Il carbonato di calcio è una materia prima minerale non metallica fondamentale. I materiali a base di carbonato di calcio vengono utilizzati in vari settori produttivi. È importante sia per l'economia nazionale che per la vita quotidiana. Il carbonato di calcio trova ampie applicazioni in materie plastiche, rivestimenti architettonici, vernici, fabbricazione della carta, gomma, inchiostri, pigmenti, adesivi, sigillanti, prodotti per la cura della persona, dentifricio, alimenti, prodotti farmaceutici e molti altri settori.
Grazie alla sua abbondante disponibilità, al basso costo, all'ampia gamma di utilizzi, alla semplicità di lavorazione e alle tecnologie adattabili, il carbonato di calcio ha attirato notevole attenzione da parte dell'industria. Svolge un ruolo cruciale come materiale fondamentale per le industrie emergenti e le applicazioni high-tech.
1. Applicazione in Compositi a base di polimeri
Esistono molti metodi tradizionali di preparazione e utilizzo del carbonato di calcio. Tuttavia, i whiskers di carbonato di calcio, con le loro strutture fibrose a bastoncino, possono migliorare le proprietà meccaniche dei materiali polimerici, tra cui resistenza alla trazione, alla flessione e all'impatto, suscitando quindi interesse nella ricerca.
Studi dimostrano che l'aggiunta di soli 0,11 TP3T in massa di carbonato di calcio può aumentare il modulo dinamico del PHBV di 761 TP3T e il modulo di perdita di 1751 TP3T. La migliore cristallinità del composito e la maggiore tortuosità dei percorsi dei gas riducono significativamente la permeabilità all'ossigeno e al vapore acqueo.
2. Applicazione in materiali ignifughi
Anche nella ritardante di fiamma, nei compositi polimerici e nella modifica del legno, il carbonato di calcio è molto utile. Nei compositi polimerici/fibre naturali, è particolarmente cruciale. Il carbonato di calcio cristallino può fungere sia da agente rinforzante che da ritardante di fiamma.
Riscaldato, il carbonato di calcio si decompone e rilascia CO₂, che abbassa la temperatura superficiale dei materiali in combustione, diluisce i gas infiammabili e agisce da barriera alla diffusione dell'ossigeno, ottenendo un effetto ignifugo.
3. Applicazione negli idrogel
In condizioni acide, il carbonato di calcio favorisce la rigenerazione dei tessuti e può biodegradarsi all'interno dell'organismo. Un ambiente leggermente acido regola il rilascio di ioni calcio, che formano legami ionici all'interno degli idrogel, migliorandone la resistenza meccanica.
Per migliorare ulteriormente le bioprestazioni, i ricercatori spesso combinano il carbonato di calcio con altri materiali inorganici nelle formulazioni di idrogel.
4. Applicazione nei materiali fotocatalitici
La ricerca ha dimostrato che la combinazione di difetti del gruppo ciano con carbonato di calcio migliora significativamente l'efficienza di rimozione di NOₓ del nitruro di carbonio grafitico (g-C₃N₄), aumentandola da 34,05% (non modificato) a 51,18%.
Ciò è attribuito alle proprietà basiche del carbonato di calcio e al suo ruolo nella neutralizzazione degli ossidi di azoto acidi. In combinazione con g-C₃N₄, il carbonato di calcio non solo favorisce l'adsorbimento di NOₓ attraverso interazioni acido-base, ma funge anche da centro di trasferimento per i portatori di carica fotogenerati, facilitando un'efficace degradazione fotocatalitica dei gas di NOₓ.
5. Applicazione nei nuovi materiali energetici
Le batterie zinco-aria, come le batterie ricaricabili ad acqua, presentano vantaggi quali sicurezza, basso costo e rispetto dell'ambiente, rendendole una promettente tecnologia di accumulo di energia verde. Tuttavia, spesso soffrono di una rapida perdita di capacità e di una scarsa stabilità di ciclo.
I ricercatori hanno scoperto che rivestire l'anodo di zinco con nanocarbonato di calcio migliora la durata della batteria, guidando il deposito e il rilascio uniformi e ordinati degli ioni di zinco durante i cicli di carica e scarica.
6. Applicazione nei materiali di raffreddamento radiativo
Le proprietà emissive nell'infrarosso dei materiali inorganici derivano principalmente dai loro gruppi anionici. Il carbonato di calcio mostra un'eccellente emissività nell'infrarosso nella finestra atmosferica (8-13 μm).
Essendo un materiale ampiamente disponibile, derivato da fonti naturali come gusci d'uovo e gusci di conchiglie, il carbonato di calcio consente il riciclaggio di rifiuti di biomassa in materiali di raffreddamento radiativo. Questo non solo riduce i costi, ma favorisce anche lo sviluppo sostenibile.
Attualmente, il carbonato di calcio viene spesso combinato con polimeri e additivi funzionali per produrre rivestimenti compositi. In molti casi, il raffreddamento radiativo viene integrato con altre funzionalità per migliorare le prestazioni tramite la regolazione termica passiva.
