超重力法合成纳米碳酸钙的研究
纳米碳酸钙的生产工艺
工业生产技术的不断革新，给许多新型的产品生产带来可能，其中一种纳米级的碳酸钙颗粒就可运用于多个行业中去。
目前主要采用的制作工艺可以分为炭化法、连续喷雾碳化法、超重力碳化法等。
我们来一一去进行了解。
制备纳米碳酸钙的方法有物理法和化学法。
物理法就是对天然石灰石、白垩石进行机械粉碎而得到。
但是粉碎的粒度是有限的，只有采用特殊的方法和机械才有可能达到0.1μm以下。
所以生产纳米碳酸钙主要采用化学法。
（一）碳化法这种制备方法是主要的一种生产方式。
将精选的石灰石煅烧，得到氧化钙和窑气。
使氧化钙消化，并将生成的悬浮氢氧化钙在高剪切力作用下粉碎，多级旋液分离除去颗粒及杂质，得到一定浓度的精制氢氧化钙悬浮液；然后通入CO2气体，加入适当的晶型控制剂，碳化至终点，得到要求晶型的碳酸钙浆液；再进行脱水、干燥、表面处理，得到纳米碳酸钙产品。
按照碳化过程中CO2气体与氢氧化钙悬浮液接触方式的不同，可将碳化法分为间歇鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法和超重力碳化法，以及在间歇鼓泡碳化法基础上改进的非冷冻法。
该法投资少，易于转化，为国内外大多数厂家所采用。
但是这种方法生产效率低、气液接触差、碳化时间长、粒径粗且不均匀。
（二）连续喷雾碳化法喷雾碳化法是将石灰乳用喷头喷成雾状，从塔顶喷下，将一定浓度的CO2以某一速度从塔底上升，与雾状石灰乳发生反应。
对于连续喷雾碳化，则重复进行以上过程，最后可获得粒径小于0.1μm的纳米碳酸钙。
该法生产纳米碳酸钙效率高，经济效益可观，并能实现连续自动大规模生产，另外，具有很高的科学性和技术性。
但设备投资较大。
（三）超重力碳化法利用旋转造成一种稳定的、比地球重力加速度高的多的超重力环境，极大地增加气液接触面积，强化气-液之间的传质过程，从而提高碳化速度。
同时，由于乳液在旋转床中得到高度分散，限制了晶粒的长大，即使不添加晶形控制剂，也可以制备出粒径为15~30nm的纳米碳酸钙。
纳米碳酸钙的制备及用途
一、纳米碳酸钙的制备
纳米碳酸钙的制备方法主要有碳化法、复分解法和化学气相沉积法等。其中， 碳化法是最常用的制备方法，其主要原理是在高温高压条件下，将二氧化碳气体 与氢氧化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀。具体制备过程包括配料、搅拌、碳化、过 滤、干燥和表面处理等步骤。
为了获得高质量的纳米碳酸钙，需要注意以下几点：
纳米碳酸钙的制备及用途
目录
01 一、纳米碳酸钙的制 备
02
二、纳米碳酸钙的用 途
03
三、纳米碳酸钙的市 场现状和前景
04 四、结论
05 参考内容
随着科技的不断发展，纳米技术在各个领域的应用越来越广泛。其中，纳米 碳酸钙作为一种重要的纳米材料，具有广阔的应用前景和市场价值。本次演示将 详细介绍纳米碳酸钙的制备方法、用途及市场发展情况，以期让更多人了解这一 纳米材料的优势和应用价值。
功能性纳米碳酸钙在许多领域都有广泛的应用，例如橡胶、塑料、涂料、化 妆品和生物医学等。由于其良好的分散性和高透明度，它可以作为塑料的增强填 料和透明剂。此外，纳米碳酸钙还可以用于药物输送，如抗癌药物和疫苗的载体。
五、结论
功能性纳米碳酸钙的制备及性质研究具有重要的实际意义。其制备方法的改 进和性质的优化将进一步拓宽其应用领域，提高其使用性能。对其磁学性质和生 物相容性的进一步研究也将为纳米碳酸钙在生物医学领域的应用带来新的可能。
摘要纳米碳酸钙是一种具有重要应用价值的无机纳米材料，在橡胶、塑料、 涂料、油墨等领域得到广泛应用。本次演示总结了纳米碳酸钙的制备及改性应用 研究进展，并分析了其未来的发展趋势和应用前景。
