Le carbonate de calcium est une matière première minérale non métallique fondamentale. Les matériaux à base de carbonate de calcium sont utilisés dans diverses productions. Il est important pour l'économie nationale et la vie quotidienne. Il trouve de nombreuses applications dans les plastiques, les revêtements architecturaux, les peintures, la fabrication du papier, le caoutchouc, les encres, les pigments, les adhésifs, les mastics, les produits de soins personnels, le dentifrice, l'alimentation, les produits pharmaceutiques et bien d'autres domaines.
Grâce à sa disponibilité abondante, son faible coût, sa large gamme d'utilisations, sa simplicité de traitement et ses technologies adaptables, le carbonate de calcium a suscité un vif intérêt de la part de l'industrie. Il joue un rôle crucial en tant que matériau de base pour les industries émergentes et les applications de haute technologie.
1. Application dans Composites à base de polymères
Il existe de nombreuses méthodes traditionnelles de préparation et d'utilisation du carbonate de calcium. Cependant, les trichites de carbonate de calcium, avec leurs structures fibreuses en forme de bâtonnets, peuvent améliorer les propriétés mécaniques des matériaux polymères, notamment la résistance à la traction, à la flexion et aux chocs, et suscitent donc un vif intérêt chez les chercheurs.
Des études montrent que l'ajout de seulement 0,11 TP3T en masse de carbonate de calcium peut augmenter le module dynamique du PHBV de 761 TP3T et le module de perte de 1751 TP3T. L'amélioration de la cristallinité du composite et la tortuosité accrue des voies de gaz réduisent considérablement la perméabilité à l'oxygène et à la vapeur d'eau.
2. Application aux matériaux ignifuges
Le carbonate de calcium est également très utile dans les propriétés ignifuges, les composites à base de polymères et la modification du bois. Il est particulièrement crucial dans les composites polymères/fibres naturelles. Le carbonate de calcium cristallin peut servir à la fois d'agent de renforcement et d'ignifugeant.
Lors du chauffage, le carbonate de calcium se décompose et libère du CO₂, qui abaisse la température de surface des matériaux en combustion, dilue les gaz inflammables et agit comme une barrière à la diffusion de l'oxygène, produisant ainsi un effet ignifuge.
3. Application aux hydrogels
En milieu acide, le carbonate de calcium favorise la régénération tissulaire et peut se biodégrader dans l'organisme. Un environnement légèrement acide régule la libération d'ions calcium, qui forment des liaisons ioniques au sein des hydrogels pour améliorer leur résistance mécanique.
Pour améliorer encore les bioperformances, les chercheurs combinent souvent du carbonate de calcium avec d’autres matériaux inorganiques dans des formulations d’hydrogel.
4. Application aux matériaux photocatalytiques
Des recherches ont montré que la combinaison de défauts du groupe cyano avec du carbonate de calcium améliore considérablement l'efficacité d'élimination du NOₓ du nitrure de carbone graphitique (g-C₃N₄), l'augmentant de 34,05% (non modifié) à 51,18%.
Ceci est attribué aux propriétés basiques du carbonate de calcium et à son rôle dans la neutralisation des oxydes d'azote acides. Associé au g-C₃N₄, le carbonate de calcium favorise non seulement l'adsorption du NOₓ par les interactions acido-basiques, mais agit également comme centre de transfert pour les porteurs de charge photogénérés, facilitant ainsi la dégradation photocatalytique efficace des gaz NOₓ.
5. Application aux nouveaux matériaux énergétiques
Les batteries zinc-air, comme les batteries rechargeables aqueuses, présentent des avantages tels que la sécurité, le faible coût et le respect de l'environnement, ce qui en fait une technologie prometteuse de stockage d'énergie verte. Cependant, elles souffrent souvent d'une perte de capacité rapide et d'une faible stabilité en cyclage.
Les chercheurs ont découvert que le revêtement de l’anode de zinc avec du carbonate de nano-calcium améliore la durabilité de la batterie en guidant le dépôt et la libération uniformes et ordonnés des ions zinc pendant les cycles de charge et de décharge.
6. Application aux matériaux de refroidissement radiatif
Les propriétés d'émission infrarouge des matériaux inorganiques proviennent principalement de leurs groupes anioniques. Le carbonate de calcium présente une excellente émissivité infrarouge dans la fenêtre atmosphérique (8–13 μm).
Matériau largement disponible, issu de sources naturelles telles que les coquillages et les coquilles d'œufs, le carbonate de calcium permet de recycler les déchets de biomasse en matériaux de refroidissement radiatif. Cela permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi de contribuer au développement durable.
