反相微乳液中PASP调控合成纳米球霰石研究

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纳米碳酸钙材料有着优良的性质,在现代工业中被广泛的应用。球霰石碳酸钙具有较好的分散性、较大的比表面积,纳米球霰石的合成将会进一步改善碳酸钙材料的性能。本论文提出采用反相微乳液法以聚天冬氨酸(PASP)作为有机质调控剂合成纳米球霰石碳酸钙。利用XRD、SEM等测试手段对阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和阴离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)分别配制的不同反相微乳液体系中获得的碳酸钙样品进行研究,从而分析得出最适于合成纳米球霰石的反应体系。研究了最佳体系下不同反应时间,观察纳米球霰石的沉淀过程。使用TEM等测试手段对获得的最佳纳米球霰石样品进行结构分析。通过采用FTIR对样品表面成分的研究,结合生物矿化基本原理及所有实验结果,分析了反相微乳液中碳酸钙沉淀过程。(1)CTAB反相微乳液体系中,当反应物浓度为0.10.5mol/L时,球霰石的百分含量均为98%左右;碳酸钙样品的形貌为饼状颗粒,粒径为2μm左右。PASP的加入没有对碳酸钙样品的晶型及球霰石百分含量造成明显的影响。随PASP浓度的增加,碳酸钙样品的形貌的饼状结构的中心处开始生长,当PASP浓度从0.52.5mg/ml,碳酸钙样品由饼状变为梭形结构。(2)AES反相微乳液体系中,当反应物浓度为0.10.5mol/L时,球霰石的百分含量从17%增加到49.4%。此时碳酸钙样品的形貌为纳米颗粒及大块立方体颗粒,团聚现象严重。球霰石的百分含量随PASP浓度的增加而增加,当PASP浓度为2.5mg/ml时,球霰石百分含量达95%,样品形貌为粒径分布更加均匀,分散度更好,粒径为3050nm的球形颗粒。(3)最佳反应时间为2h,样品的形貌变成规则的球形颗粒,结晶度完整,颗粒的粒径30-50nm,样品的分散度较好;反应时间为6h样品中颗粒的粒径明显增大,达到50nm以上,而且颗粒间开始出现轻微的团聚现象。;反应时间为12h样品中颗粒的粒径继续增大,且团聚现象也更为严重。因此最佳反应时间为2h(4)合成纳米球霰石最佳条件为AES反向微乳液中,反应物浓度0.5mol/L、PASP浓度2.5mg/ml、反应时间为2h。最佳条件制得的纳米球霰石颗粒是由粒径30-50nm的球形颗粒堆积而成,并且由于颗粒的堆积造成了颗粒间堆积介孔。样品的比表面积为27.012 m2/g,介孔孔容为0.15 cm3/g,孔径主要分布在4060nm。(5)碳酸钙晶体在PASP有机质调控剂的调控作用下按球霰石晶格参数成核。由于PASP阻止了AES与Ca2+之间的相互作用,从而保护了反相微乳液体系的稳定性,所以最终获得纳米球形球霰石颗粒。
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