Войти
Эти отложения туфа содержат аморфный карбонат кальция вдоль остатков водорослей и мха Аморфный карбонат кальция (ACC) - ам орфозный и наименее стабильный полиморф из карбоната кальция. ACC крайне нестабилен в нормальных условиях и в естественных условиях встречается в самых разнообразных таксонах, таких как морские ежи, кораллы, моллюски и фораминиферы <14.>. Обычно он находится в виде моногидрата, имеющего химическую формулу CaCO 3·H2O; однако он также может существовать в обезвоженном состоянии, CaCO 3. АСС известен науке уже более 100 лет, когда Стурке Херман обнаружил недифракционную картину карбоната кальция, демонстрирующую его плохо упорядоченную природу.
АСС является примером кристаллизации путем присоединения частиц (CPA)., где кристаллы образуются путем добавления частиц от многоионных комплексов до полностью сформированных нанокристаллов. Исследования таких систем имеют разнообразное применение; однако из-за отсутствия однозначных ответов на фундаментальные вопросы (например, произведение растворимости, межфазные силы, структура и т. д.) они становятся темами изучения в самых разных областях, от химии, геологии, биологии, физики и инженерии материаловедения.
ACC - это шестой и наименее стабильный полиморф карбоната кальция. Остальные пять полиморфов (с понижением стабильности): кальцит, арагонит, фатерит, моногидрокальцит и икаит.. При смешивании двух перенасыщенных растворов хлорида кальция и карбоната натрия (или бикарбонатов натрия) эти полиморфы будут выпадать в осадок из раствора в соответствии с шаговым правилом Оствальда, в котором указано, что наименьшее количество стабильный полиморф осаждается первым. Но хотя ACC является первым выпадающим в осадок продуктом, он быстро превращается в один из наиболее стабильных полиморфов за секунды. В чистом CaCO 3 АСС превращается в течение нескольких секунд в одну из полиморфов кристаллического карбоната кальция. Предполагается, что это превращение из аморфного в кристаллическое является механизмом растворения-переосаждения. Несмотря на крайне нестабильную природу АЦК, некоторые организмы способны продуцировать стабильные АЦЦ. Например, американский лобстер Homarus americanus поддерживает стабильную АСС в течение своего годового цикла линьки. Исследования биогенных АЦЦ также показали, что эти стабильные формы АЦЦ гидратированы, тогда как переходные формы - нет. Наблюдения за ростом спикул у морских ежей показывают, что АЦК откладывается в месте роста нового минерала, где он затем обезвоживается и превращается в кальцит.
Некоторые организмы разработали методы для стабилизации ACC с использованием специализированных белков для различных целей. Предполагается, что функция ACC у этих видов заключается в хранении / транспортировке материалов для биоминерализации или улучшения физических свойств, но обоснованность таких выводов еще предстоит определить. Известно, что дождевые черви, некоторые виды двустворчатых моллюсков и некоторые виды брюхоногих моллюсков продуцируют очень стабильные АСС. ACC широко используется ракообразными для придания жесткости экзоскелету, а также для хранения кальция в гастролитах во время цикла линьки. Здесь преимущество использования ACC может заключаться не в физической силе, а в том, что он периодически требует растворения экзоскелета для линьки. Морские ежи и их личинки используют временную форму АЦЦ при формировании спикул. Новый материал, гидратированная форма ACC, для спикулы транспортируется и откладывается на внешних краях спикулы. Затем осажденный материал ACC · H 2 O быстро дегидратируется до ACC. После обезвоживания, в течение 24 часов, весь АСС превратится в кальцит.
Многие методы были разработаны для синтетического производства АСС с момента его открытия в 1989 г. только несколько синтезов успешно стабилизировали АЦК более чем на несколько недель. Лучший эффективный метод стабилизации срока службы ACC - это формирование его в присутствии магния и / или фосфора. Также было обнаружено, что пути кристаллизации ACC зависят от его отношения Mg / Ca, превращаясь в арагонит, Mg-кальцит, моногидрокальцит или доломит с увеличением содержания Mg. Хуанг и др. удалось стабилизировать ACC с помощью полиакриловой кислоты в течение нескольких месяцев, в то время как Loste et al. показали, что ионы магния также могут повышать стабильность АКК. Но только открытие того, что аспарагиновая кислота, глицин, цитрат и фосфорилированные аминокислоты могут производить долгосрочно стабильные АЦК, открыло дверь для коммерциализации продукции.
Высокопористый ACC был синтезирован с использованием метода без поверхностно-активного вещества. В этом методе СаО диспергируют в метаноле под давлением диоксида углерода в герметичном реакционном сосуде. Этим методом был синтезирован АЦК с площадью поверхности более 350 м2 / г. Оказалось, что высокопористые АЦК состоят из агрегированных наночастиц размером менее 10 нм. Также было обнаружено, что высокопористый АСС стабилен в условиях окружающей среды до 3 недель с сохранением большей части его пористости.
Биодоступность: С 2013 года компания Amorphical Ltd. продает ACC пищевую добавку. Карбонат кальция используется в качестве кальций добавка во всем мире, однако известно, что его биодоступность очень низкая, всего около 20–30%. АСС примерно на 40% более биодоступен, чем кристаллический карбонат кальция.
Доставка лекарств: Благодаря способности регулировать размер и морфологию частиц аморфного карбоната кальция (а также других частиц карбоната кальция) они имеют огромные размеры. приложения в системах доставки лекарств. Высокопористый АЦК показал способность стабилизировать молекулы плохо растворимых лекарств в своей обширной пористой системе, а также может увеличивать скорость высвобождения этих лекарств.
Реконструкция палеоклимата: Лучшее понимание процесса превращения аморфного кальция в кристаллический карбонат улучшит реконструкцию климата прошлого с использованием химических и биологических заместителей. Например, калибровка палеотермометра для слипшихся карбонатов CO и понимание происхождения и эволюции структур скелета.
Восстановление окружающей среды: Улучшение усилий по восстановлению окружающей среды за счет понимания роли грунтовых материалов в биогеохимический цикл питательных веществ и металлов благодаря лучшему пониманию свойств минеральных фаз окружающей среды, участвующих в поглощении и высвобождении элементов.
Материаловедение: Улучшение наноматериалов дизайн и синтез таких в качестве улучшающих фотоэлектрических, фотокаталитических и термоэлектрических материалов для энергетических применений или улучшения биомедицинских цементирований. Также улучшается разработка каркасного материала для CO2улавливания, хранения H 2, контроля выбросов, преобразования биомассы, молекулярного разделения и очистки биотоплива.
