El carbonato de calcio es una materia prima mineral no metálica fundamental. Se utilizan materiales a base de carbonato de calcio en diversos procesos de producción. Es importante tanto para la economía nacional como para la vida cotidiana. El carbonato de calcio tiene amplias aplicaciones en plásticos, revestimientos arquitectónicos, pinturas, fabricación de papel, caucho, tintas, pigmentos, adhesivos, selladores, productos de cuidado personal, pasta de dientes, alimentos, productos farmacéuticos y muchos otros campos.
Debido a su amplia disponibilidad, bajo costo, amplia gama de usos, procesamiento sencillo y tecnologías adaptables, el carbonato de calcio ha atraído una gran atención de la industria. Desempeña un papel crucial como material fundamental para industrias emergentes y aplicaciones de alta tecnología.
1. Aplicación en Compuestos a base de polímeros
Existen muchas preparaciones y usos tradicionales del carbonato de calcio. Sin embargo, los filamentos de carbonato de calcio, con sus estructuras fibrosas en forma de varilla, pueden mejorar las propiedades mecánicas de los materiales poliméricos, como la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y la resistencia al impacto, por lo que han suscitado interés en la investigación.
Estudios demuestran que añadir tan solo 0,11 TP₃T en masa de carbonato de calcio puede aumentar el módulo dinámico del PHBV en 761 TP₃T y el módulo de pérdida en 1751 TP₃T. La mejora de la cristalinidad del compuesto y la mayor tortuosidad de las vías de gas reducen significativamente la permeabilidad al oxígeno y al vapor de agua.
2. Aplicación en materiales ignífugos
En retardantes de llama, en compuestos poliméricos y en la modificación de la madera, el carbonato de calcio también es muy útil. En compuestos poliméricos/fibras naturales, es especialmente crucial. El carbonato de calcio cristalino puede actuar como agente de refuerzo y retardante de llama.
Al calentarse, el carbonato de calcio se descompone y libera CO₂, que reduce la temperatura de la superficie de los materiales en llamas, diluye los gases inflamables y actúa como barrera para la difusión del oxígeno, logrando un efecto retardante de llama.
3. Aplicación en hidrogeles
En condiciones ácidas, el carbonato de calcio promueve la regeneración tisular y puede biodegradarse en el organismo. Un entorno ligeramente ácido regula la liberación de iones de calcio, que forman enlaces iónicos dentro de los hidrogeles para mejorar su resistencia mecánica.
Para mejorar aún más el rendimiento biológico, los investigadores a menudo combinan carbonato de calcio con otros materiales inorgánicos en formulaciones de hidrogel.
4. Aplicación en materiales fotocatalíticos
Las investigaciones han demostrado que la combinación de defectos del grupo ciano con carbonato de calcio mejora significativamente la eficiencia de eliminación de NOₓ del nitruro de carbono grafítico (g-C₃N₄), aumentándola de 34,05% (sin modificar) a 51,18%.
Esto se atribuye a las propiedades básicas del carbonato de calcio y a su función en la neutralización de los óxidos de nitrógeno ácidos. Al combinarse con g-C₃N₄, el carbonato de calcio no solo facilita la adsorción de NOₓ mediante interacciones ácido-base, sino que también actúa como centro de transferencia para los portadores de carga fotogenerados, lo que facilita la degradación fotocatalítica eficaz de los gases NOₓ.
5. Aplicación en nuevos materiales energéticos
Las baterías de zinc-aire, al igual que las baterías recargables acuosas, ofrecen ventajas como seguridad, bajo costo y respeto al medio ambiente, lo que las convierte en una prometedora tecnología de almacenamiento de energía verde. Sin embargo, suelen presentar una rápida pérdida de capacidad y una baja estabilidad de ciclo.
Los investigadores han descubierto que recubrir el ánodo de zinc con nanocarbonato de calcio mejora la durabilidad de la batería al guiar la deposición y liberación uniforme y ordenada de iones de zinc durante los ciclos de carga y descarga.
6. Aplicación en materiales de refrigeración radiativa
Las propiedades de emisión infrarroja de los materiales inorgánicos se deben principalmente a sus grupos aniónicos. El carbonato de calcio presenta una excelente emisividad infrarroja en la ventana atmosférica (8-13 μm).
Al ser un material ampliamente disponible, derivado de fuentes naturales como cáscaras de huevo y cáscaras de huevo, el carbonato de calcio permite reciclar residuos de biomasa para fabricar materiales de refrigeración radiativa. Esto no solo reduce costes, sino que también promueve el desarrollo sostenible.
