[发明专利]一种通过木素单体模型化合物肉桂酸调控制备文石CaCO3的方法

说明书

本发明公开了一种通过木素单体模型化合物肉桂酸调控制备文石CaCO₃的方法。此方法主要是以木素模型化合物肉桂酸为有机质，基于生物矿化原理，通过控制工艺参数(肉桂酸浓度、反应温度、Ca²⁺和CO₃^2‑浓度、复合溶液pH等)来达到调控制备文石CaCO₃的目的；制备的CaCO₃颗粒晶型为文石型，尺寸和形貌随工艺参数变化有所不同。本发明涉及的工艺技术简洁、环保。木素是天然可再生绿色资源，利用木素单体模型化合物肉桂酸作为有机质调控CaCO₃生长，通过控制工艺参数可调控其晶体生长方向使其形成特定晶型、不同尺寸和形貌。本发明的技术方案高效利用了木素这一天然资源，同时为精细制备CaCO₃开拓了一条新道路，对环境保护和科学研究均具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种制备文石CaCO₃的方法，特别涉及一种通过木素单体模型化合物肉桂酸调控制备文石CaCO₃的方法，属于无机非-有机复合材料技术领域。

背景技术

木素是一种天然可再生绿色资源，广泛存在于各类植物中，含量约在15-30％。目前，木素利用率不高，一般是将含木素的废液浓缩燃烧或排入江河，严重污染了自然环境。CaCO₃是一种在自然界广泛存在的无机非金属材料，其来源广、成本低，在多种生物体内存在。生物体内CaCO₃较普通人工合成CaCO₃性能更为优异，其拥有复杂的形貌、优异的力学性能，是人工合成CaCO₃无法比拟的。文石是CaCO₃ 3种常见晶型之一，相对于方解石，文石具有更多样化的形貌：皮壳状、鲕状、豆状、球粒状及纺锤状等。自然界的文石可作为一种装饰品，纳米至微米级的有机复合文石，比表面积大，力学性能良好，则可应用于制药、玻璃、陶瓷、印刷等行业。

目前，调控制备CaCO₃多为仿生矿化法，其有机质一般为合成高分子、蛋白质、氨基酸等，存在有工艺复杂、有机质来源成本高、反应条件不易控制等问题。在特定晶型CaCO₃调控制备领域，中国专利(CN 109010081A)将浓缩的蚕丝蛋白/壳聚糖复合溶液中滴加石墨烯改性的钙离子溶液，均质搅拌后，喷雾干燥处理，得到多孔复合前驱体微球；将多孔复合前驱体微球浸渍于尿素溶液中低温浸渍后，取出，加热处理后，重复浸渍和加热处理，得到基于仿生物矿化的石墨烯改性CaCO₃颗粒；中国专利(CN 107285361A)在碳化法合成CaCO₃的过程中，采用滞后投加PASP方法合成球状CaCO₃；通过控制Ca²⁺离子浓度，水浴温度和搅拌速度，调控制备球状方解石CaCO₃晶体；中国专利(CN 102167300A)将湿法粉碎所得到的磷酸氢钙(CaHPO₄·2H₂O)和CaCO₃以及纯净水所配的料浆转移至水热反应釜中，同时向反应溶液中加入一定量的柠檬酸，并使混合溶液在160-220℃下5-10大气压的环境中进行搅拌、反应5-10小时，将所得沉淀物洗涤、抽滤、干燥即得到六角柱状微粉羟基磷灰石产品；美国专利(US 2017369329A1)使用硫酸盐处理天然CaCO₃生成钙盐溶液，再从碳酸铵、氨基甲酸铵、CaCO₃、白云石、金属碳酸盐和二氧化碳中选择一种碳酸源，通过控制摩尔比例等的反应条件即可得到不同晶型粒度大小的碳CaCO₃；美国专利(US 2018265370A1)从由硫酸铵、有机酸或铁材料组成的组中选择的至少一种添加剂，以及将该混合物与至少一种碳酸盐源反应以产生产物，通过控制有机质与CaCO₃的比例调控制备CaCO₃。截止目前，还未见到利用木素单体模型化合物肉桂酸作为有机质，调控CaCO₃晶体颗粒生长，制备文石CaCO₃的相关工艺技术出现。