탄산칼슘은 비금속 광물의 기본 원료입니다. 사람들은 다양한 생산 공정에 탄산칼슘 기반 소재를 사용합니다. 탄산칼슘은 국가 경제와 일상생활 모두에 중요한 역할을 합니다. 탄산칼슘은 플라스틱, 건축용 코팅, 페인트, 제지, 고무, 잉크, 안료, 접착제, 실란트, 개인 위생용품, 치약, 식품, 의약품 등 다양한 분야에 폭넓게 사용됩니다.
풍부한 가용성, 저렴한 가격, 광범위한 용도, 간편한 가공, 그리고 유연한 기술 적용 가능성으로 인해 탄산칼슘은 업계의 큰 주목을 받고 있습니다. 탄산칼슘은 신흥 산업과 첨단 기술 응용 분야의 기초 소재로서 중요한 역할을 합니다.
1. 응용 프로그램 폴리머 기반 복합재
탄산칼슘의 전통적인 제조 및 용도는 다양합니다. 그러나 막대 모양의 섬유 구조를 가진 탄산칼슘 위스커는 인장 강도, 굽힘 강도, 내충격성을 포함한 고분자 재료의 기계적 특성을 향상시킬 수 있어 연구자들의 관심을 끌고 있습니다.
연구에 따르면 탄산칼슘 질량 기준으로 0.1%만 첨가해도 PHBV의 동적 탄성률을 76%, 손실 탄성률을 175% 증가시킬 수 있습니다. 복합재의 결정성이 향상되고 가스 경로의 굴곡이 증가하면 산소 및 수증기 투과도가 크게 감소합니다.
2. 난연성 소재에 대한 응용
난연성, 고분자 기반 복합재 및 목재 개질에도 탄산칼슘이 매우 유용합니다. 특히 고분자/천연 섬유 복합재에서는 그 중요성이 더욱 커집니다. 결정질 탄산칼슘은 보강제와 난연제 역할을 모두 할 수 있습니다.
탄산칼슘은 가열되면 분해되어 CO₂를 방출하는데, 이는 연소 물질의 표면 온도를 낮추고, 가연성 가스를 희석시키며, 산소 확산을 차단하는 장벽 역할을 하여 난연 효과를 얻습니다.
3. 하이드로젤에의 응용
산성 환경에서 탄산칼슘은 조직 재생을 촉진하고 체내에서 생분해될 수 있습니다. 약산성 환경은 칼슘 이온의 방출을 조절하여 하이드로젤 내에서 이온 결합을 형성하여 기계적 강도를 향상시킵니다.
연구자들은 생물학적 성능을 더욱 향상시키기 위해 종종 하이드로젤 제형에서 탄산칼슘과 다른 무기 물질을 결합합니다.
4. 광촉매 소재에의 응용
연구에 따르면 시아노기 결함과 탄산칼슘을 결합하면 흑연질 탄소 질화물(g-C₃N₄)의 NOₓ 제거 효율이 크게 향상되어 변형되지 않은 경우의 34.05%에서 51.18%로 증가합니다.
이는 탄산칼슘의 염기성 특성과 산성 질소 산화물 중화에 대한 역할에 기인합니다. 탄산칼슘은 g-C₃N₄와 결합할 때 산-염기 상호작용을 통해 NOₓ 흡착을 도울 뿐만 아니라, 광생성 전하 운반체의 전달 중심 역할을 하여 NOₓ 기체의 효과적인 광촉매 분해를 촉진합니다.
5. 신에너지 소재 응용
아연-공기 전지는 수계 충전식 전지로서 안전성, 저렴한 비용, 그리고 친환경성 등의 장점을 갖추고 있어 유망한 친환경 에너지 저장 기술로 자리매김하고 있습니다. 그러나 용량이 빠르게 감소하고 사이클 안정성이 낮은 단점이 있습니다.
연구자들은 아연 양극을 나노 탄산칼슘으로 코팅하면 충전 및 방전 사이클 동안 아연 이온의 균일하고 질서 있는 침전과 방출을 유도하여 배터리 내구성을 향상시킨다는 것을 발견했습니다.
6. 복사냉각 재료의 응용
무기 물질의 적외선 방출 특성은 주로 음이온 작용기에서 비롯됩니다. 탄산칼슘은 대기 창(8~13 μm)에서 우수한 적외선 방출률을 보입니다.
껍질이나 달걀 껍질과 같은 천연 자원에서 추출되는 널리 이용 가능한 재료인 탄산칼슘은 바이오매스 폐기물을 복사냉각 재료로 재활용할 수 있도록 합니다. 이는 비용 절감뿐만 아니라 지속 가능한 개발을 지원합니다.
