Xốp canxi cacbonat Các hạt vi mô (CaCO₃) đã thu hút được sự chú ý đáng kể do ứng dụng rộng rãi của chúng trong các lĩnh vực như phân tích sắc ký, tải các đại phân tử sinh học, giải phóng dược phẩm, khoáng chất mô phỏng sinh học và xây dựng các bề mặt siêu kỵ nước.
Kỹ thuật chuẩn bị cho Canxi cacbonat xốp
Phương pháp khuôn mẫu đã trở thành phương pháp chủ đạo để điều chế canxi cacbonat xốp. Các phương pháp này sử dụng chất hoạt động bề mặt, polyme và các thành phần thực vật tự nhiên làm khuôn mẫu. Theo thời gian, các phương pháp đồng kết tủa, phương pháp màng nhũ tương và phương pháp dung môi/thủy nhiệt đã được phát triển, mở rộng đáng kể phạm vi kỹ thuật điều chế. Trong số đó, phương pháp khuôn mẫu là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất và đã hoàn thiện về mặt công nghệ.
Nguyên lý cơ bản bao gồm việc phủ canxi cacbonat lên tác nhân tạo khuôn đã chọn, tạo thành cấu trúc lõi-vỏ. Khuôn sau đó được loại bỏ thông qua quá trình hòa tan dung môi, nung ở nhiệt độ cao hoặc phản ứng hóa học, để lại các hạt rỗng. Phương pháp tạo khuôn có thể được chia thành khuôn mềm và khuôn cứng, trong đó khuôn mềm được sử dụng phổ biến hơn trong chế tạo canxi cacbonat xốp. Phương pháp tạo khuôn mềm thường sử dụng các phân tử nhỏ như chất hoạt động bề mặt, cũng như các hợp chất hữu cơ hoặc polyme lớn làm khuôn.
CaCO₃ xốp được tạo ra bằng phương pháp khuôn mềm thường có hình dạng như khối lập phương hoặc hình cầu. Hầu hết các hạt này đều có cấu trúc lỗ sâu, và bề mặt có thể được phủ bằng các tác nhân khuôn mẫu còn sót lại hoặc các sản phẩm phân hủy của chúng.
Kiểm soát độ xốp và hình thái của canxi cacbonat
Trọng tâm nghiên cứu về việc chế tạo hạt CaCO₃ xốp là kiểm soát hình thái và cơ chế hình thành hạt. Việc kiểm soát hình thái chủ yếu đạt được thông qua chất hoạt động bề mặt, và quy trình sản xuất có tác động đáng kể. Nhiều loại chất hoạt động bề mặt được sử dụng, bao gồm các phân tử nhỏ như axit L-aspartic anion và các chất phụ gia polyme như polystyrene sulfonat anion (PSS), polyethylene glycol không ion (PVA), polyacrylamide (PAM), polyethylene oxide (PEO) và copolymer khối lưỡng tính (DHBC). Ngoài ra, trong một số trường hợp, các hệ thống chất hoạt động bề mặt phức tạp như natri dodecyl sulfat (SDS) và copolymer khối ba khối PEO-PPO-PEO cũng được sử dụng.
Ứng dụng của CaCO₃ xốp
Các ứng dụng của xốp canxi cacbonat chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc và dạng tinh thể của nó. Do đó, việc nghiên cứu phương pháp và cơ chế điều chế đã trở thành một chủ đề nóng trong quá trình phát triển của nó.
Nhà cung cấp dược phẩm
Canxi cacbonat xốp có thể được sử dụng làm vật liệu mang dược phẩm. Nó có khả năng tải dược phẩm cao và hiệu suất giải phóng dược phẩm tốt. Đặc biệt, khi vật liệu vỏ phản ứng được bao bọc xung quanh CaCO₃ xốp, nó có thể ngăn ngừa sự giải phóng dược phẩm đột ngột và tăng cường khả năng phản ứng của hệ thống, đạt được sự giải phóng có kiểm soát với nhiều phản ứng.
