聚天冬氨酸与镁离子复合调控碳酸钙沉淀过程研究

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特殊形貌和粒径大小是影响碳酸钙材料工业性能的关键,仿生合成法是制备新型碳酸钙材料的有效方法。聚天冬氨酸(PASP)能够有效调控球霰石的生成,Mg2+是经典的文石诱导剂,二者均为对环境无毒无害的环境友好型调控剂。本文采用PASP与Mg2+构成复合调控体系,研究碳酸钙的沉淀过程,确定PASP和Mg2+复合调控碳酸钙的最佳条件,利用X-射线衍射、傅立叶变换红外光谱、扫描电子显微镜等方法对碳酸钙样品进行表征分析,考察各种反应条件对复合体系中沉淀碳酸钙的晶型、形貌及粒径大小的影响规律,得到了小粒径球形方解石碳酸钙及球形(放射形)文石碳酸钙的调控方法,分析PASP与Mg2+对碳酸钙晶型、形貌的复合调控机理。(1)PASP浓度为2.5mg/mL时,碳酸钙样品中球霰石含量达到90.52%。当镁钙离子摩尔浓度比(Mg2+/Ca2+)在0.01-0.09递增,方解石含量由4.38%增至45.41%;随着Mg2+/Ca2+在0.1-2.2范围内递增,方解石结晶度减小,形貌从棱角由细小颗粒物吸附的立方菱面体向球形转变,粒径由6.5μm减小到1μm。升高温度有利于球形方解石的生成,形貌由类球状向球形转变;反应时间延长至40min,碳酸钙形貌由多台阶的立方菱面体向规则球形转变。(2)当Mg2+/Ca2+为2时,文石晶型含量达到91.20%。随着PASP浓度由0.01mol/L增至0.20mol/L,文石晶型含量由96.74%降低至26.67%,形貌由针状向椭球形(放射形)转变,粒径减小至1μm;Ca2+浓度在0.01-0.15mol/L范围内递增,文石晶型含量降低,针状形貌团聚减弱;温度升高有利于文石生成,形貌由针状团聚的类椭球向球形转变。(3)在75℃,Mg2+/Ca2+为2、反应40min条件下可控合成球状方解石型碳酸钙,粒径降至最小为1μm;在75℃,PASP浓度为0.15mg/m L、Ca2+浓度达到0.02mol/L条件下可控形成球形(放射形)文石型碳酸钙,粒径降至1μm。(4)Mg2+进入晶体表面取代Ca2+进行晶格占位,导致晶格扭曲,同时PASP的-COO-基团吸附在方解石特定晶面,抑制晶面生长,同时PASP与Mg2+互为杂质干扰部分碳酸钙成核而形成无定形碳酸钙,小颗粒吸附在碳酸钙特定表面形成球形形貌碳酸钙;文石以分裂方式生长,PASP通过-COO-吸附于文石晶粒特定表面,抑制分裂成的针状生长,控制碳酸钙颗粒粒径更小,形成球形(放射形)形貌。
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