一种无定形碳酸钙的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种无定形碳酸钙的合成方法，按照如下步骤进行：(1)溶液A的配制：将水溶性钙盐溶于去离子水中，然后加入离子型表面活性剂，形成溶液A，其中水溶性钙盐与离子型表面活性剂的摩尔比为1：1～100：1；(2)溶液B的配制：将水溶性碳酸盐或碳酸氢盐溶于去离子水中，并调节溶液pH值在11～13，形成溶液B；(3)将步骤(1)中的溶液A与步骤(2)中的溶液B置于‑5～5℃冷藏40～60分钟；然后将冷藏后的的溶液A和溶液B迅速混合，搅拌5～60秒，再进行离心分离、洗涤和干燥，即得无定形碳酸钙。本发明专利技术的合成方法具有操作简单、原料廉价易得、反应速率快且无需复杂昂贵仪器装置等优点。

A synthesis method of amorphous calcium carbonate

The invention discloses a synthesis method of amorphous calcium carbonate, which is carried out according to the following steps: (1) preparation of solution A: dissolve water-soluble calcium salt in deionized water, then add ionic surfactant to form solution a, wherein the molar ratio of water-soluble calcium salt and ionic surfactant is 1:1-100:1; (2) preparation of solution B: dissolve water-soluble carbonate or bicarbonate In deionized water, adjust the pH value of the solution to 11-13 to form solution B; (3) place solution a in step (1) and solution B in step (2) at \u2011 5-5 \u2103 and refrigerate for 40-60 minutes; then quickly mix solution a and solution B after refrigeration, stir for 5-60 seconds, and then centrifuge, wash and dry to obtain amorphous calcium carbonate. The synthesis method of the invention has the advantages of simple operation, low cost and easy access of raw materials, fast reaction rate and no need of complex and expensive instruments and devices.

