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从硬脆到柔韧:碳酸钙联手水凝胶构建生物质矿化膜

       自然界中存在很多具有分层结构的生物质材料,它们具有很好的性能以及功能。其中珍珠层作为生物质矿化材料由95%的碳酸钙以及5%的有机组分组成具有典型的“砖墙”结构,它具有极好的机械性能尤其在拉伸强度、杨氏模量以及防止断裂方面。人造生物质矿化材料目前面临着有机组分含量过低时易碎裂甚至难以合成的问题。
        四川大学的宋飞教授等人在《Advanced Function Materials》期刊上发表的一篇研究中,作者先以CaCl2和海藻酸钠混合形成海藻酸钠凝胶(CaAlg),接着加入Na2CO3引入CO32+,Ca2+捕捉CO32+形成碳酸钙水凝胶复合膜(CaCO3-Alg)。CaCO3-Alg可以卷曲而不会断裂,在扫描电子显微镜(SEM)观察下,碳酸钙粒子之间具有足够的自由空间使水凝胶桥存在,具有韧性的水凝胶可以使硬脆的碳酸钙在外界压力下不会断裂。热重分析(TGA)中,500℃下材料失重仅有5%,证明其中有机组分含量接近自然珍珠层材料。CaCO3-Alg膜在水中表现出极好的疏油性,接触角与滑动角分别为147±2.0°和2±1.0°,以CaCO3-Alg膜过滤油水混合物和水包油微乳液,在高于6400 L m-2 h-1的流速下分离率高达99.99%。CaCO3-Alg膜在吸附重金属离子过程中同样表现出优异的性能,吸附后Pb2+、Cd2+和Cu2+浓度分别从351、350、360ppm降低到0.05ppm以下。更为关键的是,CaCO3-Alg膜在机械磨损后疏油性以及重金属离子吸附能力依然不会降低。
      作者通过简单的方法制得CaCO3-Alg膜,这种膜表现了优秀的疏水性和重金属吸附能力,并且在机械磨损后仍然不会失去这些功能,这些结果表明人造生物质矿化材料具有广阔的应用前景。(来源:QYIM & AMSC K FANG 编报)

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