[發(fā)明專利]一種基于生物固化技術(shù)的磁敏性模擬月壤的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111033652.1
• 申請(qǐng)日: 2021-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN113884351B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李瑞林;陳君;陳大慶;季雨坤;周國(guó)慶;莫品強(qiáng);蔡尚躍;王正宇;褚召祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N1/28
• 分類號(hào): G01N1/28
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

本發(fā)明公開了一種基于生物固化技術(shù)的磁敏性模擬月壤的制備方法，將帶磁土顆粒倒入巴氏芽孢桿菌培養(yǎng)液中，控制顆粒含量，細(xì)菌濃度，培養(yǎng)液溫度，pH值，尿素濃度，CaCI₂濃度，反應(yīng)時(shí)間，攪拌時(shí)間等因素保證顆粒表面的CaCO₃沉積物均勻分布。最后將固化完成的顆粒低溫烘烤至脫水。前期研究的磁敏性模擬月壤雖然能還原月球1/6g重力場(chǎng)，但仍受制于磁場(chǎng)中磁顆粒吸引作用，影響了模擬月壤的力學(xué)性質(zhì)。本發(fā)明提供的制備方法弱化了磁敏性模擬月壤在磁場(chǎng)中的互相吸引現(xiàn)象。該制備方法環(huán)保、成本低、效果好，可批量生產(chǎn)磁敏性模擬月壤用于科學(xué)和工程研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模擬月壤制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于生物固化技術(shù)的磁敏性模擬月壤的制備方法。

背景技術(shù)

月球作為距地最近的天然衛(wèi)星，由于其豐富的能源和稀有金屬等資源被公認(rèn)為人類太空探測(cè)的第一站。根據(jù)嫦娥四號(hào)發(fā)回的資料顯示，其著陸地區(qū)月壤層厚度達(dá)40米。在我國(guó)接下來(lái)月球探測(cè)和開發(fā)過程中，必然會(huì)遇到各種載荷與月壤相互作用的問題：飛行器軟著陸，月球車輪壤相互作用、鉆探取樣、月球基地建設(shè)、月球采礦開挖等。目前人類對(duì)低重力環(huán)境中土體力學(xué)規(guī)律了解仍較少，關(guān)鍵原因就在于地球上針對(duì)土體進(jìn)行低重力環(huán)境模擬難度極大。團(tuán)隊(duì)前期研制的磁敏性模擬月壤及磁重力試驗(yàn)系統(tǒng)雖然較好的還原了月球1/6g重力場(chǎng)條件，但仍受制于磁場(chǎng)中帶磁顆粒表面磁力相互作用現(xiàn)象，一定程度上影響了模擬月壤的力學(xué)性質(zhì)。因此如何均勻消除顆粒間的磁力成為能否在地球上精確還原月壤真實(shí)受力狀態(tài)的關(guān)鍵。

團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近十年的研究，首先研制了磁重力試驗(yàn)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研制了CUMT系列模擬月壤。為使模擬月壤能夠帶有均勻磁性，使用了磁粉與火山灰粉末均勻混合后壓實(shí)-燒結(jié)-破碎-篩分的研制工藝。按此方法研制的模擬月壤表面帶有均勻密度的磁性物質(zhì)，能夠在磁場(chǎng)中直接接觸，進(jìn)而產(chǎn)生較大的磁力使顆粒相互吸引。這一部分磁場(chǎng)力在真實(shí)月壤所處的受力環(huán)境中是不存在的，為盡量減小磁力的影響。采用了生物固化技術(shù)對(duì)顆粒表面進(jìn)行均勻碳酸鈣沉淀。

磁力是一種受距離影響敏感的作用力，顆粒間的磁力大小與其距離的四次方成反比。為降低顆粒間的磁相互作用力，采用巴氏芽孢桿菌分解尿素產(chǎn)生碳酸鈣對(duì)顆粒表面進(jìn)行均勻鍍層，通過對(duì)帶磁顆粒均勻包裹不導(dǎo)磁材料的方式，增加磁性物質(zhì)彼此接觸距離，從而達(dá)到弱化顆粒間的磁相互作用力的效果。

目前還未見針對(duì)不規(guī)則散體材料的均勻鍍層工藝。這主要受制于散體材料數(shù)量龐大，且三維表面復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一均勻旋轉(zhuǎn)。基于此背景，利用生物固化速率緩慢的優(yōu)勢(shì)，配合定時(shí)的機(jī)械攪拌，進(jìn)而使得顆粒表面獲取指定均勻厚度鍍層的制樣工藝成為改良磁敏性模擬月壤的優(yōu)選方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于生物固化技術(shù)的磁敏性模擬月壤的制備方法，該方法制備的月壤中磁致粒間引力小、可用于模擬不同重力場(chǎng)環(huán)境中磁敏性模擬月壤力學(xué)特性，所得的模擬月壤可用于真實(shí)月球表面重力環(huán)境中土體特性研究。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于生物固化技術(shù)的磁敏性模擬月壤的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，選取火山灰，磁粉，碳酸氫銨作原料，采用高溫?zé)Y(jié)和動(dòng)力破碎方式獲得帶磁性的土顆粒；

步驟2，將步驟1制備的帶磁性的土顆粒置于堿性溶液中浸泡，清洗至pH值為中性后，低溫烘干備用；

步驟3，配制固化反應(yīng)粘結(jié)液，溶質(zhì)包括NH₄CI，NaHCO₃，尿素，CaCl₂?2H₂O，酵母浸粉, 硫酸銨和氫氧化鈉，溶劑為去離子水，盡量避免水中自帶離子對(duì)粘結(jié)液中各離子濃度產(chǎn)生影響；

步驟4，將細(xì)菌溶液和粘結(jié)液混合，倒入生物固化設(shè)備中，并將步驟2中清洗后的帶磁性的土顆粒倒入混合溶液中；

步驟5，啟動(dòng)生物固化設(shè)備的機(jī)械攪拌器控制單元，設(shè)置攪拌時(shí)間和間隔時(shí)間，循環(huán)該過程至生物固化過程結(jié)束；