O carbonato de cálcio é uma matéria-prima mineral não metálica fundamental. Materiais à base de carbonato de cálcio são utilizados em diversas produções. Ele é importante tanto para a economia nacional quanto para a vida cotidiana. O carbonato de cálcio encontra amplas aplicações em plásticos, revestimentos arquitetônicos, tintas, fabricação de papel, borracha, tintas para impressão, pigmentos, adesivos, selantes, produtos de higiene pessoal, pasta de dente, alimentos, produtos farmacêuticos e muitos outros setores.
Devido à sua ampla disponibilidade, baixo custo, ampla gama de utilizações, processamento simples e tecnologias adaptáveis, o carbonato de cálcio tem atraído significativa atenção da indústria. Ele desempenha um papel crucial como material fundamental para indústrias emergentes e aplicações de alta tecnologia.
1. Aplicação em Compósitos à base de polímeros
Existem muitas preparações e usos tradicionais de carbonato de cálcio. No entanto, os whiskers de carbonato de cálcio — com suas estruturas fibrosas em forma de bastão — podem melhorar as propriedades mecânicas dos materiais poliméricos, incluindo resistência à tração, resistência à flexão e resistência ao impacto, e, portanto, têm despertado interesse em pesquisas.
Estudos mostram que a adição de apenas 0,11 TP3T em massa de carbonato de cálcio pode aumentar o módulo dinâmico do PHBV em 761 TP3T e o módulo de perdas em 1751 TP3T. A cristalinidade aprimorada do compósito e o aumento da tortuosidade das vias gasosas reduzem significativamente a permeabilidade ao oxigênio e ao vapor de água.
2. Aplicação em materiais retardantes de chamas
Em retardantes de chamas, em compósitos à base de polímeros e na modificação de madeira, o carbonato de cálcio também é muito útil. Em compósitos de polímeros/fibras naturais, é especialmente crucial. O carbonato de cálcio cristalino pode servir tanto como agente de reforço quanto como retardante de chamas.
Ao ser aquecido, o carbonato de cálcio se decompõe e libera CO₂, o que reduz a temperatura da superfície dos materiais em chamas, dilui gases inflamáveis e atua como uma barreira à difusão de oxigênio, proporcionando um efeito retardante de chamas.
3. Aplicação em Hidrogéis
Em condições ácidas, o carbonato de cálcio promove a regeneração dos tecidos e pode se biodegradar no corpo. Um ambiente levemente ácido regula a liberação de íons de cálcio, que formam ligações iônicas dentro dos hidrogéis para melhorar sua resistência mecânica.
Para melhorar ainda mais o biodesempenho, os pesquisadores frequentemente combinam carbonato de cálcio com outros materiais inorgânicos em formulações de hidrogel.
4. Aplicação em Materiais Fotocatalíticos
Pesquisas mostraram que a combinação de defeitos do grupo ciano com carbonato de cálcio aumenta significativamente a eficiência de remoção de NOₓ do nitreto de carbono grafítico (g-C₃N₄), aumentando-a de 34,05% (não modificado) para 51,18%.
Isso se deve às propriedades básicas do carbonato de cálcio e ao seu papel na neutralização de óxidos de nitrogênio ácidos. Quando combinado com g-C₃N₄, o carbonato de cálcio não apenas auxilia na adsorção de NOₓ por meio de interações ácido-base, como também atua como um centro de transferência para portadores de carga fotogerados, facilitando a degradação fotocatalítica eficaz de gases NOₓ.
5. Aplicação em Novos Materiais Energéticos
As baterias de zinco-ar, como baterias recarregáveis aquosas, apresentam vantagens como segurança, baixo custo e respeito ao meio ambiente, tornando-as uma promissora tecnologia de armazenamento de energia verde. No entanto, frequentemente sofrem com perda rápida de capacidade e baixa estabilidade do ciclo.
Pesquisadores descobriram que o revestimento do ânodo de zinco com nanocarbonato de cálcio melhora a durabilidade da bateria ao orientar a deposição e liberação uniforme e ordenada de íons de zinco durante os ciclos de carga e descarga.
6. Aplicação em materiais de resfriamento radiativo
As propriedades emissivas infravermelhas de materiais inorgânicos decorrem principalmente de seus grupos aniônicos. O carbonato de cálcio apresenta excelente emissividade infravermelha na janela atmosférica (8–13 μm).
Sendo um material amplamente disponível — derivado de fontes naturais, como cascas e cascas de ovos — o carbonato de cálcio permite a reciclagem de resíduos de biomassa em materiais de resfriamento radiativo. Isso não só reduz custos, como também contribui para o desenvolvimento sustentável.
