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阳离子表面活性剂调控碳酸钙晶体的生长

李书霞  
【摘要】: 近年来,众多学者一直致力于制备具有特殊形貌和不同尺寸的功能化无机材料,并将其应用于医学、催化、电子、陶瓷、颜料以及化妆品等多种领域。生物体外有机物水溶液对无机矿物质的诱导和晶体形貌的调控作用已经成为近年来研究的热点,表面活性剂分子有序组合体作为其中的一种,可以有效的调控纳米材料的形貌和大小,是制备纳米材料的良好反应器。本论文研究了阳离子表面活性剂调控碳酸钙晶体的生长过程,主要做了四方面的工作并得出了以下结论: 第一章概述了制备碳酸钙晶体的研究现状。首先总结了制备碳酸钙晶体的基本方法以及利用表面活性剂有序分子组合体调控碳酸钙晶体生长的研究进展,为论文的研究提供了理论依据和技术支持。在此基础上,阐述了本论文的选题依据及科学意义。 第二章研究了三种烷基三甲基溴化铵表面活性剂——十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对碳酸钙晶体生长的调控,并着重系统地研究了阳离子表面活性剂——DTAB对碳酸钙和硫酸钡晶体生长的影响。通过改变DTAB胶束的浓度、实验温度以及溶液的pH值,制备得到了花形、阶梯状、珊瑚状、树枝状和多触角状的碳酸钙晶体。首先,考察了DTAB的浓度(12.5、15.0、20.0和25.0 mmol/L)对碳酸钙晶体的影响,发现随着DTAB浓度的增加,碳酸钙晶体的形貌发生了从多片花形到阶梯状的转变,晶型皆为方解石;然后研究了反应温度(25、60和80℃)对碳酸钙晶体的影响,发现随着温度的升高,碳酸钙晶体的形貌发生了从花形到珊瑚状再到树枝状的转变,通过计算发现文石的含量随着实验温度的增加而增加;最后调节溶液的pH值,当pH值从11变化到13时,得到的碳酸钙晶体的形貌发生了从花形到多触角状结构的转变,晶型皆为方解石。另外,在DTAB的调控作用下还制备得到了花形的硫酸钡晶体,从而进一步证实DTAB胶束对无机纳米材料具有很好的调控作用。 第三章研究了两种不同于DTAB的阳离子表面活性剂,具有双疏水链的双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)和具有咪唑极性头基的十二烷基-3-甲基溴化咪唑盐([C12mim]Br)对碳酸钙晶体的不同的调控作用,分别研究了它们的浓度对碳酸钙晶体形貌和晶型的影响。实验表明,随着DDAB的浓度从2.5增至10.0mmol/L,碳酸钙晶体的形貌发生了从立方块到球形的转变,并且晶型从方解石转变为球霰石。随着[C12mim]Br浓度从15.0增至60.0 mmol/L,碳酸钙晶体的形貌发生了从叠层的立方块状到串形结构的转变,晶型皆为方解石。根据上述研究结果,对具有不同疏水基和亲水基的阳离子表面活性剂(DTAB、DDAB和[C12mim]Br)对碳酸钙晶体的调控作用提出了可能的机理解释。 第四章研究了阳离子表面活性剂[C12mim]Br与DDAB的混合体系对碳酸钙晶体生长的调控作用。首先测定了不同浓度配比的混合表面活性剂体系的临界胶束浓度,然后选择高于cmc值的混合表面活性剂浓度调控制备碳酸钙晶体。实验时,固定其中一种表面活性剂的浓度为5.0 mmol/L,增加另一种表面活性剂的浓度。当DDAB的浓度从5.0增加至20.0 mmol/L,得到的碳酸钙晶体的形貌一直是花形,但花瓣叠加的数目增加,晶型皆为方解石;随着[C12mim]Br浓度从5.0增至60.0 mmol/L,晶体的形貌发生了从絮状到花形的转变,晶体的晶型未发生转变,皆为方解石。最后对在混合表面活性剂条件下制备的各种形貌的碳酸钙晶体的形成给出了可能的机理解释。


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