中國粉體網訊 近年來功能化礦物粉體復合材料研究備受關注，碳酸鈣作為發(fā)展較早的傳統粉體，以其龐大的儲量、綠色且相對穩(wěn)定的礦物性質、低廉的價格和生產成本，吸引了研究人員和生產企業(yè)的關注。
傳統碳酸鈣產業(yè)是由原料直接進行加工的產品（如GCC中填料級粉體等），附加值低、利潤小、市場競爭激烈。將微納米CaCO3改性和與特定物質進行有序復合以構建功能材料，可調整、優(yōu)化CaCO3的表面特性、結構與材料屬性，提高應用性能，并通過賦予復合材料新功能以實現CaCO3產品的提質升級、拓展新的應用領域、提高利用價值、附加值和競爭力。微納米CaCO3改性與復合功能材料的構建及應用不僅對CaCO3產業(yè)的發(fā)展和資源的高效、高價值利用及產品的綠色化生產具有積極帶動作用，而且對其它非金屬礦行業(yè)的技術進步也具有引領和參考價值。同時，它還通過協同提升與CaCO3相復合的材料功能使這些材料的應用水平提高、用量和成本降低，從而推動這些材料及其應用行業(yè)的技術進步。
2025年4月10日，由中國粉體網主辦的“2025第四屆全國碳酸鈣產業(yè)高值化發(fā)展交流大會暨第三屆功能母粒材料及應用高峰論壇”在安徽池州成功召開！在本次大會期間，中國粉體網記者邀請了中國地質大學(北京)陳代梅教授做客“對話”欄目，為大家講解CaCO3基體復合功能材的內涵、制備技術和研究成果。
中國地質大學(北京)陳代梅教授
粉體網：陳教授，請您介紹一下您所在的團隊，講講近期你們在鈣材料方面的研究工作和一些新的著作？
陳教授：我們的團隊是礦物復合材料研發(fā)團隊，負責人是丁浩教授，主要成員還有梅樂夫教授、敖衛(wèi)華教授、陳代梅教授(我)、孫思佳副教授、張涵博士后等。
近20多年以來，圍繞微納米CaCO3改性與復合功能材料構建及其應用等主題開展了系統的科學研究，涵蓋了基礎研究、產品開發(fā)和應用等各個方面，在微納米CaCO3表面有機改性及其聚團、解聚和分散、CaCO3復合金屬化合物功能材料制備、CaCO3為原料鈣化合物制備和上述CaCO3改性與復合功能材料作為填料、顏料、光催化劑、抗菌劑、陶瓷乳濁劑和在去除水中重金屬離子等應用領域取得了一系列研究成果。
我們開發(fā)了CaCO3-TiO2和CaCO3-SiO2-TiO2復合顏料、CaCO3-TiO2和CaCO3-SiO2-TiO2復合陶瓷乳濁劑、CaCO3表面負載納米TiO2和CdS復合光催化劑、CaCO3/Al(OH)3復合材料、CaCO3負載ZnO及其改性超疏水涂層的制備與抗菌性能，開發(fā)的CaCO3@SiO2復合材料用在橡膠和塑料中大大節(jié)約白炭黑的用量，其中部分成果已實現了產業(yè)化。
目前有2-3項研究獲得成果鑒定，4項成果獲得省部級獎勵，發(fā)表國際SCI論文150篇，國內核心期刊論文30篇，出版礦物復合材料相關學術著作7部。目前培養(yǎng)博士研究生21人、碩士研究生69人，博士后3人。
粉體網：陳教授，CaCO3功能材料具體是指什么？有哪些種類？
陳教授：CaCO3基體復合材料主要是以CaCO3礦物為基體，以特定的無機功能材料為功能組分，將二者進行結構上的有序復合。也就是通過物理、化學和一些表面改性的方法賦予碳酸鈣功能性，如吸附、催化、藥物釋放還有用在涂料、顏料時展現出的功能性填充效果。
碳酸鈣功能材料分類方式也有很多種，例如天然碳酸鈣、合成碳酸鈣。按照形貌結構可以分為多孔碳酸鈣、納米碳酸鈣、碳酸鈣復合材料（無機、有機材料復合）。
