả năng tạo bào tử và tạo sản lượng calcite cao [55]. Chủng vi khuẩn nay cho thấy có khả năng sống sót trong môi trường khắc nghiệt và có tiềm năng ứng dụng dé làm liền các vết nứt công trình xây
dựng.
Năm 2018 Lê Quỳnh Loan, Nguyễn Hoàng Dũng và cộng sự đã phân lập 22 chủng vi khuẩn thuộc 7 loài khác nhau có khả năng tạo tủa calcite từ mẫu đất và đá vôi
thu thập tại tỉnh Kiên Giang, trong đó chủng Oceanobacillus profundus KG 15.3 có
13
hoạt tính tao calcite cao (> 10g/L), có khả năng chống chịu tốt với môi trường va làm liền vết nứt cho thấy tiềm năng ứng dụng của O. profiundus KG_15.3 trong gia cô các
vật liệu bê tông.
Năm 2019, Nguyễn Phạm Hương Huyền và cộng sự đã tiễn hành khảo sát việc sử dụng vi khuẩn tạo tủa calcite gồm Bacillus subtilis va Bacillus megaterium như là chất kết dính cát dé cải thiện độ bền của các vật liệu xây dựng xanh. Độ bền kéo đạt cao nhất khi sử dụng chủng vi khuẩn Bacillus megaterium ở mẫu cát trắng 0.3mm
[56].
Nam 2021, Nguyén Pham Huyén và cộng su đã tạo hỗn hop vữa sinh học 0,1 mm cát, các thành phần bé sung và sinh khối theo tỷ lệ 1:1, chứng minh được hiệu quả chống thấm nước khi thi công vào các vết nứt bằng xi măng nhân tạo sau 10 ngày ủ
[57].
2.7.2. Nghiên cứu ngoài nước
Nghiên cứu đầu tiên về tiềm năng ứng dựng của các chủng vi khuẩn có khả năng tạo tua calcite được ứng dung làm xi măng sinh học được tiến hành bởi
Gollapudi và cộng sự (1995) [58]. Trong nghiên cứu này, Gollapudi trộn dung dịch
calcium chloride chứa urea và carbonic acid trực tiếp với dat và nén hỗn hợp trên vào một cột chứa cát. Kết quả cho thấy, các lỗ và các vết nứt trong được hàn lại. Sau đó các nghiên cứu được tiến hành theo hướng phân lập vi khuẩn có khả năng tạo tủa calcite. Trong 10 năm trở lại đây, nhiều nhóm nghiên cứu đã tiến hành sảng lọc và tuyển chọn các chủng vi khuan tạo tủa calcite từ nhiều nguồn như phân lập từ các ham mỏ, dat đá vôi, và sàng lọc trong các bộ sưu tập chủng, các vi khuẩn ho Bacillus sp., L.
spharicus, Sporosarcina pasteurii, K. flava, Halomonas sp... cho thay có hoạt tính urease và có khả năng tạo tủa calcite với sản lượng lớn, có tiềm năng ứng dụng cao
[59].
Năm 2018, Li va cộng sự đã nghiên cứu về khả năng gia có nền đất của chủng Bacillus megaterium. Nhóm sử dụng tro (FABC) làm chất mang trong việc tạo chế phẩm sinh học từ chủng Bacillus megaferium. Sau đó, trộn chế phẩm vào đất đã được xử lý với tỉ lệ là 5%. Kết quả cho thay, chủng Bacillus megaterium có khả năng làm tăng độ bền của đất [60]. Một nghiên cứu khác của Mondal va Ghosh vào năm 2018 cũng đã kiểm tra nồng độ tối ưu dé tăng cường độ nén với Bacillus subtilis mà không cần bổ sung các nguồn calci bên ngoài. Calcium oxide tự do có trong bê tông có thé
14
được vi khuẩn sử dụng dé tạo ra lượng kết tủa calcium carbonate đáng ké cả ở bề mặt và chất nền bên trong của bê tông [61].
Nam 2019, Suha và cộng sự đã phân lập được chủng Bacillus mycoides có khả
năng tao calcium carbonate và đánh giá khả năng tự làm liền vết nứt của các vữa bê tông. Công bố của nhóm tác giả, một phần chứng minh chủng Bacillus mycoides khả năng hàn gắn vết nứt chỉ sau 21 ngày [62].
Năm 2021, Gehad Mokhtar đã phân lập được 2 chủng vi khuẩn Bacillus
wiedmannii và Bacillus paramycoides tạo tủa calcitum carbonate và hình thành nội bao tử, được ứng dụng tăng cường cường độ bê tông đạt 33,7 MPa và 25 MPa sau 28 ngày
[63].
Năm 2022, Kumar Soda dùng vi khuẩn Bacillus megaterium bé sung trực tiếp vào mẫu vữa nhằm cải thiện hiệu suất bê tông đối với cường độ nén, khả năng khuếch tán chlorua và khả năng thấm nước, kết quả cho thay vi khuẩn giúp giảm sự khuếch tán chlorua, cường độ được cải thiện và giảm khả năng thấm nước [64].
15