编号：FTJS108154
篇名： 基于CaCl2-NH3-CO2体系制备碳酸钙的形貌机理研究
作者： 张欣爱
关键词： 白云石; 六棱柱碳酸钙; 球霰石; 碳氨法; 氘效应; 溶解度; 水热法;
机构：沈阳化工大学
摘要： 碳酸钙是自然界中广泛存在的无机矿物。作为全球储量最丰富的矿物之一,它被应用于各领域之中。碳酸钙主要以球霰石、方解石及文石晶型存在,本文采用碳氨法基于CaCl2-NH3-CO2体系,进一步在溶液中形成NH3-NH4+缓冲体系,制备出多种形貌碳酸钙并深入探究其生长机理,针对碳酸钙形貌的可控合成开展研究。 （1）本文利用氯化铵溶液,通过消化反应从白云石中提取钙,得到富钙溶液。基于CaCl2-NH3-CO2体系下制备出多种形貌碳酸钙,在88℃下获得了六棱柱形文石碳酸钙。并探究了NH3-NH4+缓冲体系和Mg2+对文石碳酸钙形貌的影响。缓冲体系和Mg2+是制备出六棱柱碳酸钙的关键影响因素。 （2）将得到富钙溶液中的离子成分进行分析并配制溶液,探究白云石中微量成分对球霰石碳酸钙形态的影响,重点研究了溶液中阳离子(Mg2+、Fe3+、Si4+、Al3+)的影响,揭示了白云石中的成分对碳酸钙各形貌的形成起到关键作用。并采用形态学程序预测了理想状态下的球霰石碳酸钙晶体形貌,计算结果与实验结果一致。 （3）本文提出,正常水中氘含量的几十ppm扰动可能会在水相过程中对某些物理或化学性质产生可测量的影响,这种现象被称为“氘效应”。本文采用平衡法测定了氯化钙和甲酸钙在不同氘含量水中的溶解度和溶液密度,并通过修正的vant Hoff方程计算其溶解热力学参数,初步证实氘效应的存在。 （4）碳氨法需要通入NH3为碳酸钙的结晶提供碱性环境,因此溶液中会有大量的氨存在,形成氨气-水体系并产生氘交换,导致水中氘含量发生变化。因此,氘效应是影响碳酸钙形貌的因素之一。本文进一步探究了低氘水（130 ppm,40 ppm）和多氘水（165 ppm）对制备碳酸钙的影响。以低氘水和多氘水作为溶剂配制溶液,分别采用氯化钙和白云石为原料,基于碳氨法制备碳酸钙。通过SEM、XRD表征得出,不同氘含量水中制备出的碳酸钙存在差异。 （5）碳氨法制备碳酸钙是将氨气通入溶液后,其生成的OH-作为产物生长环境的碱性来源,为碳酸钙提供了稳定的生长环境。因此,本文探究了水热法对制备碳酸钙的影响,与碳氨法进行比较。保持料液比一致,探究不同温度和不同氘含量对碳酸钙的影响。实验结果表明碳氨法能更好的控制碳酸钙多种形貌的生长。