CN112591780B - 一种编织状形貌碳酸钙的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种编织状形貌碳酸钙的制备方法。本发明利用氯化钙和碳酸铵为原料，以1‑萘甲酸为诱导剂，采用气相扩散法，在有机相和水相界面实现编织状碳酸钙薄膜的形成制备。

Description

一种编织状形貌碳酸钙的制备方法
技术领域
本发明属于仿生矿化的技术领域，尤其涉及一种基于分子诱导的在有机相和水相界面中实现编织状形貌碳酸钙生长的方法。
技术背景
碳酸钙晶体是生物矿物与地质体系的重要组成部分，碳酸钙晶体的应用领域广泛，且具有重要研究意义和工业应用价值。其高度的稳定性，良好的生物相容性以及其环境友好性，使其成为了研究者关注的热点，并在多个领域进行了应用。碳酸钙具有原料广、价格低、无毒等优点，广泛作为填料代替价格昂贵的合成材料，同时能够提升材料的机械性能。碳酸钙的形貌对其性能具有至关重要的影响。例如作为橡胶添加剂时，不同形貌的纳米碳酸钙的增韧补强作用也不同，通常为链状>针状>球形或立方形。在作为纸张添加剂时，添加纺锤形碳酸钙可以改善纸张的疏松度，但纸张光泽性较差；而添加片状多聚体形态的碳酸钙可以提高纸张的散光系数和疏松度，同时可以提高纸张的松厚度和白度。而作为润滑剂添加剂时，球形的微细碳酸钙，可以起到纳米轴承的作用，使其润滑性能大大提高。从以上应用实例可以看出，同为碳酸钙，但不同的形貌起到了不同的作用，开发具有特定形貌的碳酸钙能进一步促进碳酸钙的应用，减少合成材料的使用，减少材料产生的环境负荷。
发明内容
本发明提供了一种编织状形貌的碳酸钙及其制备方法。本发明利用氯化钙和碳酸铵为原料，以1-萘甲酸为诱导剂，采用气体扩散法，在有机相和水相界面中实现编织状碳酸钙薄的形成。
本发明中所提供的碳酸钙在水相和有机相的界面生长而成，形成层状形式，漂浮于水相与有机相之间。
本发明中的1-萘甲酸控制了在水相和有机相界面生长的碳酸钙薄的形貌，所述层状碳酸钙在扫描电子显微镜下观察，其形貌为编织状。
本发明通过以下技术手段实现所述编织状形貌碳酸钙的制备：
(a)将适量1-萘甲酸溶解于乙酸乙酯中，得到1-萘甲酸的乙酸乙酯溶液；
(b)将钙盐溶解于水中，配置成适量浓度的钙盐水溶液；
(c)将上述所得含1-萘甲酸的乙酸乙酯溶液与钙盐水溶液按一定体积比混合，静置分为两相；
(d)将上述所得的两相体系与足量的碳酸铵固体一同置于容器中，并密封；反应一定时间后，取出在两相界面生成的碳酸钙固体，并依次用水和乙醇洗涤，真空干燥，得到所述的编织状碳酸钙。
本发明与现有技术相比，本发明的效益在于：
1.提供了一种编织状形貌的碳酸钙。
2.提供了编织状形貌的碳酸钙的生长方法，该方法具有操作简便，反应快速的特点。
附图说明
图1.实施例1制备的碳酸钙的XRD图谱；
图2.实施例1的编织状薄层结构的碳酸钙的SEM照片；
图3.实施例2制备的碳酸钙晶体的XRD图谱；
图4.实施例2的编织状薄层结构的碳酸钙的SEM照片；
图5.实施例3制备的碳酸钙晶体的XRD图谱；
图6.实施例3的编织状薄层结构的碳酸钙的SEM照片。
具体实施方式
现在对本发明作进一步描述，但不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
本实施例公开一种基于1-萘甲酸诱导的在水相和有机相两相界面中实现编织状碳酸钙生长的方法，包括以下步骤：
将0.129g(0.75mmol)的固体1-萘甲酸溶于30mL乙酸乙酯，得到含1-萘甲酸的乙酸乙酯溶液。
称取0.555g(5mmol)的无水CaCl2，溶于50mL去离子水中，得到CaCl2的水溶液(100mmol/L)。
室温下将上述两种溶液在烧杯中混合，静置，得到两相体系，水相与有机相的体积比为5：3。
将上述所得两相系统连同烧杯一起置于另外一容器中，并向容器中加入足量碳酸铵，然后将容器密闭，在常温下通过碳酸铵的扩散，进行矿化。
