CN103950964A - 一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，包括：将80-85℃的去离子水加到CaO中，搅拌反应20-30min，室温陈化，过筛，加去离子水，得到Ca(OH)2溶液；水浴条件下，将晶型控制剂加入上述Ca(OH)2溶液中，搅拌溶解，通入二氧化碳气体进行碳化，并搅拌，至不同反应阶段停止；碳化多次时，陈化后继续通二氧化碳气体搅拌，至反应溶液pH为7，洗涤离心，干燥，即得。本发明具有操作方法简单、成本低廉、重复性好，反应条件易控，温度要求较低、产品质量优良等特点；制备出的纳米碳酸钙颗粒的粒径分布均匀，分散性好，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米碳酸钙颗粒的制备方法领域，特别涉及一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法。
背景技术
碳酸钙是一种重要的化工基本原料和典型的生物矿物，具有原料丰富、生产工艺简单和应用性能优良等特点，作为填料被广泛应用于橡胶、塑料、油墨、造纸、医药和食品等工业。
碳酸钙有方解石、文石和球霰石三种不同的结晶形态,分属三方正交和立方晶系,其中方解石最稳定,文石和球霰石属于非稳晶态,它们的能量依次降低,溶解度也依次降低。
目前，关于纳米CaCO3的制备方法有很多，碳酸钙制备方法分为液相反应法和碳化法。液相反应法是通过钙盐和碳酸钙盐或碳酸氢盐两种溶液之间反应制备碳酸钙的,所得产品大多数形貌较规则且颗粒尺寸较大为微米级,由于其使用的反应物量少及制备过程难以控制的局限性,难以将其扩大化应用。碳化法是目前工业生产纳米碳酸钙的主要方法，该法原料来源广泛，主要为经过精选的石灰石。石灰石经过煅烧得到CaO；将CaO消化然后通入CO2，加入晶型控制剂，碳化至终点；最后产品经过脱水、干燥、表面处理等过程得到纳米碳酸钙产品。根据CO2与Ca(OH)2悬浊液接触方式的不同，可以将碳化法分为间歇碳化法、喷雾碳化法和超重力碳化法。
纳米碳酸钙在磁性、催化剂、光热阻和熔点等方面表现出与普通碳酸钙所不同的奇异或反常的物理、化学特性，以及在增韧性、补强性、透明性、触变性、流平性和消毒杀菌等应用方面的特殊性能，是由于它所具有的体积效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。而纳米碳酸钙径向比的不同，使颗粒径面含量不同，总径面不同，致使上述性质发生改变。所以，这也是不同领域需要不同形貌的原因之一。生产中，主要的控制因素有Ca(OH)2乳液浓度、CO2流量、反应温度、添加剂种类等。通过控制不同的条件,目前已经制备出单位粒径(或短径)大于10nm的多种纳米碳酸钙产品,晶体形状有链状、针状、球形、立方形、片状、纺锥形等。但是，迄今为止，还未曾见到关于通过调节碳化次数制备不同径向比纳米CaCO3颗粒的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，该方法操作简单，重复性好，反应条件易控，温度要求低等特点；制备出的方解石型纳米碳酸钙颗粒的粒径分布均匀，粒径可控，具有良好的应用前景。
本发明的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，包括：
(1)将80-85℃的去离子水加到CaO中，搅拌反应20-30min，室温陈化，过筛，加去离子水，得到Ca(OH)2溶液；
(2)水浴条件下，将晶型控制剂加入上述Ca(OH)2溶液中，搅拌溶解，通入二氧化碳气体进行碳化，并搅拌，至不同反应阶段停止；碳化多次时，陈化后继续通二氧化碳气体搅拌，至反应溶液pH为7，洗涤离心，干燥，即得不同径向比纳米碳酸钙颗粒。
所述步骤(1)中CaO和80-85℃去离子水的比例关系为6.05g：30ml。
所述步骤(1)中陈化时间为12-48h；筛子目数为200目。
所述步骤(1)中Ca(OH)2溶液的质量百分浓度为4-8％。
所述步骤(2)中晶型控制剂为蔗糖，加入量为理论CaCO3产量的1.5％。
所述步骤(2)中二氧化碳气体均为1.5L/min，保持水浴温度为18.0-25.0℃。
所述步骤(2)中搅拌溶解时间为5-10min。
所述步骤(2)中碳化次数为1次、2次或3次。
所述步骤(2)中根据碳化次数进行陈化，陈化温度为65-70℃，陈化总时间为10-16h。
所述步骤(2)中洗涤离心为乙醇、去离子水交替洗涤离心，具体为：先用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8-10min离心去除上清液，再用去离子水洗涤、在10000rpm下离心分离8-10min离心去除上清液，最后用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8-10min离心。所述步骤(2)中干燥温度为80-85℃。
有益效果
(1)本发明具有操作简单，重复性好，反应条件易控，温度要求低等特点；
(2)本发明制备出的方解石型纳米碳酸钙颗粒的粒径分布均匀，粒径可控，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所得的纳米碳酸钙颗粒的TEM图；
图2为实施例2所得的纳米碳酸钙颗粒的TEM图；
图3为实施例3所得的纳米碳酸钙颗粒的TEM图；
图4是实施例3所得的纳米碳酸钙颗粒的XRD图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)称取6.05g CaO,加入约30ml85.0℃去离子水，磁力搅拌约30min。陈化24h以上。
(2)加入去离子水至200ml，并将Ca(OH)2溶液过200目筛子。
(3)于室温水中水浴并磁力搅拌，加入蔗糖0.162g(理论碳酸钙产量的0.15％)，10min后，通CO21.5L/min,当pH下降大约为7时，停止反应。