Actuellement, le carbonate de calcium est souvent associé à des polymères et à des additifs fonctionnels pour produire des revêtements composites. Dans de nombreux cas, le refroidissement radiatif est intégré à d'autres fonctionnalités pour améliorer les performances grâce à la régulation thermique passive.
7. Application au stockage d'énergie thermique
Le carbonate de calcium possède d'excellentes propriétés de conductivité thermique, mécaniques, d'étanchéité et de stabilité chimique. Il peut être utilisé pour encapsuler des matériaux à changement de phase dans des microcapsules. L'enveloppe ainsi formée offre de bonnes propriétés protectrices et une durée de vie prolongée. De plus, le carbonate de calcium est respectueux de l'environnement et les microcapsules qui en sont issues sont des matériaux durables. Les matériaux à changement de phase encapsulés comprennent principalement du n-octadécane ou des systèmes de paraffine composite.
8. Application au traitement du cancer
Le carbonate de calcium, grâce à son faible coût, sa bonne bioabsorption et sa biocompatibilité, peut être utilisé dans les systèmes d'administration de médicaments pour le traitement du cancer. Cependant, le carbonate de calcium micron, en raison de sa forte cristallinité, réduit sa vitesse de dégradation dans les systèmes biologiques, ce qui affecte considérablement l'efficacité de la libération du médicament. Les scientifiques ont utilisé des nanoparticules de carbonate de calcium amorphe comme systèmes d'administration de médicaments. Comparé au carbonate de calcium cristallin, le carbonate de calcium amorphe est plus facilement hydrolysé en milieu intracellulaire, ce qui favorise la libération du médicament.
9. Application dans le nouveau domaine de la fabrication du papier
Des chercheurs ont préparé du carbonate de calcium flexible et déformable présentant un rapport longueur/diamètre élevé en utilisant la nanocellulose comme matrice. La nanocellulose est d'abord dispersée dans de l'eau, puis, après une agitation minutieuse, du dioxyde de carbone est introduit, ce qui provoque la formation in situ de carbonate de calcium autour de la nanocellulose par l'oxyde de calcium. Le carbonate de calcium obtenu, d'une largeur de 10 à 30 μm et d'une longueur de 30 à 200 μm, est adsorbé à la surface de la nanocellulose et ne s'affaisse pas facilement. Ce carbonate de calcium flexible et déformable est ajouté à la pâte à papier et transformé en papier par pressage humide. La cellulose du papier riche en calcium présente de fortes forces de liaison et une excellente résistance à la traction. La déformabilité du carbonate de calcium confère au papier une surface plus lisse. Cette méthode permet de passer d'une production de papier à base de bois à une production de papier à base de carbonate de calcium, réduisant ainsi l'utilisation de bois et contribuant au développement durable de l'industrie papetière.
10. Application aux matériaux de construction
Les trichites de carbonate de calcium sont compatibles avec les additifs du ciment et sont couramment utilisées pour améliorer sa solidité. Le béton ordinaire est sujet aux fissures sous l'effet des chocs, mais les trichites de carbonate de calcium permettent de contrôler leur développement. Ces dernières années, l'utilisation de trichites de carbonate de calcium, de fibres d'acier inoxydable, de fibres de basalte et d'autres fibres hybrides multi-échelles pour renforcer le béton est devenue une tendance croissante.
11. Application au traitement de l'eau
Le carbonate de calcium possède d'excellentes propriétés tampons, neutralisantes et adsorbantes, ce qui le rend idéal pour le traitement de l'eau et des eaux usées. Dans le traitement de l'eau, le carbonate de calcium peut réguler le pH, éliminer les ions polluants et ajuster la dureté de l'eau. Il joue un rôle important dans la réduction de la formation de tartre, la prévention des obstructions des canalisations et l'optimisation de l'utilisation des ressources en eau. Dans le traitement des eaux usées, le carbonate de calcium peut adsorber les polluants organiques et les ions de métaux lourds, réduisant ainsi la concentration de substances nocives dans les eaux usées, purifiant ainsi les ressources en eau.
12. Application à l'assainissement des sols
Dans la dépollution des sols pollués, le carbonate de calcium peut précipiter divers ions de métaux lourds et ajuster le pH du sol. Cela en fait un agent important pour la dépollution des sols. Dans la pratique, le carbonate de calcium est souvent utilisé en association avec d'autres argiles pour de meilleurs résultats. La production de carbonate de calcium nécessitant une consommation énergétique élevée et d'importantes émissions de carbone, les récentes avancées de la technologie de précipitation microbienne de carbonate de calcium (MICP). Faible en consommation énergétique et en émissions de carbone, elle est très prometteuse pour la dépollution des sols. La MICP a obtenu d'excellents résultats tant pour le traitement des eaux usées que pour la dépollution des sols.
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