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十二烷基苯磺酸钠模板调控下碳酸钙结晶行为研究

李梦维  
【摘要】:晶体是自然界生物体和地质体系的重要组成部分,晶体不仅拥有美丽的外表,还具有重要的工业用途。CaCO_3在晶体研究中占有非常重要的地位,是自然界最为丰硕的矿物之一,CaCO_3生产以及合成工艺简单并且具有高度的稳定性等特点成为了国内外研讨的热点,在多个领域均取得了广泛的应用研究。CaCO_3晶体的生长机制、晶相晶型的调控以及形貌和生长取向具有重要的研究意义和工业价值。本文利用CaCl_2和(NH_4)_2CO_3为原料,采用气体扩散法制备了CaCO_3颗粒。并选用SDBS(十二烷基苯磺酸钠)作为模板剂,研究溶液中不同浓度SDBS对CaCO_3结晶行为及形貌特征的影响。采用SEM、XRD、FT-IR等表征手段对所制备的CaCO_3样品形貌、结晶特征等进行了表征。结果显示,当溶液中不添加SDBS时,CaCO_3样品主要为方解石型晶体,呈现规则菱形六面体形貌;当溶液中添加SDBS时,CaCO_3样品主要以球霰石型晶体存在,呈现球形形貌特征。通过在溶液中添加SDBS可以改变CaCO_3的结晶特征和形貌特征。添加SDBS超过CMC(临界胶束浓度)时,SDBS在溶液中形成胶束,由于正负电荷相互作用吸引Ca~(2+)向球形胶束表面富集,在CO_3~(2-)达到过饱和后生成碳酸钙。SDBS在CaCO_3生长过程中起到了模板作用,吸附在颗粒表面抑制方解石沿(001)面成核,从而诱导球霰石优先形成,生成的球状CaCO_3颗粒粒径均匀,分散性好。这说明在溶液中添加SDBS可以改变CaCO_3的结晶生长方式。随着溶液中SDBS浓度增加,所生成的CaCO_3样品中球霰石型晶体相对含量逐渐增加。当SDBS浓度为1.2×10~(-3) mol·L~(-1)时,样品中几乎全部为球霰石型晶体。继续增加溶液中SDBS浓度,由于胶束形态改变和稳定性变差,样品中亚稳态的球霰石型晶体向稳定的方解石型晶体转变,球霰石型晶体相对含量逐渐减少,并呈现花形、六边形和纺锤形等多种形貌特征。综上所述,本文探讨了CaCO_3晶体生长的规律以及晶体类型,研究了SDBS作为模板调控下球状CaCO_3的结晶生长机理,为制备出优质的CaCO_3产品提供了指导,为CaCO_3的工艺发展提供了新的思路。


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