中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來功能化礦物粉體復(fù)合材料研究備受關(guān)注，碳酸鈣作為發(fā)展較早的傳統(tǒng)粉體，以其龐大的儲(chǔ)量、綠色且相對(duì)穩(wěn)定的礦物性質(zhì)、低廉的價(jià)格和生產(chǎn)成本，吸引了研究人員和生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。
傳統(tǒng)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)是由原料直接進(jìn)行加工的產(chǎn)品（如GCC中填料級(jí)粉體等），附加值低、利潤(rùn)小、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。將微納米CaCO3改性和與特定物質(zhì)進(jìn)行有序復(fù)合以構(gòu)建功能材料，可調(diào)整、優(yōu)化CaCO3的表面特性、結(jié)構(gòu)與材料屬性，提高應(yīng)用性能，并通過賦予復(fù)合材料新功能以實(shí)現(xiàn)CaCO3產(chǎn)品的提質(zhì)升級(jí)、拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域、提高利用價(jià)值、附加值和競(jìng)爭(zhēng)力。微納米CaCO3改性與復(fù)合功能材料的構(gòu)建及應(yīng)用不僅對(duì)CaCO3產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和資源的高效、高價(jià)值利用及產(chǎn)品的綠色化生產(chǎn)具有積極帶動(dòng)作用，而且對(duì)其它非金屬礦行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步也具有引領(lǐng)和參考價(jià)值。同時(shí)，它還通過協(xié)同提升與CaCO3相復(fù)合的材料功能使這些材料的應(yīng)用水平提高、用量和成本降低，從而推動(dòng)這些材料及其應(yīng)用行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
2025年4月10日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2025第四屆全國(guó)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)高值化發(fā)展交流大會(huì)暨第三屆功能母粒材料及應(yīng)用高峰論壇”在安徽池州成功召開！在本次大會(huì)期間，中國(guó)粉體網(wǎng)記者邀請(qǐng)了中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)陳代梅教授做客“對(duì)話”欄目，為大家講解CaCO3基體復(fù)合功能材的內(nèi)涵、制備技術(shù)和研究成果。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)陳代梅教授
粉體網(wǎng)：陳教授，請(qǐng)您介紹一下您所在的團(tuán)隊(duì)，講講近期你們?cè)阝}材料方面的研究工作和一些新的著作？
陳教授：我們的團(tuán)隊(duì)是礦物復(fù)合材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)人是丁浩教授，主要成員還有梅樂夫教授、敖衛(wèi)華教授、陳代梅教授(我)、孫思佳副教授、張涵博士后等。
近20多年以來，圍繞微納米CaCO3改性與復(fù)合功能材料構(gòu)建及其應(yīng)用等主題開展了系統(tǒng)的科學(xué)研究，涵蓋了基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用等各個(gè)方面，在微納米CaCO3表面有機(jī)改性及其聚團(tuán)、解聚和分散、CaCO3復(fù)合金屬化合物功能材料制備、CaCO3為原料鈣化合物制備和上述CaCO3改性與復(fù)合功能材料作為填料、顏料、光催化劑、抗菌劑、陶瓷乳濁劑和在去除水中重金屬離子等應(yīng)用領(lǐng)域取得了一系列研究成果。
我們開發(fā)了CaCO3-TiO2和CaCO3-SiO2-TiO2復(fù)合顏料、CaCO3-TiO2和CaCO3-SiO2-TiO2復(fù)合陶瓷乳濁劑、CaCO3表面負(fù)載納米TiO2和CdS復(fù)合光催化劑、CaCO3/Al(OH)3復(fù)合材料、CaCO3負(fù)載ZnO及其改性超疏水涂層的制備與抗菌性能，開發(fā)的CaCO3@SiO2復(fù)合材料用在橡膠和塑料中大大節(jié)約白炭黑的用量，其中部分成果已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。
目前有2-3項(xiàng)研究獲得成果鑒定，4項(xiàng)成果獲得省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，發(fā)表國(guó)際SCI論文150篇，國(guó)內(nèi)核心期刊論文30篇，出版礦物復(fù)合材料相關(guān)學(xué)術(shù)著作7部。目前培養(yǎng)博士研究生21人、碩士研究生69人，博士后3人。
