Пористый карбонат кальция Микрочастицы (CaCO₃) привлекли значительное внимание благодаря их широкому применению в таких областях, как хроматографический анализ, загрузка биологических макромолекул, высвобождение фармацевтических препаратов, биомиметические минералы и создание супергидрофобных поверхностей.
Методы подготовки к Пористый карбонат кальция
Темплатные методы стали основным подходом к получению пористого карбоната кальция. В качестве темплатов в этих методах используются поверхностно-активные вещества, полимеры и природные растительные компоненты. Со временем были разработаны методы соосаждения, эмульсионно-мембранные методы и методы растворения/гидротермальные методы, значительно расширившие спектр методов получения. Среди них темплатный метод является наиболее распространённым и технологически отработанным.
Основной принцип заключается в покрытии выбранного шаблона карбонатом кальция, образуя структуру типа «ядро-оболочка». Затем шаблон удаляется растворением в растворителе, высокотемпературным прокаливанием или химическими реакциями, оставляя полые частицы. Методы шаблонизации можно разделить на мягкие и жёсткие шаблоны, причём мягкие шаблоны чаще используются при получении пористого карбоната кальция. Методы мягких шаблонов часто используют в качестве шаблонов небольшие молекулы, такие как поверхностно-активные вещества, а также крупные органические соединения или полимеры.
Пористый CaCO₃, полученный с помощью мягких темплатных методов, обычно имеет кубическую или сферическую форму. Большинство этих частиц имеют структуру червоточин, а их поверхности могут быть покрыты остаточными темплатными агентами или продуктами их разложения.
Контроль пористости и морфологии карбоната кальция
Основное внимание в исследованиях по получению пористых частиц CaCO₃ уделяется контролю морфологии и механизмам зародышеобразования. Контроль морфологии достигается главным образом с помощью поверхностно-активных веществ, и процесс производства оказывает существенное влияние. Используется широкий спектр поверхностно-активных веществ, включая низкомолекулярные соединения, такие как анионная L-аспарагиновая кислота, и полимерные добавки, такие как анионный полистиролсульфонат (ПСС), неионогенный полиэтиленгликоль (ПВС), полиакриламид (ПАМ), полиэтиленоксид (ПЭО) и амфифильные блок-сополимеры (ДБС). Кроме того, в некоторых случаях используются сложные поверхностно-активные системы, такие как додецилсульфат натрия (ДСН) и триблок-сополимер ПЭО-ППО-ПЭО.
Применение пористого CaCO₃
Применение пористых материалов карбонат кальция В основном они зависят от его структуры и кристаллической формы. В связи с этим исследование методов и механизмов его получения стало актуальной темой в его развитии.
Фармацевтические носители
Пористый карбонат кальция может использоваться в качестве фармацевтического носителя. Он обладает высокой способностью к загрузке лекарственных препаратов и хорошими характеристиками высвобождения. В частности, применение чувствительного материала оболочки вокруг пористого карбоната кальция (CaCO₃) позволяет предотвратить внезапное высвобождение лекарственных препаратов и повысить чувствительность системы, обеспечивая контролируемое высвобождение с множественными ответами.
Материалы аккумуляторов
При добавлении ионов лития в CaCO₃ пористый карбонат кальция может высвобождать ионы лития в электролит по мере расходования активных ионов лития. Это повышает эффективность лития и срок службы литиевых аккумуляторов. Кроме того, нанокарбонат кальция может адсорбировать побочные продукты, такие как HF, в электролите, снижая кислотность и продлевая срок службы аккумулятора. Этот процесс добавления лития прост, экономически эффективен и масштабируем для широкого применения.
Пластиковые материалы
Пористый карбонат кальция находит широкое применение в производстве пластмасс. Он служит наполнителем для улучшения механических и оптических свойств материалов, а также зародышеобразователем для повышения технологичности.
Адсорбирующие материалы
Высокая удельная поверхность и пористость пористого карбоната кальция делают его отличным адсорбентом. Например, композитные аэрогели на основе целлюлозы в сочетании с пористым CaCO₃ и альгинатом натрия эффективны для адсорбции формальдегида. Полученные аэрогели характеризуются наличием множества мезо- и макропор, что обеспечивает высокую адсорбционную способность формальдегида – 1105 мг/г.
Клеевые материалы
Модифицированный пористый карбонат кальция с использованием фенилсилановых связующих агентов может содержать от 18 до 30 частей отвердителя. Высокая концентрация отвердителя обеспечивает высокую адгезию и стойкость к растворителям, что особенно подходит для склеивания полиимидных пленок и металлических сеток при изготовлении форм для трафаретной печати.
Декоративные материалы на бумажной основе
Пористый карбонат кальция с добавлением диоксида титана успешно применяется для изготовления декоративных материалов на бумажной основе с превосходной стойкостью к ультрафиолетовому излучению.
Биосенсоры
Биосенсоры обеспечивают быстрый анализ следовых количеств на молекулярном уровне. Они широко используются в клинической диагностике, промышленном контроле, анализе пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, охране окружающей среды и биотехнологических исследованиях.
Добавки для асфальтовых покрытий
Добавки для асфальтобетонных покрытий, включая самовосстанавливающийся асфальт, производятся путем смешивания микрокапсул, модифицированных серебряными нанопроволоками, восстановителей асфальта и пористого карбоната кальция. Эти добавки медленно высвобождают восстановители, восполняя утраченные ароматические компоненты асфальта, замедляя старение и растрескивание. Такое сочетание значительно повышает долговечность и способность асфальтобетонных дорог к самовосстановлению.
Биокерамика
Карбонат кальция широко используется в биологии и медицине благодаря своей превосходной остеопроводимости, биосовместимости и способности к разложению. Пористый карбонат кальция, обладающий хорошей пористостью, размером пор и хорошей связностью, обладает лучшей биосовместимостью по сравнению с традиционными материалами, способствуя регенерации и восстановлению костной ткани. В клинической практике он используется для восстановления костных дефектов в ортопедии и челюстно-лицевой хирургии, демонстрируя отличные результаты.
Заключение
Пористый карбонат кальция продолжает привлекать значительное внимание благодаря своему разнообразному применению в таких областях, как доставка фармацевтических препаратов, производство аккумуляторных материалов и биосовместимой керамики. По мере совершенствования методов производства расширяется универсальность этого материала в промышленности и в сфере охраны окружающей среды. Благодаря превосходной пористости, площади поверхности и функциональным свойствам пористый CaCO₃ готов сыграть ключевую роль в развитии технологий во многих отраслях.