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无定形碳酸钙的一些合成、转化及性质研究

蔡国斌

  本论文首先综述了研究生物矿物的重要性及生物矿化的研究进展,重点阐述了无定形碳酸钙在生物矿化领域的重要作用。虽然无定形碳酸钙的合成与机理研究已经取得了长足的进步,但是,对无定形碳酸钙的合成、稳定和转化还存在很多未解之谜。基于此,本论文以无定形碳酸钙为主要研究对象,发现了一种有机小分子可以稳定无定形碳酸钙,研究了对无定形碳酸钙的稳定作用以及结晶生长控制,探讨了其稳定的无定形碳酸钙结晶转化的机理;尝试使用聚丙烯酸稳定的无定形碳酸钙进行了水处理应用的研究;同时,发现了一种很好的染料分子可用于无定形碳酸钙的染色,并研究了结晶转化过程中染料的转移情况。所取得的主 要研究成果如下: 1.在气相扩散实验中,发现一种低分子量的有机分子——1,3-二氨基-2-羟基丙烷-N,N,N’,N’-四乙酸至少能在三天内使无定形碳酸钙保持稳定而不发生晶形转变。系统地研究了1,3-二氨基-2-羟基丙烷-N,N,N’,N’-四乙酸稳定的无定形碳酸钙从稳定到结晶转变的过程。通过选择性的中断反应,成功捕获了无定形碳酸钙的成核区域与反应中间态。发现无定形碳酸钙存在两种形式,其一能够在基底上形成密堆积层,在此层可以导致成核的出现;另一种则形成类球状聚集体,成核开始后,此聚集体即从内部溶解,进而消失。在结晶过程中,发现在基底上形成的结晶中间体表现为纤维状聚集态,且整体显示出从棒到哑铃最终到球形的转变过程。在机理上,提出了选择性吸附和介观晶体转变在无定形碳酸钙的转变过程中起了决定性的作用。 2.研究了聚丙烯酸稳定的无定形碳酸钙在去除水溶液中有毒重金属离子中的应用。研究结果表明,最大去除量分别是514.62 mg Cd~(2+)/g,1028.21 mg Pb~(2+)/g,258.85 mg Cr~(3+)/g,320.5 mg Fe~(3+)/g,537.2 mg Ni~(2+)/g,无定形碳酸钙不仅能大量去除水中重金属离子,还能去除痕量金属离子。在处理痕量放射性Eu~(3+)离子污染的水溶液时,发现平均去除百分比约为83.0%。还系统地研究了无定形碳酸钙对Cd~(2+)离子的去除情况以及可能的去除机理。认为由无定形碳酸钙的高溶解性导致的沉淀转化反应是决定无定形碳酸钙高去除率的原因。 3.以水解碳酸二甲酯的方法合成了1,3-二氨基-2-羟基丙烷-N,N,N’,N’-四乙酸稳定的无定形碳酸钙,研究了其组成以及不同初始组分对结晶转化的影响,发现该方法得到的无定形碳酸钙组成基本固定,有机分子在其中所占的比例非常少。同时,发现在不同初始浓度下获得的无定形碳酸钙在结晶过程中基本保持相同的行为,即均主要产生了棒状形貌,说明了稳定剂对无定形相结晶的控制。并以染料1,6,7,12-四氯-3,4,9,10-苝四甲酸二酐对无定形碳酸钙染色,制备了高荧光强度的无定形碳酸钙-染料复合物。发现此复合物不仅使得染料发射波长发生了改变,也极大的增强了荧光强度。运用荧光显微的方式跟踪了此无定形碳酸钙的结晶过程,认为所用染料在结晶过程中转移至结晶相上,从而推测出选择性吸附偏向于结晶相的结论。……   
[关键词]:生物矿化;无定形碳酸钙;1;3-二氨基-2-羟基丙烷-N;N;N’;N’-四乙酸;选择性吸附;水处理;染料掺杂;1;6;7;12-四氯-3;4;9;10-苝四甲酸二酐
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国科学技术大学2010年
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