按照應用領域我們可以將其分為多種，環(huán)保方面應用主要以碳酸鈣為載體，如重金屬吸附用碳酸鈣功能材料；和二氧化鈦復合，賦予碳酸鈣一些催化性能；利用碳酸鈣制備超疏水自清潔涂層材料等。醫(yī)藥方面應用，碳酸鈣還可作為藥物釋放載體、骨修復材料。在橡膠、塑料方面應用，碳酸鈣功能材料可以作為填充性功能材料，增加橡膠力學性能，整體提升補強效果。
粉體網：陳教授，您給大家科普一下CaCO3功能材料制備關鍵技術有哪幾種？
陳教授：碳酸鈣成為功能材料主要依賴于制備技術，顆粒大小、粒徑分布、晶型、表面性質相關的控制技術都是十分關鍵。
碳酸鈣功能材料制備工藝主要分為：沉淀法、碳化法、模板法、生物礦化法、微乳液法。
沉淀法，這是制備碳酸鈣功能材料最簡單、最快速的方法。用此法生產碳酸鈣功能材料的關鍵在于如何控制溶液的pH值、前絮物的濃度、添加劑，以此控制碳酸鈣顆粒大小和晶型。
碳化法，這是制備碳酸鈣最常用的技術，主要用于制備輕鈣。用此法生產碳酸鈣功能材料的關鍵在于控制CO2的通入速度，以此來控制碳酸鈣的晶型、顆粒大小。
模板法，分為硬模板法和軟模板法。軟模板法利用十二烷基硫酸鈉(SDS)等有機物質作為表面活性劑控制形成多孔碳酸鈣。硬模板法主要用聚丙乙烯（PS）或二氧化硅（SiO2）作為載體生產多孔碳酸鈣，對于重金屬吸附效果很好。
生物礦化法，利用生物中的有機物質促進碳酸鈣生成。生物礦化法生產的碳酸鈣主要在骨材料中應用。
微乳液法，利用油和水的比例控制形成的微環(huán)境來控制碳酸鈣的生長。該方法生產的碳酸鈣顆粒細小、晶型可控，也可以用于功能性碳酸鈣制備。
粉體網：陳教授，目前CaCO3功能材料有哪些研發(fā)成果？
陳教授：近幾年，碳酸鈣高附加值應用一直是比較熱門的研究課題。目前國際、國內、包括我們課題組都有一些新的研究成果，廣泛用于藥物傳遞、環(huán)保、化工等領域。
藥物傳遞方面，中國科學院利用碳酸鈣pH值敏感性，即通過對微環(huán)境酸性值的控制以碳酸鈣為載體實現藥物快速釋放；在骨修復材料方面，哈佛大學以碳酸鈣為貝殼結構制備殼聚糖復合材料，骨增強性能優(yōu)越，強度達到200MPa。
在環(huán)保方面的應用，我們礦物復合材料研發(fā)團隊制備了多孔碳酸鈣，對Pb2+的吸附性能達到800mg/g；我們以碳酸鈣包覆二氧化硅復合材料對Pb2+的吸附性能達到2000mg/g以上，遠遠高于國際上同類材料的吸附容量；我們以碳酸鈣復合二氧化鈦和硫化鎘光催化材料用于吸附水中的有機污染物以及重金屬，這些產品性能水平都非常高。
此外，碳酸鈣，尤其是納米碳酸鈣在橡膠材料里具有廣泛的應用，但是碳酸鈣和高分子機體相容性差。我們課題組發(fā)明了二氧化硅包覆碳酸鈣材料，大大提高了碳酸鈣和有機物相容性，在橡膠、塑料中應用其拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能，包括一些熱學性能得到有效提高，大大節(jié)約了白炭黑用量。
碳酸鈣在新能源電池方面也有一些應用成果，有課題組以多孔碳酸鈣為模板制備的多孔碳，產品比容量達到2000mAh·g-1，這方面的研究也是大大拓寬了碳酸鈣的應用領域和價值。
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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