聚天冬氨酸预组装仿生矿化合成碳酸钙过程研究

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1、分类号⋯⋯⋯⋯⋯⋯．UDC密级⋯公⋯开⋯⋯另毋声夕擎硕士研究生学位论文聚天冬氨酸预组装仿生矿化合成碳酸钙过程研究申请人：学号：培养单位：学科专业：研究方向：指导教师：完成日期：黄耀东2111291化学化工与材料学院环境科学环境化学杨士林副教授2014年3月20日IIIIIIIIllllllIIIMUlIIIIfY2569193摘要～一。摘要碳酸钙生物矿物具有复杂的形貌和优异的性能，因此借鉴生物矿化理论仿生合成实现对碳酸钙矿化过程的控制是合成新型碳酸钙的有效方法。本文采用与生物蛋白类似的聚天冬氨酸作为有机质，结合生物矿化中有机质模板理论与现有仿生矿化方法提出了预组装模板法，并且筛选了预

2、组装方式，优化预组装条件，确定超声预组装模板法后进一步改变各结晶条件，探究对于碳酸钙晶型、形貌的影响，分析聚天冬氨酸对于晶型、形貌的调控机理。预组装模板法与仿生矿化中常用的反应沉淀发以及碳化法相比，样品中球霰石含量有着大幅提升，与气体扩散法相比则大幅减少了矿化需要的时间，有利于聚天冬氨酸形成模板对矿化过程进行控制。进一步对预组装模板法预组装方式进行筛选及条件优化，结果表明，使用超声预组装模板法，超声时间为30min时，受PASP有机质调控所产生的球霰石含量最高，达到82．21％，最适宜聚天冬氨酸发挥其调控作用。采用超声预组装模板法，改变聚天冬氨酸浓度，样品中球霰石含量随聚天冬氨酸浓度

3、的升高呈现出先大幅升高而后微弱下降的趋势，在浓度为2．5mg／mL球霰石含量达到92．52％，碳酸钙形貌由立方菱面体转变为球形形貌，粒径由10um下降至lum；溶液过饱和度指数的升高使得球霰石含量先升高后降低，球形碳酸钙粒径减小，立方菱面体的粒径增大，当SI=6．75时，球霰石含量最大，形貌为单一球形碳酸钙；温度升高有利于球霰石晶型的产生，80℃时，球霰石含量达到最大96．24％，温度升高令球形碳酸钙形成占据优势，粒径由7-8um下降至lum左右，在60—80。C间，球形颗粒团聚形成长条状晶体；模板溶液滴加时间的延长有利于球霰石含量上升，滴加时间40min后变化趋于平稳，滴加时间40

4、min内，延长时间有利于形成球形形貌碳酸钙。继续延长时间对晶型、形貌的影响不大。搅拌速度的上升提高球霰石含量，其中搅拌速度为500rpm时，含量达到93．80％，在0．100rpm的较低搅拌速度下，得到了放射枝条状碳酸钙，升高搅拌速度200—500rpm，则得．T．黑龙江大学硕士学位论文到球形碳酸钙，且在500rpm时，颗粒具有良好的分散性。聚天冬氨酸通过其侧链上．COO。基团与Ca2+离子形成络合物模板，其中．COO‘与Ca2+结合的占据了Ca2+12配位体的空间位置，成核发生时，C032’离子取代了一COO’基团的位置，按照12配位体构相成核生长形成球霰石，此外，聚天冬氨酸形成模

5、板后对于提升了有机一无机界面局部微环境的过饱和度，有利于球霰石晶型的成核生长；聚天冬氨酸的．COO。基团在晶体生长阶段与特定晶面相互结合，起到了桥梁作用使碳酸钙小颗粒间进行自发组装取向融合，形成了表面颗粒状的球形碳酸钙。关键词：聚天冬氨酸；碳酸钙；仿生合成；球霰石：预组装AbstractCalciumcarbonatebiomineralshasacomplextopographyandexcellentperformance．Itisaneffectivewaytosynthesisofcalciumcarbonatewithnoveltopographybycontrolling

6、themineralizationofcalciumcarbonateaccordingtothetheoryofbiologicalmineralization．Inthisthesis，polyasparticacid(PASP)Wasusedasorganicmatter,whichissimilartobiologicalprotein．Thepre—assembledtemplatemethodWasproposedbasedontheorganictemplatetheoryandtheconventionalbiomimeticminerialization．Thecr

7、ystallizationconditionsofpre．assembledtemplate，theimpactofthepolymorphsandmorphologyofcalciumcarbonatewerestudiedbysellectingassemblymethodsandassemblyconditions．Theformationandgrowthmechanismofthecalciumcarbonatecrystalwereanalyz