聚天冬氨酸与镁离子复合调控碳酸钙沉淀过程研究

发布时间：2017-07-07 08:11

  本文关键词：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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【摘要】：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,Mg~(2+)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Mg~(2+)构成复合调控体系,研究碳酸钙的沉淀过程,确定PASP和Mg~(2+)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Mg~(2+)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(Mg~(2+)/Ca~(2+))在0.01-0.09递增,方解石含量由4.38%增至45.41%;随着Mg~(2+)/Ca~(2+)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Mg~(2+)/Ca~(2+)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;Ca~(2+)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℃,Mg~(2+)/Ca~(2+)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、Ca~(2+)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)Mg~(2+)进入晶体表面取代Ca~(2+)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Mg~(2+)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。
【关键词】：聚天冬氨酸 镁离子 碳酸钙 仿生合成 方解石 文石
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.32
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 碳酸钙及其工业应用11-16
• 1.1.1 碳酸钙生物矿物及仿生矿化必要性11-12
• 1.1.2 碳酸钙及其工业应用12-14
• 1.1.3 碳酸钙仿生合成方法14-16
• 1.2 碳酸钙结构及晶体生长理论16-20
• 1.2.1 碳酸钙晶体结构16-17
• 1.2.2 碳酸钙晶体生长理论17-18
• 1.2.3 仿生矿化基本理论18-20
• 1.3 碳酸钙仿生矿化研究进展20-24
• 1.3.1 生物大分子对碳酸钙晶体的调控作用20-21
• 1.3.2 合成大分子聚合物对碳酸钙晶体的调控作用21-22
• 1.3.3 有机小分子对碳酸钙晶体的调控作用22-23
• 1.3.4 无机离子对碳酸钙晶体的调控作用23-24
• 1.3.5 复合体系对碳酸钙晶体的调控作用24
• 1.4 论文研究的目的、意义和内容24-27
• 1.4.1 论文研究的目的及意义24-25
• 1.4.2 论文研究内容25-27
• 第2章 实验材料及实验方法27-31
• 2.1 实验试剂及实验设备27-28
• 2.1.1 实验药品与材料27
• 2.1.2 实验设备27-28
• 2.2 聚天冬氨酸的合成28-29
• 2.3 碳酸钙晶体的制备29
• 2.3.1 Mg~(2+)存在的PASP体系29
• 2.3.2 PASP存在的Mg~(2+)体系29
• 2.3.3 碳酸钙晶体的制备29
• 2.4 碳酸钙样品测试与表征29-31
• 2.4.1 X-射线衍射29
• 2.4.2 扫描电子显微镜29-30
• 2.4.3 傅里叶红外光谱30
• 2.4.4 碳酸钙样品中球霰石晶型含量计算30
• 2.4.5 碳酸钙样品中文石晶型含量计算30-31
• 第3章 PASP溶液中Mg~(2+)调控碳酸钙沉淀过程研究31-48
• 3.1 PASP溶液的确定31-35
• 3.1.1 PASP浓度对碳酸钙晶型的影响31-33
• 3.1.2 PASP浓度对碳酸钙晶型含量的影响33-34
• 3.1.3 PASP浓度对碳酸钙形貌的影响34-35
• 3.2 Mg~(2+)/ Ca~(2+)对碳酸钙矿化过程的影响35-41
• 3.2.1 Mg~(2+)/ Ca~(2+)对碳酸钙晶型的影响36-38
• 3.2.2 Mg~(2+)/ Ca~(2+)对碳酸钙晶型含量的影响38
• 3.2.3 Mg~(2+)/ Ca~(2+)对碳酸钙形貌的影响38-41
• 3.3 温度对碳酸钙矿化过程的影响41-44
• 3.3.1 温度对碳酸钙晶型的影响41-43
• 3.3.2 温度对碳酸钙形貌的影响43-44
• 3.4 反应时间对碳酸钙矿化过程的影响44-47
• 3.4.1 反应时间对碳酸钙晶型的影响45-46
• 3.4.2 反应时间对碳酸钙形貌的影响46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 Mg~(2+)溶液中PASP调控碳酸钙沉淀过程研究48-65
• 4.1 Mg~(2+)溶液的确定48-52
• 4.1.1 Mg~(2+)/ Ca~(2+)对碳酸钙晶型的影响48-49
• 4.1.2 Mg~(2+)/ Ca~(2+)对碳酸钙晶型含量的影响49-50
• 4.1.3 Mg~(2+)/ Ca~(2+)对碳酸钙形貌的影响50-52
• 4.2 PASP浓度对于碳酸钙仿生矿化的影响52-56
• 4.2.1 PASP浓度对于碳酸钙晶型的影响52-53
• 4.2.2 PASP浓度对于碳酸钙晶型含量的影响53-54
• 4.2.3 PASP浓度对于碳酸钙形貌的影响54-56
• 4.3 Ca~(2+)浓度对碳酸钙矿化过程的影响56-59
• 4.3.1 Ca~(2+)浓度对碳酸钙晶型的影响56-57
• 4.3.2 Ca~(2+)溶液浓度对碳酸钙晶型含量的影响57-58
• 4.3.3 Ca~(2+)溶液浓度对碳酸钙形貌的影响58-59
• 4.4 反应温度对碳酸钙矿化过程的影响59-64
• 4.4.1 反应温度对碳酸钙晶型的影响60-61
• 4.4.2 反应温度对碳酸钙晶型含量的影响61-62
• 4.4.3 反应温度对碳酸钙形貌的影响62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 PASP与Mg~(2+)复合调控碳酸钙矿化机理分析65-76
• 5.1 PASP与Mg~(2+)复合调控方解石型碳酸钙形成机理分析65-67
• 5.2 PASP与Mg~(2+)复合调控文石型碳酸钙形成机理分析67-69
• 5.3 PASP与Mg~(2+)复合调控球形形貌碳酸钙形成的机理分析69-72
• 5.4 PASP与Mg~(2+)复合调控球形（放射形）碳酸钙形成的机理分析72-75
• 5.5 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-86
• 攻读学位期间发表论文86

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