引言纳米碳酸钙是一种由钙离子和碳酸根离子组成的无机纳米粒子，具有轻 质、高比表面积、吸油性等特性。制备纳米碳酸钙的方法主要有化学沉淀法、气 相水解法、界面沉淀法等。纳米碳酸钙经过改性处理后，可进一步提高其应用性 能，如表面改性技术、插层改性技术等。
纳米碳酸钙超重力法
纳米碳酸钙超重力法纳米碳酸钙的超重力法是一种制备技术，通过利用高速离心力和超重力环境，实现物质组分的分离和纯化。
在这种技术中，含有碳酸钙前体物的水溶液在远超于地球重力场的条件下进行离心分离操作，形成具有纳米级别粒径的碳酸钙。
这种制备方法具有较好的分散性和表面活性，且能保证所有晶核具有相同的生长时间，使产物浓度空间均匀分布，满足较高的产物过饱和度。
在橡胶工业中，纳米碳酸钙作为一种重要的填充剂，具有广泛的应用。
它可以提高橡胶的力学性能、热稳定性和阻隔性，改善橡胶制品的加工流动性和耐老化性。
此外，纳米碳酸钙在塑料、涂料、油墨等高分子材料中也有广泛应用，可以提高材料的力学性能、耐热性、阻隔性、透明性和加工流动性等。
超重力法制备纳米碳酸钙的优点：超重力法制备纳米碳酸钙具有许多优点。
首先，该方法可以在常温常压下进行，避免了高温高压对设备的高要求，降低了生产成本。
其次，超重力法可以快速地完成碳酸钙的成核和生长过程，缩短了生产周期。
此外，超重力法可以获得高纯度的纳米碳酸钙，减少了后续处理和提纯的步骤。
最重要的是，超重力法可以精确控制纳米碳酸钙的粒径和形貌，使其满足不同应用领域的需求。
超重力法制备纳米碳酸钙的应用前景随着科技的不断发展，纳米碳酸钙的应用领域也在不断扩展。
在橡胶工业中，随着绿色轮胎的发展，对纳米碳酸钙的需求量不断增加。
在塑料行业中，随着人们对环保意识的提高，使用可降解的塑料制品已成为趋势，这需要大量的纳米碳酸钙作为增韧剂和增强剂。
此外，纳米碳酸钙在涂料、油墨、化妆品等领域也有广泛的应用前景。
超重力法制备纳米碳酸钙具有良好的应用前景。
首先，超重力法可以制备出高纯度、高分散性的纳米碳酸钙，满足不同领域对材料性能的要求。
其次，超重力法可以精确控制纳米碳酸钙的粒径和形貌，使其在应用中发挥最佳性能。
此外，超重力法具有高效、环保、低成本的优点，有利于推动纳米碳酸钙的广泛应用。
结论超重力法制备纳米碳酸钙是一种高效、环保、低成本的方法，具有良好的应用前景。
纳米碳酸钙的生产应用及市场前景
纳米碳酸钙的生产应用及市场前景纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体材料。
与普通碳酸钙相比,由于其物理性能有较大的改善,使之在众多应用领域中可起到增强、增韧作用,从而改善产品的使用性和外观性,可以部分取代如白炭黑等昂贵的原材料,使产品成本下降,质量大幅度提高。
因此,纳米碳酸钙一出现,就表现出广泛的适用性和较为旺盛的市场需求,在涂料、塑料、橡胶、胶粘剂、造纸、油墨、油漆、化妆品以及医药等领域具有广泛的用途。
1 纳米碳酸钙的特点及用途纳米碳酸钙是指其粒度在0.01—0.1 μm之间的碳酸钙产品。
从晶形上可分为纺锤形、立方形、针形、球形等。
其与普通轻质和普通重质碳酸钙相比具有以下特点:粒子细,平均粒径为40nm,是普通轻质碳酸钙粒径的十分之一;比表面积大,比普通轻质碳酸钙大近8倍;粒子晶形为立方体状,部分连接成链状,具有类结构性,与纺锤状的轻质碳酸钙和无规则状的重质碳酸钙不同;表面经过活化处理,活化率较高,具有不同的功能和作用;白度较高,适宜作浅色制品,pH值呈弱碱性。
由于纳米碳酸钙独特的性能,使得其作为一种优质填料和白色颜料,广泛地应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨以及医药等许多行业中。