Atualmente, o carbonato de cálcio é frequentemente combinado com polímeros e aditivos funcionais para produzir revestimentos compósitos. Em muitos casos, o resfriamento radiativo é integrado a outras funcionalidades para aprimorar o desempenho por meio da regulação térmica passiva.
7. Aplicação em Armazenamento de Energia Térmica
O carbonato de cálcio possui excelente condutividade térmica, propriedades mecânicas, capacidade de selagem e estabilidade química. Pode ser usado para encapsular materiais de mudança de fase em microcápsulas. O invólucro da microcápsula formado possui boas propriedades protetoras e uma vida útil mais longa. Além disso, o carbonato de cálcio é ecologicamente correto e as microcápsulas feitas com ele são materiais sustentáveis. Os materiais de mudança de fase encapsulados incluem principalmente sistemas de n-octadecano ou parafina composta.
8. Aplicação no Tratamento do Câncer
O carbonato de cálcio, devido ao seu baixo custo, boa bioabsorção e biocompatibilidade, pode ser utilizado em sistemas de liberação de fármacos para o tratamento do câncer. No entanto, o carbonato de cálcio típico, de tamanho micrométrico, devido à sua alta cristalinidade, reduz sua taxa de degradação em sistemas biológicos, o que afeta severamente a eficiência de liberação do fármaco. Cientistas têm empregado nanopartículas de carbonato de cálcio amorfo como sistemas de liberação de fármacos. Comparado ao carbonato de cálcio cristalino, o carbonato de cálcio amorfo é mais facilmente hidrolisado no ambiente intracelular, o que é mais propício à liberação do fármaco.
9. Aplicação no Novo Campo de Fabricação de Papel
Pesquisadores prepararam carbonato de cálcio flexível e deformável com uma alta relação comprimento-diâmetro usando nanocelulose como molde. Primeiro, a nanocelulose é dispersa em água e, após agitação completa, dióxido de carbono é introduzido, fazendo com que o óxido de cálcio forme carbonato de cálcio ao redor da nanocelulose in situ. O carbonato de cálcio resultante tem 10–30 μm de largura e 30–200 μm de comprimento, adsorvido na superfície da nanocelulose e não é facilmente colapsado. Este carbonato de cálcio flexível e deformável é adicionado à polpa e transformado em papel por um método de prensagem úmida. A celulose em papel com alto teor de cálcio tem fortes forças de ligação e excelente resistência à tração. A deformabilidade do carbonato de cálcio confere uma superfície mais lisa ao papel. Este método pode fazer a transição da produção de papel de base de madeira para base de carbonato de cálcio, reduzindo o uso de madeira e contribuindo para o desenvolvimento sustentável da indústria papeleira.
10. Aplicação em Materiais de Construção
Os whiskers de carbonato de cálcio são compatíveis com aditivos de cimento e são comumente usados para reforçar o cimento. O concreto comum é propenso a fissuras sob impacto, mas os whiskers de carbonato de cálcio podem controlar o desenvolvimento de fissuras. Nos últimos anos, o uso de whiskers de carbonato de cálcio, fibras de aço inoxidável, fibras de basalto e outras fibras híbridas multiescala para reforçar o concreto tornou-se uma tendência crescente.
11. Aplicação no Tratamento de Água
O carbonato de cálcio possui excelente capacidade tamponante, neutralizante e adsorvente, tornando-o adequado para o tratamento de água e efluentes. No tratamento de água, o carbonato de cálcio pode regular o pH, remover íons poluentes e ajustar a dureza da água. Ele desempenha um papel importante no alívio da formação de incrustações, na prevenção de entupimentos de tubulações e na melhoria da eficiência da utilização dos recursos hídricos. No tratamento de efluentes, o carbonato de cálcio pode adsorver poluentes orgânicos e íons de metais pesados. Isso pode reduzir a concentração de substâncias nocivas nos efluentes, purificando assim os recursos hídricos.
12. Aplicação na Remediação de Solos
Na remediação de solos poluídos, o carbonato de cálcio pode precipitar vários íons de metais pesados e ajustar o pH do solo. Isso o torna um importante agente de remediação de solos. Em aplicações práticas, o carbonato de cálcio é frequentemente usado em combinação com outras argilas para obter melhores resultados de remediação. Como a produção de carbonato de cálcio requer alto consumo de energia e emissões significativas de carbono, avanços recentes na tecnologia de Precipitação de Carbonato de Cálcio Induzida por Microrganismos (MICP). Apresenta baixo consumo de energia e baixas emissões de carbono, demonstram grande potencial para a remediação de solos. A MICP tem apresentado excelente desempenho tanto no tratamento de águas residuais quanto na remediação da poluição do solo.
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