碳酸钙的仿生合成及形貌表征

论文摘要

碳酸钙作为最广泛的生物无机材料,在工业领域中有着广泛的应用。碳酸钙晶体的仿生合成最近受到研究者们的关注。碳酸钙晶体的晶型、尺寸、形貌等性质与沉淀方法以及添加剂有很大的关系。碳酸钙的仿生合成不仅有助于进一步了解生物矿化,并为制备具有特殊形貌新型功能材料提供了新的方法。在本论文中,我们利用尿素在90℃和120℃水解共沉淀的方法,研究了不同有机添加剂模板对碳酸钙晶体生长的影响,以及在多元醇/水混合溶剂对碳酸钙晶型、形貌的影响,合成了一系列具有特殊形貌的碳酸钙晶体。并对形成机理进行了初步的研究与讨论。1.常见的多糖如蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉以及糊精分子的侧链带有功能性基团-OH,对碳酸钙晶型和形貌有不同的影响。研究表明蔗糖和葡萄糖的存在有利于促进生成方解石;并且随着葡萄糖浓度的增加,方解石所占比重增加,方解石的形貌也由规则变为不规则。而可溶性淀粉和糊精的存在可以促进形成球霰石;此外由于多糖特殊的分子结构,在不同的温度不同的浓度下能够促进生成的晶粒定向聚集而形成不同形貌的晶体。2.考察了不同酸性氨基酸和中性氨基酸存在下对碳酸钙晶体形貌的影响。由于氨基酸侧链带有功能性基团、在水溶液中等电位点不同以及分子结构的不同,在不同温度、PH值的情况下,得到的碳酸钙晶型和形貌发生很大变化。3.考察了在不同温度,乙二醇、丙三醇、赤藓糖醇和木糖醇的不同浓度比例的醇/水溶液中碳酸钙晶体生长习性,由于不同离子溶剂化以及醇的极性官能团的作用,在不同条件下得到了形貌奇特的碳酸钙晶体;最后考察了醇与多糖、氨基酸共存对碳酸钙晶体的影响,得到了不同于单一物质调控效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物矿化概念及机理研究
• 1.2.1 生物矿化的概念
• 1.2.2 生物矿化的特点
• 1.2.3 生物矿化的四个阶段
• 1.3 仿生合成
• 1.3.1 仿生合成的概念
• 1.3.2 总结仿生合成具有以下几点重要的优点
• 1.3.3 仿生合成的研究现状
• 1.4 碳酸钙
• 1.4.1 引言
• 1.4.2 碳酸钙的分类
• 1.4.3 有机基质对碳酸钙晶体的调控
• 1.4.4 碳酸钙仿生合成进展
• 1.5 本文的研究内容和意义
• 2 多糖模板对碳酸钙形貌的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验试剂及仪器
• 2.2.2 试验过程
• 2.2.3 样品表征
• 2.3 实验结果及讨论
• 2.3.1 蔗糖及葡萄糖对碳酸钙晶体形貌的影响
• 2.3.1.1 样品XRD及SEM分析
• 2.3.1.2 机理讨论
• 2.3.2 不同温度不同浓度的可溶性淀粉对碳酸钙晶体形貌的影响
• 2.3.2.1 90℃反应条件在不同浓度可溶性淀粉得到碳酸钙晶体的XRD谱图和SEM图
• 2.3.2.2 120℃反应条件可溶性淀粉得到碳酸钙晶体的XRD谱图和SEM图
• 2.3.2.3 机理讨论
• 2.3.3 糊精对碳酸钙晶体形貌的影响
• 2.3.3.1 90℃反应条件下不同浓度糊精溶液中得到碳酸钙晶体的XRD谱图和SEM图
• 2.3.3.2 120℃反应条件糊精水溶液中得到碳酸钙晶体的XRD谱图和SEM图
• 2.3.3.3 机理讨论
• 2.4 小结
• 3 氨基酸基质下碳酸钙仿生合成
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验试剂及仪器
• 3.2.2 试验过程
• 3.2.3 样品表征
• 3.3 实验结果及讨论
• 3.3.1 带负电荷的碱性氨基酸对碳酸钙晶体形貌的影响
• 3.3.1.1 90℃条件下带负电荷的碱性氨基酸对碳酸钙晶体形貌的影响
• 3.3.1.2 PH值对碳酸钙晶体形貌的影响
• 3.3.1.3 反应温度对碳酸钙形貌的影响
• 3.3.1.4 机理讨论
• 3.3.2 不带电荷的中性氨基酸对碳酸钙晶体形貌的调控
• 3.3.2.1 90℃条件下中性氨基酸对碳酸钙晶体形貌的影响
• 3.3.2.2 改变PH值对碳酸钙晶体形貌的影响
• 3.3.2.3 反应温度对碳酸钙晶体形貌的影响
• 3.3.2.4 机理讨论
• 3.4 小结
• 4 多元醇对碳酸钙形貌的影响
• 4.1 引言
• 4.2 试验
• 4.3 样品表征
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 乙二醇和丙三醇对碳酸钙结晶形貌的影响
• 4.4.1.1 不同比例乙二醇水溶液得到产物X-Ray衍射（XRD）物相及形貌分析
• 4.4.1.2 不同比例丙三醇水溶液得到产物X-Ray衍射（XRD）物相及形貌分析
• 4.4.1.3 机理讨论
• 4.4.2 90°条件下赤藓糖醇和木糖醇对碳酸钙晶体形貌的影响
• 4.4.2.1 不同浓度赤藓糖醇水溶液中所得碳酸钙的XRD及形貌分析
• 4.4.2.2 不同浓度木糖醇水溶液中所得碳酸钙的XRD及形貌分析
• 4.4.3 改变反应温度对碳酸钙晶体的影响
• 4.4.3.1 不同浓度赤藓糖醇水溶液中所得碳酸钙的XRD及形貌分析
• 4.4.3.2 不同浓度木糖醇水溶液中所得碳酸钙的XRD及形貌分析
• 2+浓度不同浓度木糖醇水溶液中所得碳酸钙的XRD及形貌分析'>4.4.3.3 改变Ca²⁺浓度不同浓度木糖醇水溶液中所得碳酸钙的XRD及形貌分析
• 2为0.011g，在2.5M木糖醇水溶液得到的碳酸钙XRD谱图及形貌分析'>4.4.3.4 CaCl₂为0.011g，在2.5M木糖醇水溶液得到的碳酸钙XRD谱图及形貌分析
• 4.4.3.5 机理讨论
• 4.4.4 醇与不同有机质共同对碳酸钙晶体形貌的调控
• 4.4.4.1 不同比例的乙二醇和5%的可溶性淀粉水溶液对碳酸钙晶体形貌的影响
• 4.4.4.2 不同比例的丙三醇与5%的可溶性淀粉水溶液对碳酸钙晶体形貌的影响
• 4.4.4.3 120℃ 2.5M的赤藓糖醇水溶液中不同氨基酸对碳酸钙形貌的影响
• 4.5 结论
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：硕士期间发表的论文