所述碳酸铵分解，释放NH3和CO2气体，进入两相体系。随时间增加，溶液中的碳酸根离子浓度增加，当溶液达到过饱和时，有机相中1-萘甲酸诱导碳酸钙晶体在有机相和水相界面成核，长大，并生长成为编织状的薄层结构。
室温矿化24h后，取出薄层状的碳酸钙晶体。用纯水洗涤3次，再用乙醇洗涤3次。然后在真空干燥箱中干燥60℃下干燥12小时，得到所述的具有编织状形貌的片状碳酸钙。
将得到的产品进行X射线粉末衍射(XRD)，元素分析表征得出其所生长的碳酸钙晶体为方解石与球霰石(图1)。将得到的产品进行扫描电镜(SEM)分析，结果显示所得薄层碳酸钙具有编织状形貌(图2)。
实施例2
将0.0645g(0.4mmol)的固体1-萘甲酸溶于30mL乙酸乙酯中，得到含1-萘甲酸的乙酸乙酯溶液。
称取0.555g(5mmol)的无水CaCl2，溶于50mL去离子水中，得到CaCl2的水溶液(100mmol/L)。
室温下将上述两种溶液在烧杯中混合，静置，得到两相体系，水相与有机相的体积比为5：3。
将上述所得两相系统连同烧杯一起置于另外一容器中，并向容器中加入足量碳酸铵，然后将容器密闭，在常温下通过碳酸铵的扩散，进行矿化。
室温矿化24h后，取出薄层状的碳酸钙晶体。用纯水洗涤3次，再用乙醇洗涤3次。然后在真空干燥箱中干燥60℃下干燥12小时，得到所述的碳酸钙。
将得到的产品进行X射线粉末衍射(XRD)，元素分析表征得出其所生长的碳酸钙晶体为方解石与球霰石(图3)。将得到的产品进行扫描电镜(SEM)分析，见图4。
实施例3
将0.0258g(0.15mmol)的固体1-萘甲酸溶于30ml乙酸乙酯中，得到含1-萘甲酸的乙酸乙酯溶液。
称取0.555g(5mmol)的无水CaCl2，溶于50mL去离子水中，得到CaCl2的水溶液(100mmol/L)。
室温下将上述两种溶液在烧杯中混合，静置，得到两相体系，水相与有机相的体积比为5：3。
将上述所得两相系统连同烧杯一起置于另外一容器中，并向容器中加入足量碳酸铵，然后将容器密闭，在常温下通过碳酸铵的扩散，进行矿化。
室温矿化24h后，取出薄状的碳酸钙晶体。用纯水洗涤3次，再用乙醇洗涤3次。然后在真空干燥箱中干燥60℃下干燥12小时，得到所述的具有编织状形貌的碳酸钙。
将得到的产品进行X射线粉末衍射(XRD)，元素分析表征得出其所生长的碳酸钙晶体为方解石与球霰石(图5)。将得到的产品进行扫描电镜(SEM)分析，结果显示所得薄层碳酸钙具有编织状形貌，同时有少量立方体形貌方解石沉积于表面(图6)。
对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种编织状形貌碳酸钙的制备方法，其特征在于，在诱导剂的存在下通过扩散法实现了一种编制形貌碳酸钙的水相和有机相界面制备，所述的诱导剂为1-萘甲酸，所述的有机相为乙酸乙酯，包括下列步骤：
(a)将1-萘甲酸溶解于乙酸乙酯中，得到含1-萘甲酸的乙酸乙酯溶液；
(b)将钙盐溶解于水中，配置成钙盐水溶液；
(c)将上述所得含1-萘甲酸的乙酸乙酯溶液与钙盐水溶液混合，静置分为两相；
(d)将上述所得的两相体系与碳酸铵固体一同置于容器中，并密封；反应一定时间后，取出在两相界面生成的碳酸钙，并依次用水和乙醇洗涤，真空干燥，得到所述的编织状形貌碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的一种编织状形貌碳酸钙的制备方法，其特征在于，含1-萘甲酸的乙酸乙酯溶液，其1-萘甲酸的摩尔浓度为25mmol/L。
3.根据权利要求2所述的一种编织状形貌碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述钙盐水溶液为CaCl2的水溶液，其钙离子的摩尔浓度为100mmol/L。
4.根据权利要求3所述的一种编织状形貌碳酸钙的制备方法，其特征在于，含1-萘甲酸的乙酸乙酯溶液与钙盐水溶液的体积比为3:5。
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