Vật liệu pin
Bằng cách nạp ion lithium vào CaCO₃, canxi cacbonat xốp có thể giải phóng ion lithium vào chất điện phân khi các ion lithium hoạt động bị tiêu thụ. Điều này cải thiện hiệu suất ban đầu và tuổi thọ chu kỳ của pin lithium. Ngoài ra, nano-canxi cacbonat có thể hấp thụ các sản phẩm phụ như HF trong chất điện phân, giảm độ axit và kéo dài tuổi thọ pin. Quy trình nạp lithium này đơn giản, tiết kiệm chi phí và có thể mở rộng quy mô để sử dụng rộng rãi.
Vật liệu nhựa
Canxi cacbonat xốp có nhiều ứng dụng trong nhựa. Nó đóng vai trò là chất độn để cải thiện các tính chất cơ học và quang học của vật liệu, và là tác nhân tạo hạt để tăng khả năng gia công.
Vật liệu hấp phụ
Diện tích bề mặt riêng và độ xốp cao của canxi cacbonat xốp khiến nó trở thành một chất hấp phụ tuyệt vời. Ví dụ, aerogel tổng hợp gốc cellulose, kết hợp với CaCO₃ xốp và natri alginate, có hiệu quả hấp phụ formaldehyde. Các aerogel được chế tạo có nhiều lỗ xốp mesopore và macropore, đạt khả năng hấp phụ formaldehyde cao lên đến 1105mg/g.
Vật liệu kết dính
Canxi cacbonat xốp biến tính sử dụng chất liên kết phenylsilane có thể nạp chất đóng rắn với lượng từ 18 đến 30 phần. Lượng chất đóng rắn cao này mang lại độ bám dính mạnh và khả năng kháng dung môi, đặc biệt thích hợp để liên kết màng polyimide và lưới kim loại để chuẩn bị bản in lưới.
Vật liệu trang trí từ giấy
Canxi cacbonat xốp chứa titan dioxit đã được sử dụng thành công để chế tạo vật liệu trang trí làm từ giấy có khả năng chống tia UV tuyệt vời.
Cảm biến sinh học
Cảm biến sinh học cung cấp khả năng phân tích nhanh, ở cấp độ vết tích phân tử. Chúng được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán lâm sàng, kiểm soát công nghiệp, phân tích thực phẩm và dược phẩm, bảo vệ môi trường và nghiên cứu công nghệ sinh học.
Phụ gia mặt đường nhựa
Phụ gia cho vật liệu mặt đường nhựa, bao gồm nhựa đường tự phục hồi, được tạo ra bằng cách pha trộn các vi nang biến tính bằng nano bạc, chất phục hồi nhựa đường và canxi cacbonat xốp. Các chất phụ gia này giải phóng chậm các chất phục hồi để bổ sung các thành phần thơm bị mất trong nhựa đường, làm chậm quá trình lão hóa và nứt nẻ. Sự kết hợp này cải thiện đáng kể độ bền và khả năng tự phục hồi của đường nhựa.
Gốm sinh học
Canxi cacbonat được sử dụng rộng rãi trong sinh học và y học nhờ tính dẫn xương, tương thích sinh học và khả năng phân hủy tuyệt vời. Canxi cacbonat xốp, với độ xốp, kích thước lỗ rỗng và khả năng kết nối tốt, mang lại khả năng tương thích sinh học tốt hơn so với các vật liệu thông thường, hỗ trợ tái tạo và sửa chữa xương. Trong các ứng dụng lâm sàng, nó được sử dụng để sửa chữa khuyết tật xương trong chỉnh hình và phẫu thuật miệng và hàm mặt với kết quả tuyệt vời.
Phần kết luận
Canxi cacbonat xốp tiếp tục thu hút sự chú ý đáng kể nhờ các ứng dụng đa dạng của nó trong các lĩnh vực như vận chuyển dược phẩm, vật liệu pin và gốm tương thích sinh học. Khi kỹ thuật chế tạo được cải thiện, tính linh hoạt của vật liệu này trong các ứng dụng công nghiệp và môi trường cũng tăng lên. Với độ xốp, diện tích bề mặt và các đặc tính chức năng tuyệt vời, CaCO₃ xốp sẵn sàng đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy công nghệ trên nhiều lĩnh vực.