[发明专利]组装成植物微观结构的纳米碳酸钙及其制法和用途

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及组装成植物微观结构的纳米碳酸钙及其制法和用途。

背景技术

纳米碳酸钙是于20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体无机化工材料，具有环保、廉价、无毒、功能性突出等特点，因而备受人们的关注。研究表明，纳米碳酸钙因其晶型和形貌的不同导致其应用价值不同，如方解石因具有遮盖性能好、白度高、化学性能稳定等特点而被广泛用于冶金、水泥、玻璃等行业；文石因具有较高的长径比而成为理想的生物医学材料和新型复合材料的补强增韧剂；空心球状碳酸钙适宜作造纸填料；立方状和链状碳酸钙可分别用作塑料和橡胶填料；同时还有研究者发现纳米碳酸钙可作为吸附剂吸附重金属离子。

纳米碳酸钙具有很多优越的性能，除了与本身的化学特性有关以外，还与其制备方法和微观结构有着密切的联系。因此，特殊结构和形貌的碳酸钙产品的开发已成为目前的研究热点。

控制碳酸钙形貌的合成方法主要是模板法，中国专利（申请号CN200710039146.7）报道了以豆芽为模板 ，再加入氨三乙酸作为协同模板合成了花状纳米碳酸钙。中国专利（申请号CN201110423088.4）报道了以端羧基超支化聚醚作为模板合成了球状碳酸钙。戴洪兴等（无机盐工业，2011,43（5）18-19）用以三嵌段共聚物P123（PE0₂₀PPO₇₀PEO₂₀）、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙二醇为软模板，通过水热法获得具有长方状和六方状介孔多晶碳酸钙。赵丽娜等（化工学报，2012,63（6）1977-1978）利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基磺酸钠 (SDS)复合添加剂作为有机模板,制备了中空球状方解石型碳酸钙。丁红霞等（人工晶体学报，2011,40（1）258-259）以聚乙烯醇(PVA)和聚苯乙烯磺酸钠(PSSS)分别与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)组成混合模板合成了花状、球状、立方状的碳酸钙。以上利用不同种类的有机化合物作为模板，得到的碳酸钙形貌新颖，但是制备过程复杂，生产成本高，同时有机化合物的引入，一旦处理不当就会引入杂质还会对环境造成污染。

为了克服现有技术的不足，本发明采用植物作为模板制备组装成植物微观结构的纳米碳酸钙，其使用的原料廉价易得，材料制备过程简单，而且对环境无污染。组装成植物特殊微观结构的纳米碳酸钙由于粒度小，比表面积大等特点，使其在生物医学材料、催化材料、塑料、陶瓷、染料和化妆品等方面具有比常规材料优越的性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种组装成植物微观结构的纳米碳酸钙的制备方法。该方法以可溶性钙盐和碳酸盐为原料，采用共沉淀法进行合成，并控制反应物浓度、植物模板、煅烧温度、煅烧时间得到纳米碳酸钙，且纳米碳酸钙能组装成植物模板的微观结构；所述的纳米碳酸钙晶形为方解石，粒径为40～60nm；所述的组装成植物微观结构的纳米碳酸钙可用于吸附重金属离子Pb²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺ 、Cr³⁺、Zn²⁺或Cu²⁺。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

（1）将可溶性钙盐溶于去离子水中，搅拌使其完全溶解，并加入植物模板。可溶性钙盐的浓度为0.005～4mol/L，每升可溶性钙盐溶液中添加1～50g的植物模板。

（2）将可溶性钙盐溶液加热到30～120℃，充分搅拌可溶性钙盐溶液，将碳酸盐溶液逐滴加入其中，继续保持搅拌并恒温9～72h，在此期间，会有纳米碳酸钙生成并组装成植物特殊的微观结构。碳酸盐的浓度为0.005～4mol/L；可溶性钙盐和碳酸盐之间的摩尔比控制在1:1。

（3）过滤（2）得到的粗产品溶液，收集滤渣，用去离子水洗涤干净，并在干燥箱中干燥。

干燥温度为35～70℃，干燥时间为12～36h。

（4）将干燥后的样品置于马弗炉中高温煅烧，即得到组装成植物微观结构的纳米碳酸钙。

所述可溶性钙盐为氯化钙、硝酸钙、醋酸钙、溴化钙、碘化钙或氯酸钙中一种或几种的任意比混合物。

所述可溶性碳酸盐为碳酸钠、碳酸铵或碳酸钾中一种或几种的任意比混合物。

所述植物模板为干燥的棉花、丝瓜瓤、树叶、玉米须、莲盘或向日葵花盘。

本发明中所述煅烧温度为300～550℃，煅烧时间为6～24h。