CN107473254A - 一种球形碳酸钙的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种球形碳酸钙的制备方法,本发明以废蚕丝为原料提取丝素蛋白,然后将丝素蛋白酶解成丝素蛋白酶解液,通过旋蒸和冷冻干燥制备得冻干粉,按重量份数计,将11.1~44.4份氯化钙和4~6份冻干粉加入1000份去离子水中混合均匀,再加入质量分数为15%的碳酸钠溶液得到混合溶液,混合溶液在温度为25~35℃、转速为200~1000rpm的条件下反应10~120min,得到浆液;将浆液以2000~3000rpm的转速离心3~5min,离心得到的沉淀在40℃下真空干燥6小时,最后得到球形碳酸钙。本发明具有生产成本低和产品得率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域,具体涉及一种球形碳酸钙的制备方法。
背景技术
碳酸钙作为重要的工业矿物原料,在橡胶、涂料、造纸、油墨、医药、化妆品等众多行业都有着十分广泛的应用。就目前文献所报道可知,现已开发出的碳酸钙形貌有:纺锤形、立方形、纤维状、球形、锁链形、花瓣状、片状、蘑菇云状、针状等。而作为一种重要的无机化工材料,不同形貌的碳酸钙也在不同的工业领域有着广泛应用。其中球形碳酸钙具有良好的分散性和耐磨性,添加了球形碳酸钙作为填料的牙膏、油墨、涂料等工业产品在光泽性、透明性和干燥性等性能方面都有着明显的提升。
制备球性碳酸钙需在反应过程中加入合适的晶型控制剂,就目前报道的晶型控制剂主要包括无机质类和有机质类。两者相较,有机晶型控制剂所制备得到的球性碳酸钙形貌更均一,但现有的有机晶型控制剂多是单一高纯度的氨基酸或蛋白质等,晶型控制剂的提纯难度大,成本较高。因此,寻找一种成本低且得率高的新型晶型控制剂具有重大的价值。
发明内容
本发明提供一种球性碳酸钙的制备方法,以废蚕丝脱胶处理后的丝素蛋白酶解液为晶型控制剂,在适宜反应温度和搅拌速率下,使丝素蛋白酶解液与氯化钙混合溶液与碳酸钠溶液充分接触反应,最终得到球性碳酸钙,本发明具有生产成本低和产品得率高的优点。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种球形碳酸钙的制备方法,包括以下步骤:
S1.将废蚕丝除杂、脱胶、洗净、干燥得到脱胶丝素,用质量分数为35~45%的氯化钙溶液溶解脱胶丝素并过滤得到丝素蛋白溶液,将丝素蛋白溶液透析除去氯化钙,然后用酶将丝素蛋白酶解,得到丝素蛋白酶解液,采用10000Da超滤膜收集分子量为579~10000Da的渗透液,渗透液在温度为50~65℃,压强为170~190Pa的条件下旋蒸浓缩,然后在温度为-50~-60℃、压强为40~60Pa的条件下真空冷冻干燥72h,得到冻干粉;
S2.按重量份数计,将11.1~44.4份氯化钙和1~4份冻干粉加入1000份去离子水中混合均匀,再加入质量分数为15%的碳酸钠溶液得到混合溶液,混合溶液在温度为25~35℃、转速为200~1000rpm的条件下反应10~120min,得到浆液;
S3.将浆液以2000~3000rpm的转速离心3~5min,离心得到的沉淀在40℃下真空干燥6小时,最后得到球形碳酸钙。
进一步地,所述步骤S1中用以酶解丝素蛋白的酶为丝氨酸蛋白酶、沙雷肽酶、木瓜蛋白酶中的任何一种。
进一步地,所述步骤S1中酶解温度为40~60℃。
进一步地,所述步骤S1中酶与丝素蛋白的质量比为1~8:100。
进一步地,所述步骤S1中酶解时间为1~4h。
进一步地,所述步骤S2中氯化钙与碳酸钠的摩尔比为1:1。
本发明的有益效果:
现在工业上有很多的废蚕丝,本发明以废蚕丝为原料,从工业废蚕丝中提取丝素蛋白制备晶型控制剂,提取的工艺简单,而且原料廉价,生产成本低,适于工业化生产,本发明制备的球形碳酸钙粒径为0.8μm~5μm。