현재 탄산칼슘은 폴리머 및 기능성 첨가제와 결합하여 복합 코팅을 생산하는 경우가 많습니다. 많은 경우, 복사 냉각은 수동 열 조절을 통해 성능을 향상시키기 위해 다른 기능과 통합됩니다.
7. 열에너지 저장에 대한 응용
탄산칼슘은 우수한 열전도도, 기계적 특성, 밀봉성 및 화학적 안정성을 가지고 있습니다. 마이크로캡슐에 상변화 물질을 캡슐화하는 데 사용할 수 있습니다. 형성된 마이크로캡슐 껍질은 우수한 보호 특성과 긴 수명을 제공합니다. 또한, 탄산칼슘은 환경 친화적이며, 이를 사용하여 제조된 마이크로캡슐은 지속 가능한 소재입니다. 캡슐화된 상변화 물질에는 주로 n-옥타데칸 또는 복합 파라핀 시스템이 포함됩니다.
8. 암 치료에의 적용
탄산칼슘은 저렴한 가격, 우수한 생체 흡수성, 그리고 생체 적합성으로 인해 암 치료용 약물 전달 시스템에 사용될 수 있습니다. 그러나 일반적인 미크론 크기의 탄산칼슘은 높은 결정성으로 인해 생물학적 시스템에서 분해 속도가 느려 약물 방출 효율에 심각한 영향을 미칩니다. 과학자들은 비정질 탄산칼슘 나노입자를 약물 전달 시스템으로 사용해 왔습니다. 비정질 탄산칼슘은 결정질 탄산칼슘에 비해 세포 내 환경에서 가수분해되기가 더 쉬워 약물 방출이 더 용이합니다.
9. 새로운 제지 분야에서의 응용
연구진은 나노셀룰로오스를 주형으로 사용하여 길이 대 직경 비율이 높은 유연하고 변형 가능한 탄산칼슘을 제조했습니다. 먼저, 나노셀룰로오스를 물에 분산시키고 완전히 교반한 후 이산화탄소를 주입하여 산화칼슘이 나노셀룰로오스 주변에 탄산칼슘을 형성하도록 합니다. 생성된 탄산칼슘은 폭 10~30μm, 길이 30~200μm의 크기를 가지며, 나노셀룰로오스 표면에 흡착되어 쉽게 붕괴되지 않습니다. 이렇게 유연하고 변형 가능한 탄산칼슘을 펄프에 첨가하여 습식 압착법으로 종이를 제조합니다. 고칼슘 종이의 셀룰로오스는 강한 결합력과 우수한 인장 강도를 가지고 있습니다. 탄산칼슘의 변형 가능성은 종이 표면을 더욱 매끄럽게 합니다. 이 방법은 종이 생산을 목재 기반에서 탄산칼슘 기반으로 전환하여 목재 사용량을 줄이고 제지 산업의 지속 가능한 발전에 기여할 수 있습니다.
10. 건축자재에의 응용
탄산칼슘 위스커는 시멘트 첨가제와 호환되며 시멘트 강화에 널리 사용됩니다. 일반 콘크리트는 충격으로 균열이 발생하기 쉽지만, 탄산칼슘 위스커는 균열 발생을 억제할 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 콘크리트 보강을 위해 탄산칼슘 위스커, 스테인리스강 섬유, 현무암 섬유, 그리고 기타 다중 스케일 하이브리드 섬유를 사용하는 추세가 증가하고 있습니다.
11. 수처리에서의 응용
탄산칼슘은 완충력, 중화력, 흡착력이 우수하여 정수 및 폐수 처리에 적합합니다. 정수 과정에서 탄산칼슘은 pH 조절, 오염 이온 제거, 경도 조절 등의 효과를 나타냅니다. 또한 스케일 생성을 억제하고, 배관 막힘을 방지하며, 수자원 이용 효율을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 폐수 처리 과정에서 탄산칼슘은 유기 오염물질과 중금속 이온을 흡착하여 폐수 내 유해 물질의 농도를 낮추고, 이를 통해 수자원을 정화할 수 있습니다.
12. 토양 정화에의 적용
오염된 토양을 복원할 때 탄산칼슘은 다양한 중금속 이온을 침전시키고 토양 pH를 조절합니다. 따라서 중요한 토양 복원제로 사용됩니다. 실제 적용에서는 더 나은 복원 효과를 위해 탄산칼슘을 다른 점토와 함께 사용하는 경우가 많습니다. 탄산칼슘 생산에는 높은 에너지 소비와 상당한 탄소 배출이 필요하기 때문에, 최근 미생물 유도 탄산칼슘 침전(MICP) 기술이 발전하고 있습니다. 낮은 에너지 소비와 낮은 탄소 배출을 특징으로 하는 이 기술은 토양 복원에 큰 가능성을 보여줍니다. MICP는 폐수 처리와 토양 오염 복원 모두에서 탁월한 성능을 발휘합니다.
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