反相微乳液中PASP调控合成纳米球霰石研究

摘要

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0.1～0.5mol/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0.5～2.5mg/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0.1～0.5mol/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30～50nm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40～60nm。
　　(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。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 纳米碳酸钙与球霰石碳酸钙

1．1．1 碳酸钙应用及晶体结构

1．1．2 纳米碳酸钙的合成方法

1．1．3 球霰石碳酸钙的合成方法

1．2 基本原理

1．2．1 反相微乳液合成纳米碳酸钙的原理

1．2．2 聚天冬氨酸调控合成球霰石的原理

1．3 研究进展

1．3．1 反相微乳液合成纳米碳酸钙研究现状

1．3．2 聚天冬氨酸调控合成球霰石碳酸钙的研究现状

1．4 研究的目的及意义

1．4．1 研究的目的

1．4．2 研究的意义

1．5 设计思路及主要研究内容

1．5．1 设计思路

1．5．2 主要研究内容

第2章 实验材料及实验方法

2．1 实验试剂及实验设备

2．1．1 实验药品及试剂

2．1．2 实验设备

2．2 聚天冬氨酸的合成

2．3 碳酸钙样品的制备

2．3．1 反相微乳液体系的配制

2．3．2 不同控制因素碳酸钙样品的制备

2．4 碳酸钙样品测试与表征

2．4．1 X-射线衍射

2．4．2 扫描电子显微镜

2．4．3 透射电子显微镜

2．4．4 比表面及孔隙度分析

2．4．5 傅里叶红外光谱

2．4．6 碳酸钙样品中球霰石晶型含量计算

第3章 CTAB反相微乳液体系中碳酸钙合成研究

3．1 CTAB反相微乳液中反应物浓度对碳酸钙合成的影响

3．1．1 反应物浓度浓度对碳酸钙晶型的影响

3．1．2 反应物浓度对球霰石晶型含量的影响

3．1．3 反应物浓度对碳酸钙形貌的影响

3．2 CTAB反相微乳液中PASP浓度对碳酸钙合成的影响

3．2．1 PASP浓度对碳酸钙晶型的影响

3．2．2 聚天冬氨酸浓度对球霰石晶型含量的影响

3．2．3 聚天冬氨酸浓度对碳酸钙形貌的影响

3．3 本章小结

第4章 AES反相微乳液体系中碳酸钙合成研究

4．1 AES反相微乳液中反应物浓度对碳酸钙合成的影响

4．1．1 反应物浓度浓度对碳酸钙晶型的影响

4．1．2 反应物浓度对球霰石晶型含量的影响

4．1．3 反应物浓度对碳酸钙形貌的影响

4．2 AES反相微乳液中PASP浓度对碳酸钙合成的影响

4．2．1 PASP浓度对碳酸钙晶型的影响

4．2．2 聚天冬氨酸浓度对球霰石晶型含量的影响

4．2．3 聚天冬氨酸浓度对碳酸钙形貌的影响

4．3 AES反相微乳液反应时间对碳酸钙合成的影响

4．3．1 不同反应时间碳酸钙沉淀的晶型研究

4．3．2 碳酸钙沉淀在不同反应时间的球霰石含量研究

4．3．3 碳酸钙沉淀在不同反应时间的形貌研究

4．4 AES反相微乳液中合成纳米球霰石材料结构研究

4．4．1 纳米球霰石材料结构分析

4．4．2 纳米球霰石材料性能分析

4．5 本章小结

第5章 反相微乳液中碳酸钙沉淀过程分析

5．1 CTAB反相微乳液中碳酸钙沉淀过程分析

5．2 AES反相微乳液中碳酸钙沉淀过程分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢

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