專利名稱：一種在常溫常壓下合成文石納米棒的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有機-無機復合材料學，化學及生物材料學領域，具體是一種在常溫常壓下合成文石納米棒的制備方法。
背景技術：
碳酸鈣作為一種重要的無機化工產(chǎn)品，具有原料豐富，生產(chǎn)工藝簡單、性能穩(wěn)定等特點，廣泛用于橡膠、塑料、涂料、造紙、油墨、食品、醫(yī)藥、飼料等工業(yè)中。碳酸鈣一般作為填充劑用于造紙工業(yè)。在印刷用紙或書寫用紙中添加填料，目的在于改善紙的白度、不透明度、不光滑性、書寫性、手感、可印刷性等。我國每年需要碳酸鈣產(chǎn)品總量達400萬噸，其中造紙、塑料、橡膠行業(yè)的碳酸鈣消費量為80%，涂料占10%，其他行業(yè)占10%。而我國在產(chǎn)品的開發(fā)上還存在產(chǎn)品附加值低、技術含量低、品種單一、重復性差等問題，高檔碳酸鈣產(chǎn)品大多還依靠進口，在世界碳酸鈣行業(yè)處于比較落后的地位。所以，對于我們來說，急需要提高碳酸鈣產(chǎn)品的質(zhì)量，這樣才能夠滿足生產(chǎn)的需要。碳酸鈣晶體一般以三種形態(tài)出現(xiàn)，即方解石、文石和球文石。在常溫常壓下，方解石為穩(wěn)定晶型，文石和球文石為亞穩(wěn)定晶型。方解石晶體為立方體或紡錘形，而文石晶體常見為針狀單晶。在適宜條件下，文石晶體定向生長而形成晶須。因此在碳酸鈣晶體的制備過程中，必須對結晶過程進行控制以使其形成文石相晶體。文石型碳酸鈣作為增強材料，可以增加基體的韌性，同時使基體的可塑性增強；通過改變粒徑，在加工過程中可以改變物料的流變性能；文石型碳酸鈣還可以作為生物活性材料在醫(yī)藥等領域有特殊的應用。而文石納米棒又是一種納米材料，由于粒子小，團聚少， 易于分散，依靠自身的高強度，高模量，可以更有效地發(fā)揮增強增韌性能。而長纖維晶體又往往能增加制件的美觀性和平滑性，因此文石納米棒具有普通文石所無法比擬的獨特的性能。目前，合成文石型碳酸鈣的方法主要分為以下四類(1)復分解法；(2)加熱 Ca(HCO3)2溶液法；(3)尿素水解法；(4)碳酸化法。復分解法是可溶性碳酸鹽溶液與可溶性(或微溶性)鈣鹽溶液之間的反應。通常水溶性鈣鹽與碳酸鹽之間的溶液合成總是產(chǎn)生方解石，文石的合成需要嚴格控制合成條件，例如反應物的濃度、溫度、反應物的滴加速度、 攪拌速度、滴管直徑大小、雜質(zhì)離子等。加熱Ca(HCO3)2溶液法是將一定濃度的碳酸氫鈣溶液加熱分解制備文石晶體的一種方法，反應需要嚴格控制反應溫度及攪拌速度等。日本的 Yosgiyuki等用碳酸氫鈣加熱分解法制備出了長度為40-160 μ m、短徑1_3 μ m的文石碳酸鈣。但是這種制備方法能耗大，而且無論其產(chǎn)率還是純度都不盡人意，因此后續(xù)研究甚少。 尿素水解法是利用尿素水解緩慢釋放出碳酸根離子降低文石合成的過飽和度，一般用可溶性鈣鹽(氯化鈣或硝酸鈣等)作為鈣鹽，碳酸根離子的生成速度隨尿素水解速度而定，因此較易控制碳酸鈣晶體的形貌和大小。Wang等利用尿素水解法在氯化鈣溶液中制備出了長徑比為10的文石晶體，發(fā)現(xiàn)過高的氯化鈣濃度與攪拌速度都不利于文石晶體的生成。尿素水解法制備方法簡單、條件易于控制，而且不用加入凈重或晶型控制劑，但反應需要大量尿素做反應物，生產(chǎn)成本過高，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。碳酸化法，其基本方法是向氫氧化鈣懸濁液中通入二氧化碳氣體，在晶型控制劑的作用下制備文石型碳酸鈣，類似于工業(yè)上合成輕質(zhì)碳酸鈣的氣液法，因此也有人稱此法為氣液法。而這種方法要想制備較高純度的文石晶體則需要控制較高的反應溫度，這樣能耗就比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種工藝簡單、能耗低、在常溫常壓下合成文石納米棒的制備方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案概述如下一種在常溫常壓下合成文石納米棒的方法，是采用二氧化碳擴散沉積的方法，以竹蟶韌帶纖維狀蛋白質(zhì)層為模板，在常溫常壓下通過氯化鈣溶液與二氧化碳反應，得到文石納米棒。具體制備步驟如下1)竹蟶韌帶纖維狀蛋白質(zhì)層的分離及主要特征取竹蟶外殼，將韌帶從貝殼上機械性分離，去除韌帶外側的角質(zhì)層和內(nèi)側的文石層，將韌帶纖維狀蛋白質(zhì)層從貝殼上割下， 即得完整的竹蟶韌帶纖維狀蛋白質(zhì)層。使用前將蛋白質(zhì)層洗凈烘干。該纖維狀蛋白質(zhì)是由許多納米蛋白質(zhì)纖維(120nm)構成如