7. Applicazione nell'accumulo di energia termica
Il carbonato di calcio possiede eccellenti proprietà di conduttività termica, proprietà meccaniche, capacità di tenuta e stabilità chimica. Può essere utilizzato per incapsulare materiali a cambiamento di fase in microcapsule. L'involucro della microcapsula che si forma presenta buone proprietà protettive e una maggiore durata. Inoltre, il carbonato di calcio è ecologico e le microcapsule che lo compongono sono materiali sostenibili. I materiali a cambiamento di fase incapsulati includono principalmente sistemi a base di n-ottadecano o paraffina composita.
8. Applicazione nel trattamento del cancro
Il carbonato di calcio, grazie al suo basso costo, al buon bioassorbimento e alla biocompatibilità, può essere utilizzato nei sistemi di somministrazione di farmaci per il trattamento del cancro. Tuttavia, le dimensioni tipiche del carbonato di calcio micron, a causa della sua elevata cristallinità, riducono la sua velocità di degradazione nei sistemi biologici, il che influisce gravemente sull'efficienza del rilascio del farmaco. Gli scienziati hanno utilizzato nanoparticelle di carbonato di calcio amorfo come sistemi di somministrazione di farmaci. Rispetto al carbonato di calcio cristallino, il carbonato di calcio amorfo viene idrolizzato più facilmente nell'ambiente intracellulare, il che favorisce il rilascio del farmaco.
9. Applicazione nel nuovo campo della fabbricazione della carta
I ricercatori hanno preparato carbonato di calcio flessibile e deformabile con un elevato rapporto lunghezza-diametro utilizzando la nanocellulosa come stampo. Innanzitutto, la nanocellulosa viene dispersa in acqua e, dopo un'accurata agitazione, viene introdotta anidride carbonica, che induce l'ossido di calcio a formare carbonato di calcio attorno alla nanocellulosa in situ. Il carbonato di calcio risultante ha una larghezza di 10-30 μm e una lunghezza di 30-200 μm, è adsorbito sulla superficie della nanocellulosa e non si collassa facilmente. Questo carbonato di calcio flessibile e deformabile viene aggiunto alla polpa e trasformato in carta mediante un metodo di pressatura a umido. La cellulosa nella carta ad alto contenuto di calcio possiede elevate forze di legame e un'eccellente resistenza alla trazione. La deformabilità del carbonato di calcio conferisce alla carta una superficie più liscia. Questo metodo può trasformare la produzione di carta da una a base di legno a una a base di carbonato di calcio, riducendone l'uso e contribuendo allo sviluppo sostenibile dell'industria cartaria.
10. Applicazione nei materiali da costruzione
I whiskers di carbonato di calcio sono compatibili con gli additivi per cemento e sono comunemente utilizzati per migliorare il cemento. Il calcestruzzo ordinario è soggetto a fessurazioni sotto impatto, ma i whiskers di carbonato di calcio possono controllarne la formazione. Negli ultimi anni, l'uso di whiskers di carbonato di calcio, fibre di acciaio inossidabile, fibre di basalto e altre fibre ibride multiscala per rinforzare il calcestruzzo è diventato una tendenza in crescita.
11. Applicazione nel trattamento delle acque
Il carbonato di calcio possiede eccellenti capacità tampone, neutralizzanti e di adsorbimento, che lo rendono idoneo al trattamento delle acque e delle acque reflue. Nel trattamento delle acque, il carbonato di calcio può regolare il pH, rimuovere gli ioni inquinanti e regolare la durezza dell'acqua. Svolge un ruolo importante nell'alleviare la formazione di calcare, prevenire le ostruzioni delle tubazioni e migliorare l'efficienza di utilizzo delle risorse idriche. Nel trattamento delle acque reflue, il carbonato di calcio può adsorbire inquinanti organici e ioni di metalli pesanti. Ciò può ridurre la concentrazione di sostanze nocive nelle acque reflue, purificando così le risorse idriche.
12. Applicazione nella bonifica del suolo
Nella bonifica dei terreni inquinati, il carbonato di calcio può precipitare diversi ioni di metalli pesanti e regolare il pH del terreno. Questo lo rende un importante agente di bonifica del terreno. Nelle applicazioni pratiche, il carbonato di calcio viene spesso utilizzato in combinazione con altre argille per ottenere risultati di bonifica migliori. Poiché la produzione di carbonato di calcio richiede un elevato consumo energetico e significative emissioni di carbonio, i recenti progressi nella tecnologia della precipitazione del carbonato di calcio indotta microbiologicamente (MICP). Questa tecnologia, caratterizzata da un basso consumo energetico e basse emissioni di carbonio, si dimostra molto promettente per la bonifica del terreno. La MICP ha ottenuto risultati eccellenti sia nel trattamento delle acque reflue che nella bonifica dell'inquinamento del suolo.
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