본 연구에서는 화학적 침전반응에 의해 얻어지는 결정화계에서Ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA), Diethylene triamine pentaacetic acid (DTPA), Citric acid(CIT), Pyromellitic acid (...
본 연구에서는 화학적 침전반응에 의해 얻어지는 결정화계에서Ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA), Diethylene triamine pentaacetic acid (DTPA), Citric acid(CIT), Pyromellitic acid (PMA), Poly acrylic acid (PAA)를 각각 첨가하여 고분자와 산 첨가제의 농도와 반응온도가 탄산칼슘의 평균입경과 입도분포, 결정형상 변화에 미치는 영향을 연구하였다.
화학적 침전반응은 반응물의 농도, 혼합, 조업조건 등이 서로 연관되어 있기 때문에, 결정화 에서 나타나는 현상들이 매우 복잡하고 해석이 난이하다. 그래서 조업변수들이 결정화에 미치는 영향을 연구하는 것은 결정의 품질을 조절하고 향상시킬 수 있으므로 매우 중요하다.
Westin과 Rasmuson은 25℃에서 Calcite와 Aragonite의 평형상수를 각각 Log Ksp,calcite= -8.475, Log Ksp,aragonite= -8.36이라고 보고했다. Vucak은 낮은 온도(30℃)에서는 탄산칼슘의 평형상수가 낮은 Calcite가 생성 되지만, 높은 온도(80℃)에서는 평형상수가 큰 Aragonite가 Calcite보다 열역학적으로 안정함을 알 수 있다고 보고했다.
수용액법을 이용하여 침강성 탄산칼슘을 합성할 때 고분자와 산 첨가제의 농도에 따른 탄산칼슘의 입도분포와 결정형태에 미치는 결과를 확인하였다.
첨가제를 넣지 않았을 때 Mean particle size는 반응온도에 따라 20℃에서는 25.07μm, 40℃에서는 29.13μm, 60℃에서는 36.68μm, 80℃에서는 0.74μm를 나타냈다. 높은 온도에서 생성되는 Aragonite 결정은 성게모양의 침상이여서 상대적으로 차이가나는 결정을 생성하기 때문에 1μm 미만의 Particle size를 나타냈다. 탄산칼슘 형상은 20℃, 40℃에서는 Calcite형상을 나타냈고, 60℃에서는 Calcite와 Aragonite형상이 섞여 있는 것을 볼 수 있었다. 80℃에서는 Calcite, Aragonite, Vaterite 형상이 모두 나오는 것을 SEM과 XRD를 통해 확인 할 수 있었다.
첨가제를 넣지 않았을 때의 형상변화는 낮은 온도에서는 탄산칼슘의 평형상수가 낮은 Calcite가 생성되지만, 높은 온도에서는 평형상수가 큰 Aragonite가 Calcite보다 열역학적으로 큰 것을 실험을 통해 알 수 있었다. 그리고 수용액의 온도변화가 탄산칼슘의 다형에 중요한 요인인 것을 알 수 있었다.
실험에서 첨가제 농도와 반응온도의 변화에 탄산칼슘의 평균입경과 입도분포, 결정형상 결과를 보면 CIT 첨가제를 첨가하였을 때 모두 Calcite 단일상으로 나타나는 것을 알 수 있었다. 그리고 PMA 첨가제를 첨가하였을 때 모두 Calcite 단일상으로 제어되고 첨가제의 농도가 높아질수록 Mean partcle size도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. EDTA 첨가 후 탄산칼슘 형성 시 40℃에서 Aragonite형상이 나타나는 것을 확인 할 수 있었고 Calcite 형상과 섞여 있어 단일상으로 제어되지는 않았지만 낮은 온도에서 Aragonite 형상이 생성됨을 결과로부터 확인 할 수 있었다. 고분자 첨가제인 PAA는 농도가 0.00625g 일때 온도에 차이 없이 모두 Calcite를 나타냈는데 SEM 이미지에서 결정들이 입자사이즈가 5~19μm로 측정되었고 많이 응집되어 있는 것을 볼 수 있었다.
안정적으로 활용될 수 있는 침강성 탄산칼슘의 모양 및 균일도를 이뤄내는 것은 쉽지 않은 작업이므로 탄산칼슘 생성에 반응온도와 첨가제의 역할이 단일상의 탄산칼슘을 만드는데 중요한 요소가 될 것 이라고 생각된다.
본 연구에서는 화학적 침전반응에 의해 얻어지는 결정화계에서Ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA), Diethylene triamine pentaacetic acid (DTPA), Citric acid(CIT), Pyromellitic acid (PMA), Poly acrylic acid (PAA)를 각각 첨가하여 고분자와 산 첨가제의 농도와 반응온도가 탄산칼슘의 평균입경과 입도분포, 결정형상 변화에 미치는 영향을 연구하였다.