111 油墨纳米碳酸钙作为树脂性油墨中的填料,除起到一般油墨填料的作用外,与传统油墨填料相比,还具有稳定性好,光泽度高,不影响印刷油墨的干燥性能,适应性强等优点,可替代价格较高的胶质钙,以提高油墨的光泽度和亮度。
用于高档油墨,可以提高油墨的附着力,减小油墨对机械的磨损,适于高速印刷。
纳米碳酸钙在油墨中使用时,一般要经过活化处理,晶型为球形或立方形。
1.2 涂料纳米级碳酸钙具有空间位阻效应,在制漆中能使配方中密度较大立德粉悬浮,起防沉降作用。
制漆后,漆膜白度增加,光泽度高,而遮盖力却不降低,这一性能使其在涂料工业被大量推广应用。
纳米碳酸钙作为填料使用,在漆膜中起骨架和对底材(钢材,木材)的填平作用,使底层漆膜沉积性和渗透性增强。
纳米碳酸钙的生产工艺及用途
纳米碳酸钙的生产工艺及用途碳酸钙是自然界存在的一种很广泛的矿物质，也是一种传统的无机盐化工产品。
近年来，随着碳酸钙的超细化及表面改性技术的发展，纳米碳酸钙制备技术及应用，已成为国内外竞相开发的研究热点。
本文就有关纳米碳酸钙的主要生产技术及其应用领域作一简介。
【阳山县中棋实业有限公司】关键词纳米碳酸钙生产用途碳酸钙（化学式为CaCO3）在自然界广泛存在，它至少有6种矿物形式［1］：无定形碳酸钙(amorphous CaCO3)、球霰石(vaterite)、文石(aragonite)、方解石(calcite)、单水方解石（monohydro calcite）和六水方解石（ikaite，CaCO3·6H2O），是大理石、石灰石、白垩等天然矿物的主要成分，也是贝壳、珊瑚礁、珍珠的构成成分。
在工业上，碳酸钙作为一种重要的无机盐化工产品，物美价廉。
根据生产方法不同，碳酸钙分为两大类、多种型号，以满足不同行业、不同用途的需要［2］。
以方解石、大理石、白垩、贝壳、石灰石等为原料经机械粉碎及超细研磨等用物理方法制取的碳酸钙粉体产品称重质碳酸钙，以GCC表示；以石灰石为原料经煅烧、消化、碳酸化、分离、干燥分级等化学方法制取的产品称轻质碳酸钙，以PCC表示。
普通型的重质碳酸钙和轻质碳酸钙，通常作一般填料和白色颜料使用。
纳米碳酸钙是20世纪80年代运用纳米技术加工发展而成的一种新型轻质碳酸钙产品，粒径通常在20～100 nm之间。
由于碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应，且粒径细而均匀、分布窄、比表面积大、表面活性及分散性好、表面能高，使其在实际使用中体现了很多普通碳酸钙材料所不具备的更加优异的性能，用途更为广泛。
如可广泛大量应用于注塑、挤出、PVC型材、管材、汽车涂料、密封胶、粘结剂涂料、油墨、橡胶等行业，碳酸钙产品的附加值得到很大提高，很快引起了世界各国的普遍关注，现已成为无机非金属材料研究和企业竞争投资的热点［3］。
纳米碳酸钙的制备及应用评述
满足较高的产物过饱和度 、 产物浓度空间分布均匀 、
所有晶核有相同的生长时间等要求 。超重力反应结 晶法制备立方形纳米 Ｃ Ｃ ｓ ａ Ｏ 过程 中， 由于 Ｃ ２ Ｏ 吸收 传质过程 为整个 碳化 过程 的关 键 步骤 ， 因此 强 化
１ ３ 碳化 法 ．
光泽 、透明、稳定、快干等特性 。本文主要介绍 了
其 制备 方法 及应 用 。
碳化法是将精选 的石灰石煅烧 ， 得到 Ｃ Ｏ和窑 ａ 气 ， Ｃ Ｏ消化 ， 使 ａ 并将生成 的悬浮 Ｃ （ Ｈ）在高剪 ａＯ ￣ 切力作用下粉碎 ， 多级旋液分离除去颗粒及杂质 ， 得 到一定浓度的精制 Ｃ （ Ｈ）悬浮液 ； ａＯ ｚ 然后通人 Ｃ ２ Ｏ 气体 ， 加入适 当的晶型控制剂 ， 碳化至终点 ， 得到要 求 晶型 的 Ｃ Ｃ 浆 液 ； 进 行 脱 水 、 燥 、 面 处 ａ Ｏｓ 再 干 表
的分类 。