Actualmente, el carbonato de calcio se suele combinar con polímeros y aditivos funcionales para producir recubrimientos compuestos. En muchos casos, la refrigeración radiativa se integra con otras funcionalidades para mejorar el rendimiento mediante la regulación térmica pasiva.
7. Aplicación en el almacenamiento de energía térmica
El carbonato de calcio posee excelente conductividad térmica, propiedades mecánicas, capacidad de sellado y estabilidad química. Se puede utilizar para encapsular materiales de cambio de fase en microcápsulas. La cubierta de la microcápsula formada posee buenas propiedades protectoras y una mayor vida útil. Además, el carbonato de calcio es ecológico y las microcápsulas fabricadas con él son materiales sostenibles. Los materiales de cambio de fase encapsulados incluyen principalmente n-octadecano o sistemas de parafina compuesta.
8. Aplicación en el tratamiento del cáncer
El carbonato de calcio, gracias a su bajo costo, buena bioabsorción y biocompatibilidad, puede utilizarse en sistemas de administración de fármacos para el tratamiento del cáncer. Sin embargo, el carbonato de calcio de tamaño micrométrico, debido a su alta cristalinidad, reduce su velocidad de degradación en sistemas biológicos, lo que afecta gravemente la eficiencia de liberación del fármaco. Los científicos han empleado nanopartículas de carbonato de calcio amorfo como sistemas de administración de fármacos. En comparación con el carbonato de calcio cristalino, el carbonato de calcio amorfo se hidroliza con mayor facilidad en el entorno intracelular, lo que favorece la liberación del fármaco.
9. Aplicación en el nuevo campo de la fabricación de papel
Investigadores han preparado carbonato de calcio flexible y deformable con una alta relación longitud-diámetro utilizando nanocelulosa como plantilla. Primero, la nanocelulosa se dispersa en agua y, tras agitarla bien, se introduce dióxido de carbono, lo que provoca que el óxido de calcio forme carbonato de calcio alrededor de la nanocelulosa in situ. El carbonato de calcio resultante tiene un ancho de 10 a 30 μm y una longitud de 30 a 200 μm, se adsorbe en la superficie de la nanocelulosa y no se colapsa fácilmente. Este carbonato de calcio flexible y deformable se añade a la pulpa y se transforma en papel mediante un método de prensado en húmedo. La celulosa del papel con alto contenido de calcio posee una gran fuerza de adhesión y una excelente resistencia a la tracción. La deformabilidad del carbonato de calcio confiere una superficie más lisa al papel. Este método permite la transición de la producción de papel a partir de madera a una basada en carbonato de calcio, reduciendo el uso de madera y contribuyendo al desarrollo sostenible de la industria papelera.
10. Aplicación en materiales de construcción
Los filamentos de carbonato de calcio son compatibles con los aditivos para cemento y se utilizan comúnmente para mejorarlo. El hormigón convencional es propenso a agrietarse por impacto, pero los filamentos de carbonato de calcio pueden controlar su desarrollo. En los últimos años, el uso de filamentos de carbonato de calcio, fibras de acero inoxidable, fibras de basalto y otras fibras híbridas multiescala para reforzar el hormigón se ha convertido en una tendencia creciente.
11. Aplicación en el tratamiento del agua
El carbonato de calcio posee una excelente capacidad tampón, neutralizante y de adsorción, lo que lo hace adecuado para el tratamiento de agua y aguas residuales. En el tratamiento de agua, el carbonato de calcio puede regular el pH, eliminar iones contaminantes y ajustar la dureza del agua. Desempeña un papel importante en la reducción de la formación de incrustaciones, la prevención de obstrucciones en tuberías y la mejora de la eficiencia en el uso de los recursos hídricos. En el tratamiento de aguas residuales, el carbonato de calcio puede adsorber contaminantes orgánicos e iones de metales pesados. Esto puede reducir la concentración de sustancias nocivas en las aguas residuales, purificando así los recursos hídricos.
12. Aplicación en la remediación de suelos
En la remediación de suelos contaminados, el carbonato de calcio puede precipitar diversos iones de metales pesados y ajustar el pH del suelo. Esto lo convierte en un importante agente de remediación de suelos. En aplicaciones prácticas, el carbonato de calcio se utiliza a menudo en combinación con otras arcillas para obtener mejores resultados de remediación. Dado que la producción de carbonato de calcio requiere un alto consumo de energía y significativas emisiones de carbono, los recientes avances en la tecnología de Precipitación de Carbonato de Calcio Inducida por Microbios (MICP), con su bajo consumo de energía y bajas emisiones de carbono, son muy prometedores para la remediación de suelos. La MICP ha demostrado un excelente rendimiento tanto en el tratamiento de aguas residuales como en la remediación de la contaminación del suelo.
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