乙醇-水混合溶剂中碳酸钙结晶行为的研究

摘要

在乙醇—水混合溶剂中以CaCl2/Na2CO3反应体系制备CaCO3，通过SEM、XRD等表征手段，研究了混合溶剂对CaCO3的晶型、形貌及陈化过程的影响。结果表明，混合溶剂中更易生成亚稳CaCO3晶型，且混合瞬间CaCO3总浓度([CaCO3]t)和混合溶剂中乙醇的体积分数(rE)越高，亚稳晶型含量越高。混合溶剂对沉淀具有明显的“形貌形成效应”，[CaCO3]t、rE以及Ca2+与CO32-摩尔比(rCa/CO3)的改变均能够显著影响沉淀颗粒的形貌。陈化过程中，亚稳的球霰石在混合溶剂中比在水中稳定，转化为其它晶型的速率更慢，而rCa/CO3的改变能够显著影响晶型转变的速率与途径。本文在分步结晶与聚集式结晶模型的基础上，从体系的微观异质性和离子的溶剂化角度出发，对混合溶剂中CaCO3的结晶与陈化过程进行理论分析。认为Ca2+与CO32-在电荷密度与分布上的差异、水与乙醇在极性上的差异，以及由它们引起的Ca2+与CO32-的区分效应、“隔室化”的微环境和沉淀颗粒的独特表面性质，在分步结晶、聚集—重构结晶及溶解—重结晶过程中发挥着重要调控作用，是混合溶剂对CaCO3的形貌、晶型产生影响的原因所在。对乙二醇—水、乙醚—水、异丙醇—水与四氢呋喃—水混合溶剂中CaCO3结晶行为的研究，支持并补充了理论分析，进一步表明，有机溶剂与水的极性差别必须适中，才能有效地对沉淀产生形貌形成效应。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

§1.1生物矿化与可控合成的提出

1.1.1奇妙的生物矿物组织与生物矿化

1.1.2生物矿物与生物矿化的奥妙以及可控合成的提出

§1.2生物矿化机理研究概述

1.2.1代表性生物矿物组织放射虫贝壳与珍珠的矿化机理

1.2.2生物矿化中的结晶学理论

1.2.3生物矿化过程的调控机理

§1.3无机材料可控合成研究概述

1.3.1以微相分离体系模拟隔室化

1.3.2以有机模板物调控结晶行为

1.3.3引入分步结晶与聚集结晶模型后的新进展

§1.4醇—水混合溶剂在可控合成中的潜在价值

参考文献

第二章实验及表征结果

§2.1引言

§2.2体系中CaCO3总浓度的影响

2.2.1实验部分

2.2.2结果与分析

2.2.3结论

§2.3混合溶剂中乙醇体积分数的影响

2.3.1实验部分

2.3.2结果与分析

2.3.3结论

§2.4 Ca2+与CO32-比例的影响

2.4.1实验部分

2.4.2结果与分析

2.4.3结论

§2.5陈化过程中rE与rCa/CO3的影响

2.5.1实验部分

2.5.2结果与分析

2.5.3结论

§2.6富含亚稳晶型沉淀的热重分析

2.6.1实验部分

2.6.2结果与分析

参考文献

第三章乙醇—水混合溶剂中CaCO3结晶行为的理论分析

§3.1混合溶剂中Ca2+与CO32-的溶剂化行为及反应体系的重要特征

3.1.1离子溶剂化概述

3.1.2乙醇—水混合溶剂中Ca2+与CO32-的溶剂化行为及“区分效应”

3.1.3体系的微观异质性及沉淀反应的“隔室化”

3.1.4混合溶剂中CaCO3沉淀颗粒的表面性质

§3.2混合溶剂中CaCO3的晶型及其转变

3.2.1 ACC晶化产物的晶型

3.2.2陈化过程中球霰石的晶型转变

§3.3混合溶剂中CaCO3沉淀颗粒的形貌

参考文献

第四章其他混合溶剂中CaCO3结晶的初步研究

§4.1 7二醇—水混合溶剂中CaCO3的结晶

4.1.1实验部分

4.1.2实验结果

4.1.3讨论

§4.2乙醚—水混合溶剂中CaCO3的结晶

4.2.1实验部分

4.2.2实验结果

4.2.3讨论

§4.3异丙醇—水与四氢呋喃—水混合溶剂中CaCO3的结晶

4.3.1实验部分

4.3.2实验结果

4.3.3讨论

第五章总结与展望

致谢

附录