仿生碳酸钙的蛋清模板法制备及其吸附性能研究
本文选题:仿生合成 + 碳酸钙 ; 参考:《西南科技大学》2017年硕士论文
【摘要】:随着生物矿化研究的逐渐深入,人们已经意识到有机基质和无机金属离子对矿化产物的形貌和结构的关键性的影响,并在这方面开展了大量卓有成效的工作。但是,还存在现有的仿生矿化方法与天然的生物矿化过程差距较大、目前已经研究金属离子种类非常有限、仿生矿化与实际应用脱节等不足。本文针对以上问题,以Ca CO_3为仿生合成的研究对象,通过蛋清蛋白的模板作用,较为系统地开展了蛋清泡沫模板气-液界面组装的方法研究、Sr~(2+)和Cs~+与Ca CO_3仿生矿化过程相互作用关系的应用研究。本论文研究成果是对现有仿生矿化方法的有益补充,丰富了生物矿化机理,同时还为处理低放废水提供了新思路。主要研究内容如下:(1)以蛋清蛋白泡沫为有机模版,通过气体扩散法仿生制备出亚微米级均匀球形Ca CO_3,考察了鸡蛋清和Ca Cl2溶液的体积比及Ca~(2+)浓度对Ca CO_3形貌和晶型的影响,并研究了Ca CO_3对Sr~(2+)的吸附性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、比表面分析仪(BET)等对Ca CO_3的形貌、晶型、比表面积等进行了表征。结果显示,鸡蛋清和Ca Cl2溶液的体积比为2:1时,蛋清泡沫的稳定性最好。Ca~(2+)浓度为1 mol/L时,形成尺寸均匀的纯球霰石。Ca CO_3对Sr~(2+)吸附36 h后,达到其饱和吸附量(51.36 mg/g)。另外,从机理上分析了Ca CO_3的矿化生长和吸附。(2)以蛋清蛋白为有机模板,分别加入Sr~(2+)、Cs~+,利用气体扩散法和直接沉淀法仿生制备Ca CO_3,探究了Sr~(2+)、Cs~+对Ca CO_3形貌和晶型的影响,以及Sr~(2+)浓度、不完全直接沉淀、Cs~+浓度和矿化时间对吸附率的影响。采用SEM、XRD、FT-IR等对Ca CO_3矿化产物进行了表征。结果显示,Sr~(2+)只有在和蛋清蛋白共同作用下才有利于针状文石Ca CO_3的生成。矿化过程对Sr~(2+)的吸附率随Sr~(2+)浓度的增大而增大,且在Sr~(2+)浓度为100 mg/L时达到最大。直接沉淀法对Sr~(2+)的吸附率明显大于气体扩散法。在蛋清蛋白作用下,低浓度Cs~+有利于球霰石的生成、高浓度Cs~+有利于方解石的生成。矿化过程对Cs~+的吸附率随Cs~+浓度的增大先增大后下降,随矿化时间的增加而降低。
[Abstract]:With the further study of biomineralization, people have realized the critical influence of organic matrix and inorganic metal ions on the morphology and structure of mineralized products, and have carried out a lot of fruitful work in this field. However, there is still a big gap between the existing biomimetic mineralization methods and the natural biomineralization process. At present, the study of metal ion species is very limited, and the biomimetic mineralization is disjointed with the practical application. In order to solve the above problems, Ca CO_3 was taken as the research object of biomimetic synthesis, and the template of egg white protein was used. A systematic study on the gas-liquid interface assembly of egg white foam formwork was carried out. The interaction between CS2 and Ca CO_3 biomimetic mineralization process was studied. The research results of this paper are a useful supplement to the existing biomimetic mineralization methods, enrich the biomineralization mechanism, and provide a new idea for the treatment of low level waste water. The main contents of this study are as follows: (1) using egg white protein foam as organic template, homogeneous spherical Ca CO3 with submicron size was prepared by gas diffusion method. The effects of the volume ratio of egg white and Ca Cl2 solution and the concentration of Ca~(2) on the morphology and crystal form of Ca CO_3 were investigated. The adsorption properties of Ca CO_3 for Sr~(2) were studied. The morphology, crystal form and specific surface area of Ca CO_3 were characterized by scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared spectrometer (FTIR), high resolution transmission electron microscope (TEM) and specific surface analyzer (BET). The results showed that when the volume ratio of egg white to Ca Cl2 solution was 2:1, the stability of egg white foam was the best when the concentration was 1 mol/L. After 36 h of adsorption of Sr~(2 to Sr~(2, the saturated adsorption capacity was 51.36 mg / g / g. In addition, the mineralized growth and adsorption of Ca CO_3 were analyzed. The effect of Sr~(2 Cs3 on the morphology and crystal form of Ca CO_3 was investigated by bionic preparation of Ca CO3 by gas diffusion method and direct precipitation method with egg white protein as organic template. The effects of concentration of Sr~(2, concentration of Cs~ and mineralization time on adsorption rate were investigated. The mineralized products of Ca CO_3 were characterized by SEMN XRDX FT-IR and so on. The results showed that the formation of Ca CO_3 in acicular aragonite was facilitated only by the interaction with egg white protein. The adsorption rate of Sr~(2 increased with the increase of Sr~(2 concentration, and reached the maximum when the concentration of Sr~(2) was 100 mg/L. The adsorption rate of Sr~(2 by direct precipitation method is obviously higher than that by gas diffusion method. Under the action of egg white protein, low concentration of CS- ~ is beneficial to the formation of vaterite, and high concentration of CS- ~ is beneficial to the formation of calcite. The adsorption rate of CS ~ in the mineralization process increases first and then decreases with the increase of the concentration of CS ~, and decreases with the increase of the mineralization time.
【学位授予单位】:西南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB391;O647.3
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,本文编号:1802971
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