SYNTHESIS
OF
MICRO
AND
NANO-SIZED
CALCIUM CARBONATE PARTICLES AND THEIR APPLICATIONS
SYNTÉZA MIKRO A NANOČÁSTIC UHLIČITANU VÁPENATÉHO A JEJICH APLIKACE Autoři článku: Yash Boyjoo, Vishnu K. Pareek Jian Liu - Curtin University, Australia Autor prezentace: Martin Zeman, TUL
MOTIVACE Široké uplatnění v průmyslu díky vlastnostem: vysoká poréznost vysoký poměr povrchu k objemu netoxičnost biokompatibilita s tělesnými tekutinami V důsledku toho došlo k rozsáhlému výzkumu, jehoţ cílem je získat snadné způsoby syntézy nano a mikro částic uhličitanu vápenatého v definované velikostí. 2
ROZDĚLENÍ SYNTÉZ ČÁSTIC Většina těch syntéz je zaloţena buď na: biomimetických metodách CO2 probublávajících metodách
Tento článek popisuje tyto metody a důsledky změn parametrů experimentu. O současném a potenciálním vyuţití těchto částic v oblastech výplňových materiálů, v biomedicíně, v oblasti ţivotního prostředí a potravinářském průmyslu se také v článku diskutovalo.
3
ZKOUMANÉ PARAMETRY Z kvantitativních a kvalitativních typů veličin se článek zabývá např.: koncentrací pH teplotou poměrem koncentrací iontů [Ca2 +]/[CO32-] poměrem rozpouštědla vlivem způsobu a doby míchání na vlastnosti vyprodukovaných částic. 4
VLASTNOSTI Menší rozměr částic nenabízí jen větší měrný povrch pro lepší přenos hmoty a energie, ale také poskytuje objevování vlastností materiálů, které poté mohou usnadnit chemické reakce řízeným způsobem. Materiály mohou být upraveny tak, aby vyhovovaly nebo reagovaly se specifickými látkami a pro cílený transport pomocí: elektrostatiky pH teplotně závislých interakcí. 5
VYUŢITÍ Uhličitan vápenatý (CaCO3), je nesmírně důleţitý materiál, a to jak v základním výzkumu, tak i v průmyslu. Pouţívá se jako plnící materiál v: barvách pigmentech povlacích papíru plastech Můţe být tvarován organismy do sloţitých a krásných tvarů kostí, zubů a ulit.
6
ČTYŘI FORMY CaCO3 můţe existovat především ve čtyřech podobách: kalcit vaterit aragonit amorfní uhličitan vápenatý (ACC) Z nichţ je kalcit nejvíce termodynamicky stabilní fáze. ACC fáze je nestabilní a působí jako zárodek (krystalizační jádro) pro růst krystalů dalších polymorfů. Kalcity vaterit a aragonit mají typické morfologické tvary (rhombohedral, kulovité a jehlovité), viz obr.1.
7
8
KOMENTÁŘ K OBRÁZKU 1 Obr.1: Typické tvary různých CaCO3 podob: a) rhombohedral b) kulovitý vaterit c) tyčinkovitý aragonit d) amorfní krystalizační jádra (ACC) Celosvětová dostupnost CaCO3 (jako vápenec), kompatibilita a netoxicita vůči lidskému tělu dělá syntézu tohoto materiálu zajímavým a atraktivním tématem pro vědce. Bezpočet studií jak stabilizovat specifické podoby CaCO3 různých velikostí a tvarů, jak je vidět na obr.2.
9
10
KOMENTÁŘ K OBRÁZKU 2 Obr.2: Různé tvary, které mohou být vystavěny pomocí CaCO3: a) monodisperzní kuličky b) koule s intercrossing pancakes, c) koule s centrálním otvorem d) pyramidové tetraedry e) destičkový útvar f) vrstvené porézní hierarchické struktury g) jako burské oříšky h) dvojice nepravidelných kuliček i) vrstvené nepravidelné kuličky
11
Obr.3: Vlastnosti a oblasti vyuţití CaCO3 částic.
12
KOMENTÁŘ K OBRÁZKU 4 Obr.4: Hlavní metody syntézy CaCO3: a) spontánní sráţecí metoda b) pomalá uhlíková metoda c) reverzní (W/O) emulzní metoda d) CO2 bublinková metoda.
13
Biomimetická metoda je v a), b) a c).
14
Obr.5: Příklady CaCO3 vyskytující se v přírodě například jako ulity měkkýšů.
15
KOMENTÁŘ K OBRÁZKU 5 A 6
Obr.6: a) SEM mikrokuliček syntetizovaných bez přísad b) snímek SEM jedné mikrokuličky ukazující porézní povahu částice. 16
17
KOMENTÁŘ K OBRÁZKU 7 Obr.7: a) děravé kuličky s 2g/l triblokového kopolymeru Pluronic F127 a 20 mM SDS b) konvexní disky se směsí PEO-b-PMAA/SDS po 1 dni c) děravé disky se směsí PEO-b-PMAA/SDS po 7 dnech d) stejnoměrné šištičky se směsí PEO-b-PMAA/CTAB << poly(ethylene glycol)-block-poly(methacrylic acid) (PEG-b-PMAA); cetyltrimethylamonium bromid (CTAB); dodecysulfát sodný (SDS) >> 18
19
KOMENTÁŘ K OBRÁZKU 8 A 9 Obr.8: Vliv teploty se škrobem jako přísadou a v různých koncentracích CaCO3. Obr.9: Povrch modifikovaný CaCO3 částicemi pouţívaný jako plnidlo v superhydrofobních površích.
20
Obr.10: Transport léčiv, uvolnění vlivem změny pH prostředí.
21
Obr.11: Mechanismus detekce toxického substrátu. Molekula substrátu proniká póry CaCO3 a dosáhne imobilizovaného enzymu. Enzym oxiduje substrát odstraněním elektronů, které protékají elektrodou a to je zaznamenáno jako elektrický signál.
22
Děkuji za pozornost
23