화학적 침전반응은 반응물의 농도, 혼합, 조업조건 등이 서로 연관되어 있기 때문에, 결정화 에서 나타나는 현상들이 매우 복잡하고 해석이 난이하다. 그래서 조업변수들이 결정화에 미치는 영향을 연구하는 것은 결정의 품질을 조절하고 향상시킬 수 있으므로 매우 중요하다.
Westin과 Rasmuson은 25℃에서 Calcite와 Aragonite의 평형상수를 각각 Log Ksp,calcite= -8.475, Log Ksp,aragonite= -8.36이라고 보고했다. Vucak은 낮은 온도(30℃)에서는 탄산칼슘의 평형상수가 낮은 Calcite가 생성 되지만, 높은 온도(80℃)에서는 평형상수가 큰 Aragonite가 Calcite보다 열역학적으로 안정함을 알 수 있다고 보고했다.
수용액법을 이용하여 침강성 탄산칼슘을 합성할 때 고분자와 산 첨가제의 농도에 따른 탄산칼슘의 입도분포와 결정형태에 미치는 결과를 확인하였다.
첨가제를 넣지 않았을 때 Mean particle size는 반응온도에 따라 20℃에서는 25.07μm, 40℃에서는 29.13μm, 60℃에서는 36.68μm, 80℃에서는 0.74μm를 나타냈다. 높은 온도에서 생성되는 Aragonite 결정은 성게모양의 침상이여서 상대적으로 차이가나는 결정을 생성하기 때문에 1μm 미만의 Particle size를 나타냈다. 탄산칼슘 형상은 20℃, 40℃에서는 Calcite형상을 나타냈고, 60℃에서는 Calcite와 Aragonite형상이 섞여 있는 것을 볼 수 있었다. 80℃에서는 Calcite, Aragonite, Vaterite 형상이 모두 나오는 것을 SEM과 XRD를 통해 확인 할 수 있었다.
첨가제를 넣지 않았을 때의 형상변화는 낮은 온도에서는 탄산칼슘의 평형상수가 낮은 Calcite가 생성되지만, 높은 온도에서는 평형상수가 큰 Aragonite가 Calcite보다 열역학적으로 큰 것을 실험을 통해 알 수 있었다. 그리고 수용액의 온도변화가 탄산칼슘의 다형에 중요한 요인인 것을 알 수 있었다.
실험에서 첨가제 농도와 반응온도의 변화에 탄산칼슘의 평균입경과 입도분포, 결정형상 결과를 보면 CIT 첨가제를 첨가하였을 때 모두 Calcite 단일상으로 나타나는 것을 알 수 있었다. 그리고 PMA 첨가제를 첨가하였을 때 모두 Calcite 단일상으로 제어되고 첨가제의 농도가 높아질수록 Mean partcle size도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. EDTA 첨가 후 탄산칼슘 형성 시 40℃에서 Aragonite형상이 나타나는 것을 확인 할 수 있었고 Calcite 형상과 섞여 있어 단일상으로 제어되지는 않았지만 낮은 온도에서 Aragonite 형상이 생성됨을 결과로부터 확인 할 수 있었다. 고분자 첨가제인 PAA는 농도가 0.00625g 일때 온도에 차이 없이 모두 Calcite를 나타냈는데 SEM 이미지에서 결정들이 입자사이즈가 5~19μm로 측정되었고 많이 응집되어 있는 것을 볼 수 있었다.
안정적으로 활용될 수 있는 침강성 탄산칼슘의 모양 및 균일도를 이뤄내는 것은 쉽지 않은 작업이므로 탄산칼슘 생성에 반응온도와 첨가제의 역할이 단일상의 탄산칼슘을 만드는데 중요한 요소가 될 것 이라고 생각된다.
The biomimetic synthesis of calcium carbonate(CaCO₃), One of the most abundant biominerals, has such industrial fields as paper, rubber, plastic, paint, etc. The application of CaCO₃ particles is determined by a number of strictly defined parameters, such as morphology, structure, size, specific sur...
The biomimetic synthesis of calcium carbonate(CaCO₃), One of the most abundant biominerals, has such industrial fields as paper, rubber, plastic, paint, etc. The application of CaCO₃ particles is determined by a number of strictly defined parameters, such as morphology, structure, size, specific surface area, brightness, oil adsorption, chemical purity, and so on. One of the most important parameters is particle morphology.