类丝素蛋白在贝壳珍珠层形成过程中起着至关重要的调控作用,但存在提取困难的缺点,本发明根据生物体内类丝素蛋白生物矿化的原理,利用结构、性质与类丝素蛋白相似的丝素蛋白为原料,以丝素蛋白酶解液为晶型调控剂制备球形碳酸钙,丝素蛋白提取简单,本发明通过酶解丝素蛋白,克服了丝素蛋白作为生物大分子,在反应调控中存在可提供的结合位点较少的问题,解决了传统的化学方法制备球形碳酸钙存在反应条件不易控制,产率不高,成本高等缺点。在缩减制备碳酸钙的成本和保持产业优势等方面都有着重大意义,适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明制得的球性碳酸钙的4.3k倍扫描电镜照片;
图2为本发明制得的球性碳酸钙的7.6k倍扫描电镜照片;
图3为本发明制得的球性碳酸钙的12k倍扫描电镜照片;
图4为丝素蛋白酶解液分子量的凝胶色谱图。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明,通过以下实例加以说明,这些实例属于本发明的保护范围,但不限制本发明的保护范围。
实施例1
一种球形碳酸钙的制备方法,包括以下步骤:
S1.将废蚕丝除杂、脱胶、洗净、干燥得到脱胶丝素,用质量分数为35%的氯化钙溶液溶解脱胶丝素并过滤得到丝素蛋白溶液,将丝素蛋白溶液透析除去氯化钙,然后用丝氨酸蛋白酶在40℃下将丝素蛋白酶解2.5h,丝氨酸蛋白酶与丝素蛋白的质量比为8:100,得到丝素蛋白酶解液,采用10000Da超滤膜收集分子量为579~10000Da的渗透液,渗透液在温度为50℃,压强为190Pa的条件下旋蒸浓缩,然后在温度为-50℃、压强为60Pa的条件下真空冷冻干燥72h,得到冻干粉;
S2.按重量份数计,将44.1份氯化钙和5份冻干粉加入1000份去离子水中混合均匀,再加入质量分数为15%的碳酸钠溶液得到混合溶液,混合溶液在温度为30℃、转速为1000rpm的条件下反应10min,得到浆液;
S3.将浆液以2000rpm的转速离心3min,离心得到的沉淀在40℃下真空干燥6小时,最后得到球形碳酸钙。
所述步骤S2中氯化钙与碳酸钠的摩尔比为1:1。
实施例2
S1.将废蚕丝除杂、脱胶、洗净、干燥得到脱胶丝素,用质量分数为45%的氯化钙溶液溶解脱胶丝素并过滤得到丝素蛋白溶液,将丝素蛋白溶液透析除去氯化钙,然后用沙雷肽酶在50℃下将丝素蛋白酶解4h,得到丝素蛋白酶解液,沙雷肽酶与丝素蛋白的质量比为1:100,采用10000Da超滤膜收集分子量为579~10000Da的渗透液,渗透液在温度为65℃,压强为170Pa的条件下旋蒸浓缩,然后在温度为-55℃、压强为50Pa的条件下真空冷冻干燥72h,得到冻干粉;
S2.按重量份数计,将11.1份氯化钙和4份冻干粉加入1000份去离子水中混合均匀,再加入质量分数为15%的碳酸钠溶液得到混合溶液,混合溶液在温度为25℃、转速为200rpm的条件下反应60min,得到浆液;
S3.将浆液以2500rpm的转速离心4min,离心得到的沉淀在40℃下真空干燥6小时,最后得到球形碳酸钙。
所述步骤S2中氯化钙与碳酸钠的摩尔比为1:1。
实施例3
S1.将废蚕丝除杂、脱胶、洗净、干燥得到脱胶丝素,用质量分数为40%的氯化钙溶液溶解脱胶丝素并过滤得到丝素蛋白溶液,将丝素蛋白溶液透析除去氯化钙,然后用木瓜蛋白酶在60℃将丝素蛋白酶解1h,得到丝素蛋白酶解液,木瓜蛋白酶与丝素蛋白的质量比为6:100,采用10000Da超滤膜收集分子量为579~10000Da的渗透液,渗透液在温度为60℃,压强为180Pa的条件下旋蒸浓缩,然后在温度为-60℃、压强为40Pa的条件下真空冷冻干燥72h,得到冻干粉;
S2.按重量份数计,将33.3份氯化钙和6份冻干粉加入1000份去离子水中混合均匀,再加入质量分数为15%的碳酸钠溶液得到混合溶液,混合溶液在温度为35℃、转速为600rpm的条件下反应120min,得到浆液;
S3.将浆液以3000rpm的转速离心5min,离心得到的沉淀在40℃下真空干燥6小时,最后得到球形碳酸钙。
所述步骤S2中氯化钙与碳酸钠的摩尔比为1:1。
实施例4
