Porös Kalziumkarbonat (CaCO3)-Partikel gewinnen zunehmend an Bedeutung für den Einsatz in der Chromatographie, der Biomolekülbeladung und der Freisetzung von Arzneimitteln. Sie werden auch in biomimetischen Mineralien und der Konstruktion superhydrophober Oberflächen eingesetzt.
Vorbereitung Technologie der porösen Kalziumkarbonat
Die Template-Methode ist zum wichtigsten Ansatz für die Herstellung poröser Kalziumkarbonat.
Tenside, Polymere und natürliche Pflanzenbestandteile dienen als Template. Mit fortschreitender Forschung wurden Methoden wie Kopräzipitation, Emulsionsmembran- und Lösungsmittel-/Hydrothermalverfahren entwickelt. Diese Methoden bereichern die Herstellungsverfahren erheblich.
Unter den verschiedenen Herstellungsverfahren ist die Template-Methode am weitesten verbreitet und etabliert. Das Hauptprinzip besteht darin, das gewählte Template mit Calciumcarbonat zu beschichten, wodurch eine Kern-Schale-Struktur entsteht. Das Template wird anschließend durch Lösungsmittelauflösung, Hochtemperaturkalzinierung oder chemisch Reaktionen. Dieser Prozess führt zu hohl strukturierten Partikeln.
Die Template-Methode wird hauptsächlich in Soft- und Hard-Template-Methoden unterteilt, wobei die Soft-Template-Methode bei der Herstellung von porösem Calciumcarbonat vorherrschend ist. Bei der Template-Methode werden niedermolekulare Tenside und organische Lösungsmittel sowie hochmolekulare organische Verbindungen oder Polymere als Template verwendet.
Poröses Calciumcarbonat, das mit der Softtemplate-Methode hergestellt wird, weist üblicherweise eine kubische oder kugelförmige Form auf. Diese Partikel enthalten oft Wurmlochstrukturen, und ihre Oberflächen können geringe Mengen an Templaten oder Zersetzungsprodukten aufweisen.
Kalziumkarbonat Poren- und Morphologie-Kontrolltechnologie
Bei der Herstellung poröser CaCO3-Partikel liegt der Fokus auf der Kontrolle der Morphologie und den Nukleationsmechanismen. Die Morphologiekontrolle von porösem CaCO3 erfolgt hauptsächlich durch Tenside, wobei auch der Herstellungsprozess eine Schlüsselrolle spielt. Es gibt verschiedene Tenside, darunter auch kleine Moleküle wie anionische L-Asparaginsäure. Am häufigsten werden polymerbasierte Additive wie anionisches Polystyrolsulfonat (PSS), nichtionischer Polyvinylalkohol (PVA), Polyacrylamid (PAM) und Polyethylenoxid (PEO) verwendet. Auch amphiphile Blockcopolymere (DHBCs) und Zweikomponenten-Tensidsysteme wie das komplexe SDS und die PEO-PPO-PEO-Triblockcopolymermischung werden eingesetzt.
Anwendungsgebiete von porösem Calciumcarbonat
Die Anwendungen von porösem Calciumcarbonat hängen hauptsächlich von seiner Struktur und Kristallform ab.
Daher ist die Untersuchung seiner Herstellungsmethoden und -mechanismen zu einem wichtigen Thema seiner Entwicklung geworden.
Pharmazeutische Träger
Poröses Calciumcarbonat eignet sich als Wirkstoffträgermaterial und bietet eine hohe Wirkstoffbeladungskapazität sowie eine gute Langzeitfreisetzung. Insbesondere in Kombination mit einem reaktiven Hüllmaterial kann es die plötzliche Freisetzung von Pestiziden verhindern und die Reaktionsfunktionen des Wirkstoffabgabesystems verbessern. Das Ergebnis ist ein System mit multireaktiven, kontrollierten Freisetzungseigenschaften.
Batteriematerialien
Forscher haben erstmals nanoskaliges Calciumcarbonat als Feststoffelektrolytzusatz in Lithium-Metall-Batterien eingesetzt. Es bindet Nebenprodukte wie HF im Elektrolyten, unterdrückt den Säuregehalt und bildet eine dichtere, robustere SEI-Schicht. Die freigesetzten Ca2+-Ionen in EC/DEC können an der Metalloberfläche adsorbieren und so eine elektrostatische Abschirmung bewirken.
Kunststoffe
Poröses Calciumcarbonat findet in der Kunststoffverarbeitung vielfältige Anwendung. Es dient einerseits als Füllstoff zur Verbesserung mechanischer und optischer Eigenschaften. Andererseits wirkt es als Keimbildner und verbessert so die Verarbeitbarkeit.