The chosen substances were ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA), diethylene triamine pentaacetic acid (DTPA), citric acid(CIT), Pyromellitic acid (PMA) and Poly acrylic acid (PAA). EDTA has four carboxylic groups and two amine groups. It is quite and effective complexing agent for calcium at midium and high pH. Berner et al. and Hoch et al. report on it having no effect on the crystal growth of aragonite. DTPA is the largest molecule with five carboxylic groups stretching out in the form of aceto groups from three amine groups. In solution DTPA forms complexes with both one and two calcium ions. CIT has three carboxylic groups and one hydroxylic group. It forms complexes with calcium in water at medium and high pH. PMA consists of a benzoic ring with four carboxylic groups. It is the least efficient complexing agent for calcium.
In this work, we researched the crystallization of CaCO₃ particles from aqueous solution in the absence and presence of EDTA, DTPA, CIT, PMA and PAA. Morphology of calcium carbonate was changed by the temperature and concentration of additives. Distilled water was used in this work. The precipitation of CaCO₃ was carried out in 300mL glass beaker sat different temperature according to the method reported by literatures respectively. First, A solution of Na2CO₃(0.5M) and of CaCl2(0.5M) was prepared as stock solutions. A solution of Na2CO₃(0.5M,1.28mL) was injected into an aqueous solution of additive and the pH of the solution was adjusted to pH(pH10) by using HCl(1M)orNaOH(1M). Then a solution of CaCl2(0.5M,1.28mL) was injected quickly into the pH-adjusted solution under stirring by using magnetic stirrer. The solution was stirred for 60sec, and then the solution kept under static conditions of 24hour before the product was collected for characterization. Separated particles by the membrane filter were dried in the oven(JOHNSAM). Size distribution of the product was measured by the particle size analyzer. The products were characterized using scanning electron microscopy and X-ray diffraction.
Particle size change without additives at low temperature was that calcite of low equilibrium constant was made. But at high temperature we could confirm that aragonite of high equilibrium constant is thermodynamically more stabilized than calcite through the experimentation.
When EDTA 0.0025g was added , It could be confirmed that the shape of Calcite and Aragonite was controlled at low temperature 40℃. It could be confirmed that below 1μm Calcite of single shape was shown in adding PMA 0.0025g at reaction temperature 20℃. Even though Mean partilce size was smally formed as 10 μm in adding PMA. It could be seen that particles were cohered.
The biomimetic synthesis of calcium carbonate(CaCO₃), One of the most abundant biominerals, has such industrial fields as paper, rubber, plastic, paint, etc. The application of CaCO₃ particles is determined by a number of strictly defined parameters, such as morphology, structure, size, specific surface area, brightness, oil adsorption, chemical purity, and so on. One of the most important parameters is particle morphology.
The chosen substances were ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA), diethylene triamine pentaacetic acid (DTPA), citric acid(CIT), Pyromellitic acid (PMA) and Poly acrylic acid (PAA). EDTA has four carboxylic groups and two amine groups. It is quite and effective complexing agent for calcium at midium and high pH. Berner et al. and Hoch et al. report on it having no effect on the crystal growth of aragonite. DTPA is the largest molecule with five carboxylic groups stretching out in the form of aceto groups from three amine groups. In solution DTPA forms complexes with both one and two calcium ions. CIT has three carboxylic groups and one hydroxylic group. It forms complexes with calcium in water at medium and high pH. PMA consists of a benzoic ring with four carboxylic groups. It is the least efficient complexing agent for calcium.
In this work, we researched the crystallization of CaCO₃ particles from aqueous solution in the absence and presence of EDTA, DTPA, CIT, PMA and PAA. Morphology of calcium carbonate was changed by the temperature and concentration of additives. Distilled water was used in this work. The precipitation of CaCO₃ was carried out in 300mL glass beaker sat different temperature according to the method reported by literatures respectively. First, A solution of Na2CO₃(0.5M) and of CaCl2(0.5M) was prepared as stock solutions. A solution of Na2CO₃(0.5M,1.28mL) was injected into an aqueous solution of additive and the pH of the solution was adjusted to pH(pH10) by using HCl(1M)orNaOH(1M). Then a solution of CaCl2(0.5M,1.28mL) was injected quickly into the pH-adjusted solution under stirring by using magnetic stirrer. The solution was stirred for 60sec, and then the solution kept under static conditions of 24hour before the product was collected for characterization. Separated particles by the membrane filter were dried in the oven(JOHNSAM). Size distribution of the product was measured by the particle size analyzer. The products were characterized using scanning electron microscopy and X-ray diffraction.
Particle size change without additives at low temperature was that calcite of low equilibrium constant was made. But at high temperature we could confirm that aragonite of high equilibrium constant is thermodynamically more stabilized than calcite through the experimentation.
When EDTA 0.0025g was added , It could be confirmed that the shape of Calcite and Aragonite was controlled at low temperature 40℃. It could be confirmed that below 1μm Calcite of single shape was shown in adding PMA 0.0025g at reaction temperature 20℃. Even though Mean partilce size was smally formed as 10 μm in adding PMA. It could be seen that particles were cohered.
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