S1.将废蚕丝除杂、脱胶、洗净、干燥得到脱胶丝素,用质量分数为40%的氯化钙溶液溶解脱胶丝素并过滤得到丝素蛋白溶液,将丝素蛋白溶液透析除去氯化钙,然后用丝氨酸蛋白酶在60℃下将丝素蛋白酶解2h,得到丝素蛋白酶解液,丝氨酸蛋白酶与丝素蛋白的质量比为6:100采用10000Da超滤膜收集分子量为579~10000Da的渗透液,渗透液在温度为60℃,压强为187Pa的条件下旋蒸浓缩,然后在温度为-57℃、压强为50Pa的条件下真空冷冻干燥72h,得到冻干粉;
S2.按重量份数计,将44.4份氯化钙和5份冻干粉加入1000份去离子水中混合均匀,再加入质量分数为15%的碳酸钠溶液得到混合溶液,混合溶液在温度为35℃、转速为600rpm的条件下反应30min,得到浆液;
S3.将浆液以2200rpm的转速离心3min,离心得到的沉淀在40℃下真空干燥6小时,最后得到球形碳酸钙。
所述步骤S2中氯化钙与碳酸钠的摩尔比为1:1。
实施例5
S1.将废蚕丝除杂、脱胶、洗净、干燥得到脱胶丝素,用质量分数为40%的氯化钙溶液溶解脱胶丝素并过滤得到丝素蛋白溶液,将丝素蛋白溶液透析除去氯化钙,然后用木瓜蛋白酶在55℃将丝素蛋白酶解1.5h,得到丝素蛋白酶解液,木瓜蛋白酶与丝素蛋白的质量比为8:100,采用10000Da超滤膜收集分子量为579~10000Da的渗透液,渗透液在温度为60℃,压强为187Pa的条件下旋蒸浓缩,然后在温度为-57℃、压强为50Pa的条件下真空冷冻干燥72h,得到冻干粉;
S2.按重量份数计,将44.4份氯化钙和5份冻干粉加入1000份去离子水中混合均匀,再加入质量分数为15%的碳酸钠溶液得到混合溶液,混合溶液在温度为30℃、转速为800rpm的条件下反应30min,得到浆液;
S3.将浆液以2000rpm的转速离心3min,离心得到的沉淀在40℃下真空干燥6小时,最后得到球形碳酸钙。
所述步骤S2中氯化钙与碳酸钠的摩尔比为1:1。
本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种球形碳酸钙的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.将废蚕丝除杂、脱胶、洗净、干燥得到脱胶丝素,用质量分数为35~45%的氯化钙溶液溶解脱胶丝素并过滤得到丝素蛋白溶液,将丝素蛋白溶液透析除去氯化钙,然后用酶将丝素蛋白酶解,得到丝素蛋白酶解液,采用10000Da超滤膜收集分子量为579~10000Da的渗透液,渗透液在温度为50~65℃,压强为170~190Pa的条件下旋蒸浓缩,然后在温度为-50~-60℃、压强为40~60Pa的条件下真空冷冻干燥72h,得到冻干粉;
S2.按重量份数计,将11.1~44.4份氯化钙和4~6份冻干粉加入1000份去离子水中混合均匀,再加入质量分数为15%的碳酸钠溶液得到混合溶液,混合溶液在温度为25~35℃、转速为200~1000rpm的条件下反应10~120min,得到浆液;
S3.将浆液以2000~3000rpm的转速离心3~5min,离心得到的沉淀在40℃下真空干燥6小时,最后得到球形碳酸钙。
2.根据权利要求1所述球形碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中用以酶解丝素蛋白的酶为丝氨酸蛋白酶、沙雷肽酶、木瓜蛋白酶中的任何一种。
3.根据权利要求1所述球形碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中酶解温度为40~60℃。
4.根据权利要求1所述球形碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中酶与丝素蛋白的质量比为1~8:100。
5.根据权利要求1所述球形碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中酶解时间为1~4h。
6.根据权利要求1所述球形碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中氯化钙与碳酸钠的摩尔比为1:1。
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