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自然界中碳酸钙(CaCO3)的沉积过程极为缓慢,在CaCO3-H2O-CO2反应体系中CO2 + H2O ? HCO3- + H+为限速步骤,可利用生物催化剂来加速这一反应的进行。碳酸酐酶(Carbonic anhydrase, CA)是一种以锌为活性中心的金属酶,可以显著催化上述反应的进行。我们前期研究发现微生物CA在方解石沉积中具有显著促进作用。本文采用气体扩散体系,在不同初始pH、酶浓度和Ca2+浓度条件下进一步研究细菌CA催化CaCO3沉积的动力学,并采用XRD、FTIR和FESEM对沉积过程中CaCO3晶体的形态学进行分析,获得的主要结果如下:(1)不同初始pH下细菌CA催化CaCO3沉积过程中Ca2+沉积量变化符合指数模型。在实验pH范围内(pH 6.08.0),CaCO3沉积速率随初始pH的增加而增大。XRD和FESEM分析结果表明,CA存在时生成的CaCO3晶体主要为方解石,晶体不太规则,且粒径较大。随时间的增加,晶体逐渐由棱形变为类锥形或聚集成不规则形体。(2)不同酶浓度下细菌CA催化CaCO3沉积过程中Ca2+沉积量变化符合指数模型。酶浓度在0.22.0 U/mL时有利于CaCO3的沉积,而当酶浓度为8.0 U/mL时CaCO3沉积速率受到抑制,说明细菌CA催化CaCO3沉积时酶浓度并不是越大越有利。XRD、FTIR和FESEM分析结果表明,不同酶浓度下CaCO3晶体的形态差异较大,且较低浓度CA作用下有球霰石存在,而较高浓度CA作用下有利于方解石的形成。(3)不同初始Ca2+浓度下细菌CA催化CaCO3沉积过程中Ca2+沉积量变化不仅符合指数模型也符合多项式模型。在一定范围内CaCO3沉积速率随初始Ca2+浓度的增加而增大,但过高的初始Ca2+浓度(100 mmol/L)使细菌CA催化沉积CaCO3的作用效果受到一定程度的影响。XRD、FTIR和FESEM分析结果表明,初始Ca2+浓度对细菌CA作用下产生的CaCO3晶体的形态有较大影响,而且,较低的初始Ca2+浓度有利于球霰石的形成,而较高的初始Ca2+浓度有利于方解石的形成。综合上述结果认为,细菌CA催化CaCO3沉积过程中,初始pH、酶浓度和盐浓度不仅影响CaCO3沉积速率,而且对CaCO3的晶型晶貌产生较大影响,可以利用上述不同初始条件来诱导产生不同晶型晶貌的CaCO3材料。细菌CA对CaCO3沉积的作用除了催化作用外,还与细菌CA的酶蛋白对Ca2+的静电吸附以及酶蛋白对晶体晶面的选择性吸附有关。本文结果为丰富岩溶动力学理论提供了一定的科学依据,并为CaCO3生物矿化材料的制备提供了新思路。