(4)反应结束，离心洗涤。先用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8min离心去除上清液，再用去离子水洗涤、在10000rpm下离心分离8min离心去除上清液，如此循环3次，最后用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8min离心。
(5)于80.0℃烘箱内烘干。
由图1的TEM图，由图估算出产物的长约为54.07nm，宽约为40.56nm，长径比约为1.333。
实施例2
(1)称取6.05g CaO,加入约30ml85.0℃去离子水，磁力搅拌约30min。陈化24h以上。
(2)加入去离子水至200ml，并将Ca(OH)2溶液过200目筛子。
(3)于室温水中水浴并磁力搅拌，加入蔗糖0.162g(理论碳酸钙产量的0.15％)，10min后，通CO21.5L/min,当pH下降为9.5-10.5时，停止并于65℃水浴锅中开始陈化16h。
(4)磁力搅拌，降至室温。继续通CO21.5L/min,当pH大约为7时，停止反应。
(5)反应结束，离心洗涤。先用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8min离心去除上清液，再用去离子水洗涤、在10000rpm下离心分离8min离心去除上清液，如此循环3次，最后用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8min离心。
(6)于80.0℃烘箱内烘干。
由图2的TEM图，由图估算出产物的长约为131.7nm，宽约为58.96nm,长径比约为2.233。
实施例3
(1)称取6.05g CaO,加入约30ml85.0℃去离子水，磁力搅拌约30min。陈化24h以上。(2)加入去离子水至200ml，并将Ca(OH)2溶液过200目筛子。
(3)于室温水中水浴并磁力搅拌，加入蔗糖0.162g(理论碳酸钙产量的0.15％)。
(4)10min后，通CO21.5L/min,8min后停止。并65.0℃水浴陈化。
(5)6h后停止陈化，并降至室温，继续通CO21.5L/min，15min后停止。并65.0℃水浴陈化。
(6)10h后停止陈化，降温至室温，搅拌，继续通CO21.5L/min,当pH大约为7时，停止反应。
(7)反应结束，离心洗涤。先用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8min离心去除上清液，再用去离子水洗涤、在10000rpm下离心分离8min离心去除上清液，如此循环3次，最后用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8min离心。
(8)于80.0℃烘箱内烘干。
由图3的TEM图及图4的XRD图，由图估算出产物的长约为174.16nm，宽约为39.72nm,长径比约为4.385，且全部为方解石型的纳米碳酸钙颗粒。
Claims (10)
1.一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，包括：
(1)将80-85℃的去离子水加到CaO中，搅拌反应20-30min，室温陈化，过筛，加去离子水，得到Ca(OH)2溶液；
(2)水浴条件下，将晶型控制剂加入上述Ca(OH)2溶液中，搅拌溶解，通入二氧化碳气体进行碳化，并搅拌，至不同反应阶段停止；碳化多次时，陈化后继续通二氧化碳气体搅拌，至反应溶液pH为7，洗涤离心，干燥，即得不同径向比纳米碳酸钙颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(1)中CaO和80-85℃去离子水的比例关系为6.05g：30ml。
3.根据权利要求1所述的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(1)中陈化时间为12-48h；筛子目数为200目。
4.根据权利要求1所述的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(1)中Ca(OH)2溶液的质量百分浓度为4-8％。
5.根据权利要求1所述的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中晶型控制剂为蔗糖，加入量为理论CaCO3产量的1.5％。
6.根据权利要求1所述的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中二氧化碳气体为1.5L/min，水浴温度为18.0-25.0℃。
7.根据权利要求1所述的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中碳化次数为1次、2次或3次。
8.根据权利要求1所述的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中根据碳化次数进行陈化，陈化温度为65-70℃，陈化总时间为10-16h。
9.根据权利要求1所述的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中洗涤离心为乙醇、去离子水交替洗涤离心，具体为：先用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8-10min离心去除上清液，再用去离子水洗涤、在10000rpm下离心分离8-10min离心去除上清液，最后用无水乙醇洗涤、在10000rpm下离心分离8-10min离心。
10.根据权利要求1所述的一种通过调节碳化次数制备不同径向比纳米碳酸钙颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中干燥温度为80-85℃。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20180223 |