【技术实现步骤摘要】
一种无定形碳酸钙的合成方法(一)
本专利技术涉及化学工程及材料工程
,尤其涉及一种无定型碳酸钙的合成方法。(二)
技术介绍
在自然界中，碳酸钙共有六种晶型，其中包括三种无水晶型：方解石(calcite)、文石(aragonite)和球霰石(vaterite)；三种含水晶型：无定形碳酸钙(amorphouscalciumcarbonate)、一水碳酸钙(calciumcarbonatemonohydrate)和六水碳酸钙(calciumcarbonatehexahydrate)。这六种碳酸钙中，除无定形碳酸钙ACC外，其余五种皆为结晶态。在标准条件下，方解石和文石具有相近的热力学稳定性，在生物和地质领域中都较为常见。球霰石相比方解石和文石处于亚稳态，在自然界中很少出现，只在某些生物矿化结构中检测出少量，还未在地质领域中出现过。一水碳酸钙在生物体中的存在则更为稀少，六水碳酸钙还未在生物体内被发现过。由于无定形碳酸钙在与其他结晶态的碳酸钙共存时往往容易被忽略，因此无定形碳酸钙ACC在自然界中的存在可能比认知中更为广泛。无定形材料包括无定形磷酸钙、无定形碳酸钙、二氧化硅等，这些材料在生物矿化中起着重要的作用。生命体能够利用这些材料构筑出各种无机或无机－有机杂化材料，以实现其不同的功能，例如保护、支撑、重力感应等。无定形碳酸钙的溶解度是六种碳酸钙相中最大的，密度却是六种中最小的，因此较难沉积。并且，无定形碳酸钙在水溶液中极不稳定，将迅速向溶解度更小的结晶型碳酸钙转变，这也导致对无定形碳酸钙的研究较结晶态碳酸钙来的困难。近年来，有研究发现无定形碳酸钙在生物矿化过程中起着更为重要的作用，在相转变过程中直接参与控制了结晶态的排列和取向。相较于结晶态碳酸钙，无定形碳酸钙由于其各向同性和可塑性的特点，可以被塑造成各种形状，然后转化为相应形状的结晶态碳酸钙。由于碳酸钙生物矿物具有一些特殊的性质，例如它的硬度、强度和韧性等机械性能比大多数的复合陶瓷材料都要出色，因此，对生物矿化材料的研究受到了学者们的广泛关注，其中作为前体的无定形碳酸钙更是研究的热点。目前，无定形碳酸钙的合成方法较多，如直接混合法(KogaN,NakagoeY,TanakaH.Crystallizationofamorphouscalciumcarbonate.ThermochimicaActa,1998,318(1):239-244.)，CO2气体扩散法(GüntherC,BeckerA,WolfG,EppleM.Invitrosynthesisandstructuralcharacterizationofamorphouscalciumcarbonate.ZeitschriftfüranorganischeundallgemeineChemie,2005,631(13):2830-2835.)，水解碳酸源方法(FaatzM,F,WegnerG.Amorphouscalciumcarbonate:synthesisandpotentialintermediateinbiomineralization.AdvancedMaterials,2004,16(12):996-1000.)，Kitano法(LeeHS,HaTH,KimK.Fabricationofunusuallystableamorphouscalciumcarbonateinanethanolmedium.MaterialsChemistryandPhysics,2005,93(2):376-382.)，但这些合成方法大多存在可控性较差。(三)
技术实现思路
针对现有合成方法存在的问题，本专利技术的目的是专利技术一种快速高效合成无定形碳酸钙的方法。为了实现上述专利技术目的,本专利技术采用的技术方案如下：一种无定形碳酸钙的合成方法，按照如下步骤进行：(1)溶液A的配制：将水溶性钙盐溶于去离子水中，然后加入离子型表面活性剂，形成溶液A，其中水溶性钙盐与离子型表面活性剂的摩尔比为1：1～100：1；(2)溶液B的配制：将水溶性碳酸盐或碳酸氢盐溶于去离子水中，并调节溶液pH值在11～13，形成溶液B；(3)将步骤(1)中的溶液A与步骤(2)中的溶液B置于-5～5℃冷藏40～60分钟；然后将冷藏后的的溶液A和溶液B迅速混合，搅拌5～60秒，再进行离心分离、洗涤和干燥，即得无定形碳酸钙。本专利技术中，所述的水溶性钙盐可以是下列一种或者任意几种的组合：氯化钙及其水合物、溴化钙及其水合物、硝酸钙及其水合物、乳酸钙及其水合物。所述的水溶性碳酸盐可以是下列一种或任意几种的组合物：碳酸钠及其水合物、碳酸钾及其水合物、碳酸铵及其水合物。所述水溶性碳酸氢盐可以是下列一种或任意几种的组合物：碳酸氢钠及其水合物、碳酸氢钾及其水合物、碳酸氢铵及其水合物。本专利技术步骤(1)中，所述的离子型表面活性剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂，具体实施方式中为十六烷基三甲基溴化铵。作为优选，步骤(1)中所述的水溶性钙盐与离子型表面活性剂的摩尔比为20：1～100：1。作为优选，溶液A中，水溶性钙盐的浓度为0.01～0.5mol/L。作为优选，溶液B中，水溶性碳酸盐的浓度为0.04～0.2mol/L。作为优选，步骤(2)中用氢氧化钠水溶液调节溶液B的pH值。本专利技术步骤(3)中，对于溶液A和溶液B中的水溶性钙盐与水溶性碳酸盐的投料比例没有特别要求，水溶性钙盐或者水溶性碳酸盐过量或者两者等摩尔投料均可，本领域技术人员可根据实际情况进行设定。本专利技术步骤(3)中，为提高效率，所述的离心在转速为3000～5000转/分钟的转速范围内进行。通过本专利技术方法合成的无定形碳酸钙可用在仿生材料的合成应用以及无定形碳酸钙的结晶转变研究。与现有的合成方法相比，本专利技术方法采用离子型表面活性剂作为稳定剂，只需加入少量即可达到稳定无定形碳酸钙的效果，该方法具有操作简单、原料廉价易得、反应速率快且无需复杂昂贵仪器装置等优点。(四)附图说明图1是实施例1制备的产品的XRD图。(五)具体实施方式下面结合具体实施方案来进一步描述本专利技术,本专利技术的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的,并不对本专利技术的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是,在不偏离本专利技术前后述的主旨和范围下可以对本专利技术技术方案的细节和形式进行修改或替换,但这些修改和替换均落入本专利技术的保护范围内。实施例1将0.111克CaCl2溶于100毫升去离子水中形成溶液A，并取0.018克十六烷基三甲基溴化铵溶于溶液A中；将0.424克NaCO3溶于100毫升去离子水中形成溶液B，并通过加入0.1摩尔/升的氢氧化钠溶液调节pH至11；将A、B两溶液置于冰箱中于4℃冷藏40分钟，取出后迅速将溶液B加入溶液A中，搅拌1分钟，然后进行离心分离，离心转速为3000转/分钟，对分离出来的固体用无水乙醇洗涤2次，最后在室温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无定形碳酸钙的合成方法，按照如下步骤进行：/n(1)溶液A的配制：将水溶性钙盐溶于去离子水中，然后加入离子型表面活性剂，形成溶液A，其中水溶性钙盐与离子型表面活性剂的摩尔比为1：1～100：1；/n(2)溶液B的配制：将水溶性碳酸盐或碳酸氢盐溶于去离子水中，并调节溶液pH值在11～13，形成溶液B；/n(3)将步骤(1)中的溶液A与步骤(2)中的溶液B置于-5～5℃冷藏40～60分钟；然后将冷藏后的的溶液A和溶液B迅速混合，搅拌5～60秒，再进行离心分离、洗涤和干燥，即得无定形碳酸钙。/n

【技术特征摘要】
1.一种无定形碳酸钙的合成方法，按照如下步骤进行：
(1)溶液A的配制：将水溶性钙盐溶于去离子水中，然后加入离子型表面活性剂，形成溶液A，其中水溶性钙盐与离子型表面活性剂的摩尔比为1：1～100：1；
(2)溶液B的配制：将水溶性碳酸盐或碳酸氢盐溶于去离子水中，并调节溶液pH值在11～13，形成溶液B；
(3)将步骤(1)中的溶液A与步骤(2)中的溶液B置于-5～5℃冷藏40～60分钟；然后将冷藏后的的溶液A和溶液B迅速混合，搅拌5～60秒，再进行离心分离、洗涤和干燥，即得无定形碳酸钙。


2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于：步骤(1)中所述的水溶性钙盐与离子型表面活性剂的摩尔比为20：1～100：1。


3.如权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。


4.如权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于：所述的水溶性钙盐选自下列一种或任意几种的组合：氯化钙及其水合物、溴化钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春晖，沈程程，陈鹏，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33