泡沫仿生模板法合成纳米碳酸钙

论文摘要

纳米碳酸钙在橡胶，塑料，油墨，造纸等领域有着广泛的应用，在医药方面作为药物载体起到缓释和靶向的作用。本文采用泡沫仿生模板法，通过对气流速度、起泡剂浓度、碳酸钠和氯化钙浓度，泡沫尺寸，添加剂等因素的控制，制备了不同粒径分布和形貌的纳米碳酸钙。利用TEM，XRD等手段对产品进行了形貌和结构的表征，结果表明：泡沫的含液量和盐浓度是决定碳酸钙尺寸的根本因素，通过控制合适的条件可以得到粒径从30nm到200nm的球形碳酸钙，其晶型结构主要为方解石型，添加一定量的羧甲基纤维素钠得到片状的碳酸钙。本论文中我们从抗盐性，起泡能力，泡沫稳定性等方面对反应的起泡剂进行了筛选，选出了抗盐性好，起泡能力高，泡沫稳定性好的表面活性剂CTAB，Betaine作为反应的起泡剂。根据泡沫含液量和电导的关系，依据相关文献设计了装置，采用测泡沫电导的方法测量了相遇前泡沫的含液量，发现起泡初期含液量较低，随时间延长逐渐升高达到稳定平台，为如何控制反应过程得到尺寸均一的纳米碳酸钙提供了指导。本文采用测量泡沫破灭后剩余液体体积的方法测量了不同气速和表面活性剂浓度下的泡沫含液量，发现泡沫的含液量随气速的增大而增大，随着表面活性浓度的增加呈先增大后减小的趋势，分析原因如下：气速越高形成的泡沫析液时间越短；而随表面活性剂浓度的增大，泡沫的携液量增大，排液速度加快，在两者共同作用下出现含液量最大值。泡沫含液量变化规律与碳酸钙尺寸的变化规律相同，因此泡沫液膜厚度是决定颗粒尺寸大小的关键因素。研究发现还碳酸钙的尺寸随碳酸钠氯化钙浓度的增加而增大，主要原因是碳酸钙过饱和度增加加快了晶体的生长以及Ca2+，CO32-量的增加为晶体的生长提供了更多的原料。我们还研究了泡沫的大小对产物的影响，采用孔径更大的砂芯得到了尺寸较大的泡沫，反应得到的碳酸钙粒径也增大，通过对含液量的分析知道是因为大泡沫的含液量增大所导致。本文还研究了添加羧甲基纤维素钠对碳酸钙形貌和尺寸的影响，得到了片状的纳米碳酸钙，分析并探讨了其微观反应机制。本论文主要创新点：1．采用连续的泡沫作为模板合成了粒径分布比较均一的纳米碳酸钙。2．研究了气流速度，碳酸钠、氯化钙浓度，表面活性剂浓度，泡沫尺寸以及添加聚合物对产物碳酸钙的影响，分析了泡沫模板的反应原理，为工业生产提供指导。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 3的优异性能及其应用领域'>1.2 纳米CaCO₃的优异性能及其应用领域
• 3在橡胶中的应用'>1.2.1 纳米CaCO₃在橡胶中的应用
• 3在塑料中的应用'>1.2.2 纳米CaCO₃在塑料中的应用
• 3在涂料中的应用'>1.2.3 纳米CaCO₃在涂料中的应用
• 3在油墨中的应用'>1.2.4 纳米CaCO₃在油墨中的应用
• 1.2.5 纳米碳酸钙在药物领域的应用
• 1.3 纳米CaCO3的制备技术及其性质
• 1.3.1 工业碳酸钙的分类
• 1.3.2 碳酸钙的制备方法评述
• 1.3.3 工业碳酸钙的改性方法
• 1.3.4 碳酸钙的仿生合成方法
• 第二章 实验装置及实验原理
• 2.1. 实验主要原料及仪器
• 2.2 制备纳米碳酸钙的反应装置
• 2.3. 实验基本原理
• 2.3.1 水基泡沫的结构
• 2.3.1.1 单个气泡的结构
• 2.3.1.2 泡沫体的结构
• 2.3.2 表征泡沫表观性能的主要参数
• 2.3.2.1 起泡能力
• 2.3.2.2 泡沫稳定性
• 2.3.2.3 泡沫携液和析液
• 2.3.2.4 泡沫粘度
• 2.3.2.5 泡沫的尺寸分布
• 2.3.2.6 泡沫干度
• 2.3.2.7 泡沫的密度
• 2.3.2.8 泡沫的膨胀系数
• 2.3.2.9 泡沫的电导率
• 2.3.3 水基泡沫的稳定性
• 2.3.4 泡沫的生成
• 2.3.4.1 常用泡沫剂的种类
• 2.3.4.2 能量的引入——不同的起泡方式
• 2.3.5 泡沫液膜模板
• 2.3.6 碳酸钙结晶过程
• 2.3.6.1 晶核的形成
• 2.3.6.2 晶核的生长
• 2.3.6.3 纳米碳酸钙的生成机理
• 第三章 泡沫模板法制备纳米碳酸钙
• 3.1. 表面活性剂的筛选
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 抗盐性
• 3.1.2.1 实验步骤:
• 3.1.2.2 实验结果和讨论
• 3.1.3 起泡能力
• 3.1.3.1 实验步骤
• 3.1.3.2 实验结果和讨论
• 3.1.4 泡沫稳定性
• 3.1.4.2 实验步骤
• 3.1.4.3 实验结果和讨论
• 3.2. 各种因素对纳米碳酸钙的影响
• 3.2.1 气速对碳酸钙尺寸的影响
• 3.2.1.1 实验方法
• 3.2.1.2 实验步骤
• 3.2.1.3 讨论
• 3.2.2 碳酸钠,氯化钙浓度对碳酸钙尺寸的影响
• 3.2.2.1 实验方法
• 3.2.2.2 实验结果
• 3.2.2.3 讨论
• 3.2.3 表面活性剂浓度对碳酸钙尺寸的影响
• 3.2.3.1 实验方法
• 3.2.3.2 实验结果
• 3.2.3.3 讨论:
• 3.2.4 泡沫大小对碳酸钙尺寸的影响
• 3.2.4.1 实验方法
• 3.2.4.2 实验结果
• 3.2.4.3 讨论:
• 3.2.5 添加剂对碳酸钙粒度和形貌的影响
• 3.2.5.1 实验方法
• 3.2.5.2 实验结果
• 3.2.5.3 讨论
• 3.3. 碳酸钙的XRD分析
• 3.4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表