关键词 ： 米碳 酸钙 纳 制备 应 用
纳米材 料 的粒子 （＜ １０ｎ ０ ｍ）是介 于宏 观 物 质 与微观 原子 或分子 之 间的过 渡亚稳 态 。纳米 材料
和机械设备才有可能达到 ０ １ ｍ 以下 。采用 日本 ．Ｆ 细川粉体工学研究所的纳米工业制造 系统可以得到
Байду номын сангаас
是 ２ 世纪各国产业革命 的支柱、科学研究的热点 １ 和生产厂商的奋斗 目标 。目 ，国内外学者在催化 前 材料 、发光材料、磁性材料、半导体材料及精细陶 瓷等诸多领域开展了大量纳米材料的研究工作。纳 米超细碳酸钙是上世纪 ８ 年代后 发展起来的一种 ０ 新型超细固体材料 ，因其质优价廉更是人们重视的 对象 ，是现代化工业 中不可多得 的新型材料产 品， 粒径在 １ Ｏｎ —１０ ｍ之间。由于其超细微化 ，其晶体 结构及表面电子结构发生了明显改变 ，产生了普通 碳酸钙所不具有的量子尺寸效应 、小尺寸效应、表 面效应 、宏观量子效应－ 。在磁性 、光热阻 、催化 １ Ｊ
一种超重力-微界面传质强化碳化法制备立方形纳米碳酸钙的方法[发明专利]
![一种超重力-微界面传质强化碳化法制备立方形纳米碳酸钙的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4c40803a974bcf84b9d528ea81c758f5f61f297e.png)
专利名称：一种超重力-微界面传质强化碳化法制备立方形纳米碳酸钙的方法
专利类型：发明专利
发明人：童张法,王伟超,陈小鹏,廖丹葵,覃玲意,黄煜,贺路路,李科宏
申请号：CN202210096689.7
申请日：20220126
公开号：CN114408960A
公开日：
20220429
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种超重力‑微界面传质强化碳化法制备立方形纳米碳酸钙的方法，包括以下步骤：S1.取高活性氧化钙和水进行消化，将消化所得Ca(OH)2浆液过筛网，所得精制Ca(OH)2浆液在室温下陈化，将陈化所得Ca(OH)2浆液调节至所需浓度；S2.将葡萄糖加入到Ca(OH)2浆液中，搅拌使其混合均匀，将精制Ca(OH)2浆液加入超重力‑微界面反应器中，调节至碳化起始反应温度，通入CO2至碳化反应结束，制得浆液；S3.将步骤S2所得浆液经离心分离后，沉淀固体物干燥后得到CaCO3样品。
本发明具有强化碳化反应，缩短碳化反应时间，制备得到形貌规整，粒径均一约为50nm立方形纳米碳酸钙的优点。
申请人：广西大学,崇左南方水泥有限公司,广西碳酸钙产业化工程院有限公司
地址：530003 广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学东路100号
国籍：CN
代理机构：南宁胜荣专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：关文龙
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纳米级超细碳酸钙的制备
碳酸钙粒径，通过添加形状控制剂可得到纺锤形、 片状、 球 形、 立方形、 链状等形状各异 的颗粒 日本在超细碳酸钙 的研制、 生产、 应用方面处于 国际领 先地位， 白石工业公司 １ １ 年， ９ ４ 发明了“ 碳化法” 生产轻质碳 酸钙。１２ ９ ７年发 明了“ 细微活性碳酸钙” 的制法。１３ ９ ３年研 制 出了用硬脂酸进行表面化的产品。１５ ９ ２年生产出了粒径 在 Ｏ０ １ 的碳酸钙。在 １ ６ ．