圖1所示，同源于血清白蛋白，具有“DVFLGMFLYEYAR” 特征性肽段，并且以富含天門冬氨酸，甘氨酸，蛋氨酸和苯丙氨酸為主要特征，質(zhì)量百分含量分別為14. 15%，33. 44%，8. 84%和8. 04%如表1所示。該蛋白質(zhì)的紅外光譜和XRD見圖2和圖3。常溫常壓下合成文石納米棒的方法，是采用二氧化碳擴散沉積的方法，以竹蟶蛋白質(zhì)層為基底，在常溫常壓下，通過氯化鈣溶液與二氧化碳反應，得到文石納米棒，具體制備步驟如下1)將竹蟶蛋白質(zhì)層分離取完整的竹蟶外殼，將竹蟶蛋白質(zhì)層分離，分離出來的蛋白質(zhì)層用去離子水浸泡得到竹蟶韌帶蛋白質(zhì)層試樣；作空白對照用的蓋玻片也要用去離子水浸泡；2)常溫常壓下將上述竹蟶韌帶蛋白質(zhì)層試樣和蓋玻片分別放置在裝有濃度為 0. 9mmol/L 45mmol/L的CaCl2溶液的培養(yǎng)皿中，溶液高度為5 50mm，然后將40mL濃度為 0. lmol/L稀硫酸和19. Og的NH4HCO3粉末，一起放置到干燥器中進行反應，反應溫度20°C 30°C，反應時間3 12小時，反應完成以后，分別取出竹蟶蛋白質(zhì)層和玻璃片；3)將竹蟶蛋白質(zhì)層和玻璃片分別用去離子水洗滌干凈，放在烘箱中以37°C的溫度烘12小時后，用手術刀刮下蛋白質(zhì)層上的白色晶體物質(zhì)，此白色晶體物質(zhì)即是我們所需要的產(chǎn)品。上述一種在常溫常壓下合成文石納米棒的方法，該合成反應的最佳工藝條件為 常溫常壓下，稀硫酸濃度為0. lmol/L, NH4HCO3粉末量為19. 0g, CaCl2濃度為0. 9mmol/L 9. Ommol/L，溶液高度為10mm，反應溫度為20°C 30°C，反應時間9小時。表1竹蟶蛋白質(zhì)層的氨基酸含量分析
權利要求
1.一種在常溫常壓下合成文石納米棒的方法，其特征在于，是采用二氧化碳擴散沉積的方法，以竹蟶蛋白質(zhì)層為基底，在常溫常壓下，通過氯化鈣溶液與二氧化碳反應，得到文石納米棒，具體制備步驟如下1)將竹蟶蛋白質(zhì)層分離取完整的竹蟶外殼，將竹蟶蛋白質(zhì)層分離，分離出來的蛋白質(zhì)層用去離子水浸泡得到竹蟶韌帶蛋白質(zhì)層試樣；作空白對照用的蓋玻片也要用去離子水浸泡；2)常溫常壓下將上述竹蟶韌帶蛋白質(zhì)層試樣和蓋玻片分別放置在裝有濃度為 0. 9mmol/L 45mmol/L的CaCl2溶液的培養(yǎng)皿中，溶液高度為5 50mm，然后將40mL濃度為 0. lmol/L稀硫酸和19. Og的NH4HCO3粉末，一起放置到干燥器中進行反應，反應溫度20°C 30°C，反應時間3 12小時，反應完成以后，分別取出竹蟶蛋白質(zhì)層和玻璃片；3)將竹蟶蛋白質(zhì)層和玻璃片分別用去離子水洗滌干凈，放在烘箱中以37°C的溫度烘 12小時后，用手術刀刮下蛋白質(zhì)層上的白色晶體物質(zhì)，此白色晶體物質(zhì)即是我們所需要的產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種在常溫常壓下合成文石納米棒的方法，其特征在于，該反應的工藝條件為常溫常壓下，稀硫酸濃度為0. lmol/L，NH4HCO3粉末量為19. 0g，CaCl2& 度為0. 9mmol/L 9. Ommol/L,反應溫度為20°C 30°C，溶液高度為10mm，反應時間9小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在常溫常壓下合成文石納米棒的方法，即在常溫常壓下，以竹蟶蛋白質(zhì)層為基底，采用二氧化碳擴散沉積的方法，通過氯化鈣溶液和二氧化碳反應3～12小時，得到文石納米棒產(chǎn)物。本發(fā)明具有以竹蟶蛋白質(zhì)層為基底在常溫常壓下反應溫度低、所消耗的能量少、純度高(99％以上)、合成工藝簡單、原料易得、無污染等特點，是一種理想的有機-無機復合納米材料。可以作為增強材料，增加機體的韌性，同時增加機體的可塑性；還可以作為生物活性材料在醫(yī)藥等領域有特殊的應用。
文檔編號C01F11/18GK102205984SQ201110090818
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權日2011年4月12日
發(fā)明者張剛生, 申巧敏, 黃增瓊 申請人:廣西大學