Adsorptionsmaterial
Die hohe spezifische Oberfläche und Porosität von porösem Calciumcarbonat verleihen ihm hervorragende Adsorptionseigenschaften. Eine Institution hat ein Verfahren zur Defluorierung von Lithiumglimmer-Flotationsabwässern entwickelt. Dabei kommt ein Defluorierungsmittel zum Einsatz, das ein Fällungsmittel und ein Adsorptionsunterbrecher enthält. Das Adsorptionsunterbrechermittel ist poröses Calciumcarbonat, das mit NaOH und AlCl3 beladen ist. Durch die Zugabe des Adsorptionsunterbrechers zum Defluorierungsmittel wird die Herausforderung gelöst, Fluorid aus Fluorkieselsäurekomplexen zu entfernen.
Klebematerial
Ein Unternehmen entwickelte einen stark haftenden, lösungsmittelbeständigen Klebstoff und dessen Herstellungsverfahren sowie eine Polyimid-Verbundfolie und eine Siebdruckschablone. Der Klebstoff ist mit Phenylsilan-Haftvermittlern modifiziert und mit 18–30 Teilen Härter angereichert. Der hohe Härteranteil verleiht dem Produkt hohe Haftung und Lösungsmittelbeständigkeit und eignet sich daher besonders zum Verkleben von Polyimidfolien und Metallgeweben für Siebdruckschablonen.
Papierbasierte Verkleidungsmaterialien
Ein Unternehmen hat ein papierbasiertes Dekorationsmaterial mit UV-Beständigkeit entwickelt. Poröse Calciumcarbonat-Füllstoffe werden mit Titandioxid angereichert, wodurch eine papierbasierte Oberfläche mit hervorragendem UV-Schutz entsteht.
Biosensoren
Biosensoren sind schnelle Analysemethoden für Spurenelemente auf molekularer Ebene. Sie bieten breite Anwendungsmöglichkeiten in der klinischen Diagnostik, der industriellen Steuerung, der Lebensmittel- und Arzneimittelanalytik, dem Umweltschutz und der biotechnologischen Forschung.
Asphaltbelagsmaterialzusatzmittel
Ein Unternehmen entwickelte einen Asphaltbelagszusatz, einen selbstheilenden Asphaltbelag und dessen Herstellungsverfahren. Der Zusatz ist ein Verbundwerkstoff aus silbernanodrahtmodifizierten Mikrokapseln, Asphaltverjünger und porösem Calciumcarbonat. Der Verbundwerkstoff setzt den Asphaltverjünger langsam und effektiv frei, während sich der Asphaltbelag bildet, und gleicht so den Verlust aromatischer Bestandteile im Asphalt aus. Dies verzögert den Alterungsprozess und die Rissbildung des Asphalts. Die synergistische Wirkung beider Komponenten erhöht die Haltbarkeit und Selbstheilungsfähigkeit des Asphaltbelags und macht ihn äußerst praktisch.
Biokeramik
Aufgrund seiner hervorragenden Osteokonduktivität, Biokompatibilität und Abbaubarkeit findet Calciumcarbonat breite Anwendung in Biologie und Medizin. Anfang der 1990er Jahre wurde poröses Calciumcarbonat bereits für die In-vitro-Kultur menschlicher Knochenmarkzellen, Fibroblasten, gingivaler Fibroblasten und fetaler Rattenosteoblasten verwendet. Im Vergleich zu anderen Materialien weist poröses Calciumcarbonat nicht nur eine gute Porosität, Porengröße und Porenkonnektivität auf, sondern zeigt auch eine bessere Biokompatibilität. Es unterstützt die Knochenregeneration und -reparatur. Klinisch wurde poröses Calciumcarbonat in der Orthopädie und der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie zur Reparatur von Knochendefekten eingesetzt und erzielte gute Ergebnisse.
Abschluss
Derzeit konzentriert sich die Forschung zu porösem Calciumcarbonat eher auf High-End-Anwendungen. Aufgrund seiner porösen Struktur, der hohen spezifischen Oberfläche und Porosität wird es als Wasseraufbereitungsmittel zur Adsorption gelöster Stoffe und kolloidaler Materialien im Wasser eingesetzt. Die Forschung zur Adsorption von gasförmigen Schadstoffen, Feinstaub und Schwermetallen durch poröses Calciumcarbonat bedarf jedoch noch weiterer Durchbrüche.
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