N_N_亚甲基双丙烯酰胺对碳酸钙形貌的调控.docx

N,N-亚甲基双丙烯酰胺对碳酸钙形貌的调控付娟,张群,任丽英(安庆师范学院化学化工学院,安徽安庆246011)摘要:以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为添加剂对碳酸钙晶体进行调控,用X-射线粉末衍射仪(XRD)、红外吸收光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对碳酸钙晶体的晶型和形貌进行了表征。结果显示,当加入0.1gN,N-亚甲基双丙烯酰胺,并且pH值为4.0时,碳酸钙晶体的形貌呈多层球状;当加入0.005gN,N-亚甲基双丙烯酰胺,且pH值为8.0时,碳酸钙晶体的形貌出现花状,但晶体的晶型都是方解石。关键词:碳酸钙;晶体生长;N,N-亚甲基双丙烯酰胺;形貌中图分类号:O414.2文献标识码:A文章编号:1007-4260(2010)02-0098-040引言从自然界矿物质的丰度来看,碳酸钙是自然界和工业上最为重要的矿物质之一,它丰富地存在于地质及生物领域,在生物体中起着重要的作用。通常,碳酸钙存在多种晶形,常见三种无水结晶态为方解石、文石和霰石,还有三种含水相:六水合碳酸钙、一水合碳酸钙以及一种无定形态,它们常常作为反应的中间态,由于热力学不稳定,在自然界中很少存在[1-4]。生物矿化中,生物体通过有机大分子为矿物生长提供的基质或模板,调控无机离子在界面作用成核、结晶以及取向性生长,从而形成各种特殊结构、形貌和性能的无机矿物。在生物矿化领域,碳酸钙一直是重要的模拟对象之一,近年来,用有机物作为添加剂仿生合成碳酸钙材料得到了广泛的研究。如孙平等人研究了St/AA共聚物的组成对碳酸钙结晶及形貌的影响,当St和AA的物质的量比为3∶1时,合成出了类珍珠岩层碳酸钙结构[5];吴刚等在N,O-羧甲基壳聚糖体系中仿生合成纳米碳酸钙,在一定条件下得到了以高能量球霰石为主的碳酸钙纳米微晶[6],等等。本文以N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为添加剂,通过改变浓度和pH值来对碳酸钙晶体的形貌进行调控。1实验试剂与仪器N,N-亚甲基双丙烯酰胺,无水CaCl2、NH4HCO3、NaOH、HCl、丙酮均为分析纯试剂,实验用水为二次蒸馏水。红外光谱在NicoletAvatar360型傅里叶红外光谱仪上采集,KBr压片,波数:4000-500cm-1,分辨率3cm-1;用JEOL-7500B型场发射电子扫描电镜(SEM,日本JEOL公司)观测样品的微观形貌,工作电压5.0KV;X射线粉末衍射测试是用日本岛津XRD-6000粉末X-射线粉末衍射仪(Cu靶,Kaλ,=0.154060nm);pH值用PHS-3C型pH计(上海精科雷磁)测定。2碳酸钙晶体的制备分别称取4份0.1gN,N-亚甲基双丙烯酰胺加入到盛有10mL1mmol/LCaCl2的小烧杯中,搅拌使其完全溶解,用NaOH(10mmol/L)或HCl(10mmol/L)分别调节pH值为4.0、7.5、9.0、10.0;再分别称取4份0.005gN,N-亚甲基双丙烯酰胺加入到盛有10mL1mmol/LCaCl2的小烧杯中,3收稿日期:2009-12-27基金项目:国家自然科学基金资助项目资助。作者简介:付娟,女,安徽舒城人,安庆师范学院化学化工学院硕士研究生。第2期付娟,张群,任丽英:N,N-亚甲基双丙烯酰胺对碳酸钙形貌的调控·99·搅拌使其完全溶解,用NaOH(10mmol/L)或HCl(10mmol/L)分别调节pH值为4.0、7.5、8.0、9.0。将上述的小烧杯用保鲜膜密封,并在上面各扎上4个小孔,小心地放入干燥器中,在干燥器中央放入一个盛有NH4HCO3的烧杯,再把干燥器放进恒温培养箱(30℃),静置培养24h,通过气相扩散法制得CaCO3晶体。样品取出后用二次蒸馏水及丙酮洗涤3-5次,常温干燥待测。3结果与讨论3.1结构表征碳酸钙晶体具有方解石、文石和霰石3种晶型,各种晶型的XRD曲线不同。图1和图2分别是加入0.1g、0.005gN,N-亚甲基双丙烯酰胺得到碳酸钙晶体的XRD曲线图,从图上可以看出,都出现了(102)、(104)、(006)、(110)、(113)、(202)、(108)、(116)等晶面的衍射峰,与标准谱图对照说明所得的碳酸钙晶体为典型的方解石。Fig.1XRDspectraofCaCO3obtainedfromdifferentpHsystems(a)4.0;(b)7.5;(c)9.0;(d)10.0Fig.2XRDspectraofCaCO3obtainedfromdifferentpHsystems(a)4.0;(b)7.5;(c)8.0;(d)9.0Fig.3FT-IRspectraofCaCO3obtainedfromdifferentpHsystems(a)4.0;(b)7.5;(c)9.0;(d)10.0Fig.4FT-IRspectraofC