碳酸钙的常见形式主要有不规则、纺锤、球、片、立方体等。不同形式的碳酸钙具有不同的应用领域和功能。其中,球形碳酸钙具有分散性好、流动性好、溶解度大、比表面积大的特点,在塑料、橡胶、食品、造纸等领域有着重要的应用。
目前,球形碳酸钙的主要制备方法有复分解法和碳化法。虽然复分解法可以制成球形碳酸钙,形状规则,分散性好,但原料昂贵,会引入大量杂质离子,不适合工业生产。碳化法是工业上最常用的方法,传统的碳化法主要分为间歇式碳化法和连续喷雾式碳化法。虽然碳化法成本低,可以大规模生产,但传统碳化法制备的球形碳酸钙存在粒径分布不均、生产效率低等问题。
超重力反应结晶法是制备纳米材料的一种新方法,其本质是通过高速旋转产生巨大的离心力,模拟超重力场的环境。超重力反应器中高速旋转的填料转子将液体打成液丝、液滴或液膜,液体比表面积急剧增加。同时,相间传质速率比传统塔式设备高1~3个数量级,大大加强了微观混合和传质过程。因此,与传统碳化法相比,反应时间短,产品具有粒度小、粒径分布窄、产品纯度高、形状更整洁等优点。由于其良好的微混合和传质效果,超重力反应器广泛应用于制备纳米材料。
在大多数情况下,球形碳酸钙是由球猎石生长而成的,但球猎石作为一种热力学不稳定的晶体类型,在潮湿的环境和水溶液中难以稳定,需要一些特殊的方法来稳定获得。研究表明,碳化反应的引入NH4 方解石的产生不仅可以在结晶过程中抑制,而且可以转化为有利于碳酸钙晶型的球猎石方向NH4 气氛可以使产生的球猎石在溶液中稳定存在。
与NH4 不同的是,酸性氨基酸会在溶液中解离并与溶液分离Ca2 结合晶体模板的形成,在晶体模板的影响下,产生的碳酸钙也会出现亚稳态晶相,在碳酸钙结晶过程中引入适当的氨基酸会产生特定的功能,修改形状。
利用低价谷氨酸和氯化铵作为添加剂,研究了球形碳酸钙在超重力场中的可控制备,并考察了这两种添加剂在碳酸钙合成中的作用。结果表明:
(1)采用超重力反应结晶碳化法L-在氢氧化钙4%、20%、超重力因子161.0的最佳条件下,谷氨酸和氯化铵的添加量可制成约500粒径nm、纯球猎石碳酸钙球形较高。
(2)反应开始前,L-谷氨酸与溶液中钙离子的形成模板影响碳酸钙的成核和生长,溶液中大量存在于反应过程中NH4 它为球石的形成提供了良好的环境。超重力反应器高速切割液体,防止氢氧化钙原料过度覆盖,实现球形碳酸钙的可控制备。
资料来源:刘晨民、刘曦曦、陈小鹏等.超重力反应结晶碳化法制备球形碳酸钙[J].化工进展,2021、40(11):6323-6331,由【粉技网】编辑整理,转载请注明出处!
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