粉體網(wǎng)：陳教授，CaCO3功能材料具體是指什么？有哪些種類？
陳教授：CaCO3基體復(fù)合材料主要是以CaCO3礦物為基體，以特定的無機(jī)功能材料為功能組分，將二者進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的有序復(fù)合。也就是通過物理、化學(xué)和一些表面改性的方法賦予碳酸鈣功能性，如吸附、催化、藥物釋放還有用在涂料、顏料時(shí)展現(xiàn)出的功能性填充效果。
碳酸鈣功能材料分類方式也有很多種，例如天然碳酸鈣、合成碳酸鈣。按照形貌結(jié)構(gòu)可以分為多孔碳酸鈣、納米碳酸鈣、碳酸鈣復(fù)合材料（無機(jī)、有機(jī)材料復(fù)合）。
按照應(yīng)用領(lǐng)域我們可以將其分為多種，環(huán)保方面應(yīng)用主要以碳酸鈣為載體，如重金屬吸附用碳酸鈣功能材料；和二氧化鈦復(fù)合，賦予碳酸鈣一些催化性能；利用碳酸鈣制備超疏水自清潔涂層材料等。醫(yī)藥方面應(yīng)用，碳酸鈣還可作為藥物釋放載體、骨修復(fù)材料。在橡膠、塑料方面應(yīng)用，碳酸鈣功能材料可以作為填充性功能材料，增加橡膠力學(xué)性能，整體提升補(bǔ)強(qiáng)效果。
粉體網(wǎng)：陳教授，您給大家科普一下CaCO3功能材料制備關(guān)鍵技術(shù)有哪幾種？
陳教授：碳酸鈣成為功能材料主要依賴于制備技術(shù)，顆粒大小、粒徑分布、晶型、表面性質(zhì)相關(guān)的控制技術(shù)都是十分關(guān)鍵。
碳酸鈣功能材料制備工藝主要分為：沉淀法、碳化法、模板法、生物礦化法、微乳液法。
沉淀法，這是制備碳酸鈣功能材料最簡(jiǎn)單、最快速的方法。用此法生產(chǎn)碳酸鈣功能材料的關(guān)鍵在于如何控制溶液的pH值、前絮物的濃度、添加劑，以此控制碳酸鈣顆粒大小和晶型。
碳化法，這是制備碳酸鈣最常用的技術(shù)，主要用于制備輕鈣。用此法生產(chǎn)碳酸鈣功能材料的關(guān)鍵在于控制CO2的通入速度，以此來控制碳酸鈣的晶型、顆粒大小。
模板法，分為硬模板法和軟模板法。軟模板法利用十二烷基硫酸鈉(SDS)等有機(jī)物質(zhì)作為表面活性劑控制形成多孔碳酸鈣。硬模板法主要用聚丙乙烯（PS）或二氧化硅（SiO2）作為載體生產(chǎn)多孔碳酸鈣，對(duì)于重金屬吸附效果很好。
生物礦化法，利用生物中的有機(jī)物質(zhì)促進(jìn)碳酸鈣生成。生物礦化法生產(chǎn)的碳酸鈣主要在骨材料中應(yīng)用。
微乳液法，利用油和水的比例控制形成的微環(huán)境來控制碳酸鈣的生長(zhǎng)。該方法生產(chǎn)的碳酸鈣顆粒細(xì)小、晶型可控，也可以用于功能性碳酸鈣制備。
粉體網(wǎng)：陳教授，目前CaCO3功能材料有哪些研發(fā)成果？
陳教授：近幾年，碳酸鈣高附加值應(yīng)用一直是比較熱門的研究課題。目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)、包括我們課題組都有一些新的研究成果，廣泛用于藥物傳遞、環(huán)保、化工等領(lǐng)域。
藥物傳遞方面，中國(guó)科學(xué)院利用碳酸鈣pH值敏感性，即通過對(duì)微環(huán)境酸性值的控制以碳酸鈣為載體實(shí)現(xiàn)藥物快速釋放；在骨修復(fù)材料方面，哈佛大學(xué)以碳酸鈣為貝殼結(jié)構(gòu)制備殼聚糖復(fù)合材料，骨增強(qiáng)性能優(yōu)越，強(qiáng)度達(dá)到200MPa。
在環(huán)保方面的應(yīng)用，我們礦物復(fù)合材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)制備了多孔碳酸鈣，對(duì)Pb2+的吸附性能達(dá)到800mg/g；我們以碳酸鈣包覆二氧化硅復(fù)合材料對(duì)Pb2+的吸附性能達(dá)到2000mg/g以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)際上同類材料的吸附容量；我們以碳酸鈣復(fù)合二氧化鈦和硫化鎘光催化材料用于吸附水中的有機(jī)污染物以及重金屬，這些產(chǎn)品性能水平都非常高。
此外，碳酸鈣，尤其是納米碳酸鈣在橡膠材料里具有廣泛的應(yīng)用，但是碳酸鈣和高分子機(jī)體相容性差。我們課題組發(fā)明了二氧化硅包覆碳酸鈣材料，大大提高了碳酸鈣和有機(jī)物相容性，在橡膠、塑料中應(yīng)用其拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能，包括一些熱學(xué)性能得到有效提高，大大節(jié)約了白炭黑用量。
碳酸鈣在新能源電池方面也有一些應(yīng)用成果，有課題組以多孔碳酸鈣為模板制備的多孔碳，產(chǎn)品比容量達(dá)到2000mAh·g-1，這方面的研究也是大大拓寬了碳酸鈣的應(yīng)用領(lǐng)域和價(jià)值。
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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