十二烷基苯磺酸钠模板调控下碳酸钙结晶行为研究

发布时间：2020-04-27 14:32

【摘要】：晶体是自然界生物体和地质体系的重要组成部分,晶体不仅拥有美丽的外表,还具有重要的工业用途。CaCO_3在晶体研究中占有非常重要的地位,是自然界最为丰硕的矿物之一,CaCO_3生产以及合成工艺简单并且具有高度的稳定性等特点成为了国内外研讨的热点,在多个领域均取得了广泛的应用研究。CaCO_3晶体的生长机制、晶相晶型的调控以及形貌和生长取向具有重要的研究意义和工业价值。本文利用CaCl_2和(NH_4)_2CO_3为原料,采用气体扩散法制备了CaCO_3颗粒。并选用SDBS(十二烷基苯磺酸钠)作为模板剂,研究溶液中不同浓度SDBS对CaCO_3结晶行为及形貌特征的影响。采用SEM、XRD、FT-IR等表征手段对所制备的CaCO_3样品形貌、结晶特征等进行了表征。结果显示,当溶液中不添加SDBS时,CaCO_3样品主要为方解石型晶体,呈现规则菱形六面体形貌;当溶液中添加SDBS时,CaCO_3样品主要以球霰石型晶体存在,呈现球形形貌特征。通过在溶液中添加SDBS可以改变CaCO_3的结晶特征和形貌特征。添加SDBS超过CMC(临界胶束浓度)时,SDBS在溶液中形成胶束,由于正负电荷相互作用吸引Ca~(2+)向球形胶束表面富集,在CO_3~(2-)达到过饱和后生成碳酸钙。SDBS在CaCO_3生长过程中起到了模板作用,吸附在颗粒表面抑制方解石沿(001)面成核,从而诱导球霰石优先形成,生成的球状CaCO_3颗粒粒径均匀,分散性好。这说明在溶液中添加SDBS可以改变CaCO_3的结晶生长方式。随着溶液中SDBS浓度增加,所生成的CaCO_3样品中球霰石型晶体相对含量逐渐增加。当SDBS浓度为1.2×10~(-3) mol·L~(-1)时,样品中几乎全部为球霰石型晶体。继续增加溶液中SDBS浓度,由于胶束形态改变和稳定性变差,样品中亚稳态的球霰石型晶体向稳定的方解石型晶体转变,球霰石型晶体相对含量逐渐减少,并呈现花形、六边形和纺锤形等多种形貌特征。综上所述,本文探讨了CaCO_3晶体生长的规律以及晶体类型,研究了SDBS作为模板调控下球状CaCO_3的结晶生长机理,为制备出优质的CaCO_3产品提供了指导,为CaCO_3的工艺发展提供了新的思路。
【图文】：

表面活性剂,活性剂,非极性基团,构成表

这种制备碳酸钙的方法在常温常压下即可进行，结晶过程易于观单可控，目前已经是实验室结晶研究的理想手段之一[40-41]。.3 表面活性剂模板.3.1 表面活性剂的结构表面活性剂应用广泛，不同结构的表面活性剂具备不同的性能和用途。因面活性剂一直得到广泛的关注[42-43]。在表（界）面上的吸附和在溶液内部的是表面活性剂最根本的性质，吸附和自聚这两个性质使表面活性剂拥有极其的能力。如图 1.1 所示，非极性基团和极性基团是组成表面活性剂分子的两团。烃链通常构成表面活性剂分子非极性基团的部分，非离子或两性也可以子（阳离子/阴离子）通常构成表面活性剂分子极性的部分[44-45]。

形貌,表面取向,表面活性剂,分子

体生长的调节剂，它起到了很好的调节 CaCO3形貌生长，，结晶聚集的作用，是制备 CaCO3的理想调节剂[47-48]。例如胶束[49]、反胶束[50]、微乳液[51]等，它们可有效调控材料的晶型和形貌。X.F.Zhan[52]等使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为添加剂，采用复分解反应法，制备得到了新颖形貌的海胆状文石相碳酸钙。1.3.2 表面活性剂在界面上的吸附吸附是指物质在界面上富集。由于表面活性剂分子由极性基团部分与非极性基团共同组成，这种两亲特性使表面活性剂分子相对于其他分子更易在界面上发生富集而定向排列吸附在界面体系上。如图 1.2 所示，从表面活性剂的极性基团部分与非极性基团结构来看，吸附在体系界面的表面活性剂分子，憎水基朝向空中，亲水基朝向水下。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O614.231

【参考文献】