机械化学法制备碳酸钙及其反应机理研究

发布时间：2020-07-04 13:47

【摘要】：机械化学法是制备新材料的一种方法,一直是研究的热点。本论文通过干、湿机械化学法制备了碳酸钙(CaCO_3)微粉,并研究了影响CaCO_3晶型和形貌的因素,同时探索了醇钙法制备CaCO_3,并探讨了其形成机理。论文首先在干机械化学法(氯化钙(CaCl_2)和碳酸钠(Na_2CO_3)固体粉末为原料)的条件下,研究了球磨时间、球磨转速、球料比、磨球质量和三种添加剂(六偏磷酸钠(SHMP)、十二烷基磺酸钠(SDSN)、六水硝酸镍(Ni(NO_3)_2·6H_2O))对CaCO_3晶型和形貌的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对CaCO_3的晶型和形貌进行了分析和观察。结果表明,提高球磨转速、增加球料比、延长球磨时间和降低磨球质量,均有利于菱方状方解石的形成。SHMP和SDSN均能促进球状球霰石的生成。Ni(NO_3)_2·6H_2O能显著改变CaCO_3的晶体类型,除了球霰石和方解相,还可以得到文石相。论文接着对醇钙法(以CaCl_2的醇溶液和Na_2CO_3的水溶液为原料)制备CaCO_3进行了探索,研究了三种醇体系(乙醇、乙二醇和丙三醇)中陈化时间和反应温度对CaCO_3晶型和形貌的影响,采用XRD、SEM和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对CaCO_3的晶型和形貌进行了分析和观察。结果表明,三种醇体系在常温下均能得到球霰石和方解石两相的混合物。延长陈化时间,球霰石的含量均降低。提高反应温度,乙醇体系中球状球霰石含量降低,但是没有文石生成;乙二醇和丙三醇体系中纺锤状和球状球霰石含量均降低,分别在80℃和60℃开始生成文石。论文最后以醇钙法为基础,以乙二醇为溶剂,利用湿机械化学法(CaCl_2的乙二醇溶液和Na_2CO_3固体粉末为原料)制备了CaCO_3,研究了乙二醇钙溶液浓度、球磨时间和球磨转速对CaCO_3晶体类型和颗粒形貌的影响,采用XRD、SEM和TEM对CaCO_3的晶体类型和颗粒形貌进行了分析和观察。结果表明,产物由球霰石(纺锤状、花状和球状)和菱方状方解石两相组成。增加乙二醇钙溶液的浓度,球霰石相的含量先上升后下降,而延长球磨时间和增加球磨转速,球霰石相的含量均下降。论文采用干、湿机械化学法均成功制备出了CaCO_3,并对CaCO_3晶型、形貌和反应机理进行了研究,为CaCO_3的机械化学法制备提供了理论依据;同时对醇钙法合成CaCO_3的研究,为球霰石的制备开拓了新的途径,并提供了理论依据。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ132.32
【图文】：

中空球,玫瑰花状,雪花,树叶

墨、橡胶、塑料、生活用品和生物医药学等领域得到大规模的使用。以球霰石相CaCO3为例，球霰石的高比表面积和优异的分散性等独特的性质, 不仅能够显著提高填充的性能，而且对制品的流动性能、物理和印刷性能起到一定的改善作用[3]。由于具有生物惰性以及独特的机械、物理和化学性能，沉淀球霰石微颗粒广泛应用于个人护理产品（如牙膏、防晒霜、除臭剂、润唇膏和指甲油），从而改善产品的流变学、物理强度和视觉效果。球霰石和其他钙基无机纳米材料广泛用于骨水泥、种植牙齿和支架的再生医学和组织工程领域[15]。比聚合物更好的机械强度使得球霰石掺杂的种植物有望增强骨和牙齿组织[15]。另外，高孔隙率的球霰石颗粒已经在药物领域广泛地应用于各种药物的载体[16,17]，球霰石的表面结构特征为其吸附各种各样的生物分子提供了机会。研究球霰石相 CaCO3形成和稳定的因素，对于传统行业以及新型的再生医学、药物输送等领域都具有学术价值和实际意义。图 1.1 不同形貌的 CaCO3样品的 SEM 图: (a) 莲台状; (b) 花椰菜状; (c) 玫瑰花状; (d) 雪花状;(e) 树叶状; (f) 中空球状Fig. 1.1 SEM images of CaCO3with different morphologies: (a) lotus-shaped; (b) cauliflower-shaped;(c) rosette-shaped; (d) snowflake-liked; (e) leaves-shaped; (f) hollow spherical

SEM图,球霰石,体积比例,乙二醇

解石为主的 CaCO3，而 NH3的扩散速率较快（其浓度高于 0.02 M）时，得到以球霰石为主的 CaCO3。同时，陈化时间从 1 h 逐渐延长到 16 h，球霰石的形貌从规则的球状逐渐变为不规则的花状，最后完全变为规则的花状。汪小红等[38]借助超声波，通过混合 CaCl2的乙二醇（EG）与水的混合溶液和 Na2CO3的水溶液，得到形貌规整的荔枝状球霰石（图 1.2）。结果表明，增加乙二醇在混合溶液中的比例（从10%到 40%），球霰石的相对含量及形貌结构均变化不大，而将超声的时间从 1 min延长到 5 min，则利于方解石的形成，球霰石的比例极速降低。(a) (b) (c)

【参考文献】