￣ ４ｍ ９ ５年发展到粒径细至 ００ １ｎ ． ａ， ２ 以后又陆续 开发了各种形貌 各种 粒径 的产品和表面改性 剂 ， 目前为止 ， 到 具有纺锤形、 立方形、 针形、 球形、 链锁型及 无定型等形态及表面改性的品种达 ５ Ｏ余种。 美国着重于超 细碳酸钙在造纸和涂料上的应用，英 国则主要从事填料专 用超细碳酸钙 的研制， ２ 年来英国在汽车专用塑料用碳 近 Ｏ 酸钙中占垄断地位。我国从 ８ Ｏ年代开始进行超细碳酸钙的 研究， 上海碳酸钙厂等单位已研制、 生产 出了几种不 同型号 的超细碳酸钙产品，但品种少 、 产量低、生产工艺及设备落 后， 高档产 品主要依靠进 口。加强研制和开发新的高档纳米 级超细碳酸钙产品的生产工艺及设备 ，是我国碳酸钙 工业 发展的重要 目标 。 间歇鼓泡碳化法工艺流程如下： 石灰、 水一化灰池一熟 浆池一碳化塔一浆池一脱水一千燥 一过筛一成品 生产纳米级碳酸钙是在生产轻质碳酸钙的基础上，改 变碳化工艺 （ 加入结晶控制剂） 控制形和粒径， 经沉淀 （ 加沉 淀剂） 再经分离、 干燥、 粉碎、 包装制得不同晶形， 大小均匀 的 纳米级超细碳酸钙。 连续喷雾多段碳化法与间歇鼓泡碳化法相 比，连续喷 雾多段碳化法适应于连续大规模生产， 生产能力大， 且生产 效率高 ， 碳化时间短、 产品晶形、 粒度易控制， 可制得优质稳 定的纳米级超细碳酸钙 。 连续喷雾多段碳化法是气液反应， 制备方法大致如下： ６ 数字 化整正的优点和特点 （） １ 数据化整正可以真正做到有的放矢， 克服支柱整正 的盲目性， 能够提前判 定支柱位置的适用性 ： （） ２ 消除了线坠测量整正法对天气的依赖和影响； （ ）避 免了线坠测量经验不足和水平差异对支柱整正 ３ 标准的影响， 利于标准化施工 ； （ ）提 高了整正效率，避免了整正后限界不达标 的返 ４ 工， 可做到一次成优； （） ５ 较经纬仪测量更方便 、 经济、 劳动强度小 ７ 工程实测 此方法 目前 已在京广线和武襄线推广使用 。整正结果 满足验标要求 ， 整正效果标准 、 统一、 美观 。整正过程高效、 可控 ， 便于量化管理， 受到 了建设、 监理等单位 的一致好评 。
中国纳米级碳酸钙工业化生产技术新进展
中国纳米级碳酸钙工业化生产
技术新进展
◆ 胡庆福 李津津 胡永琪 刘润静 （ 河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄 ０ ０ １ ） ５ ０ ８
摘 要 ：纳 米级碳 酸钙属 于轻质碳 酸 钙，其平 均粒 径 ≤ １ Ｏ ｍ。 国内外 已实现工 业化 有 ４种技 术 ：间歇鼓 泡 ｎ Ｏ 式 、 续喷 雾式、间歇搅拌 式和 超重 力式等 。 连 进行 小试 或中试有 喷射 式、 杯 式、 声 空化 式 、 喷 超 高剪 切式、内循环 式、 管道 式、管 线乳化式 、 管式和 复合 式等 ９种碳 化工 艺。其共 同特 点 为低 温低 浓下生产 纳米碳 酸钙 ，能耗 高 ， 列 设备投 资 大 ，生产 能力低 等 。河北科技 大学在总结现 有生产 工 艺的基础上 ，提 出高温 高浓非冷 冻式碳 化工 艺，经 小试 、７ ０
吨 ／ 中试 、 ．万吨／ 工业装 置工业化 试验 ， 自行开 发的 多组分结 晶导向剂 的作 用下 ， 年 ２５ 年 在 高温（５ ５ 高浓（％ ～ ３ ～７ ℃） ７
１ ％１ 艺条件下 ，合成 粒径 分布均 匀 平 均直 径 为 １ 工 ２ ０～２ ｎ ０ ｍ、长径比 为 １ ５～２ 、比表 面积 ≥９ ｍ ｇ ０ ０ ／ 、总孔容 ≥ ０ ２ ｍＬｇ ．６ ／ 的针状 （ 晶须） 纳米碳 酸 钙。为工 业化生 产 纳米级碳 酸 钙又开辟 出一 条新路 子 ， 其产 品及 综合技 术 处于 国际
ａ ｄＣａＯＨ２ ｌｒ ｏ ｃ ｎｒｔ ｎａ ｉｈａ ％ ～１ ％． ｈ ｖ ｒｇ ｉｍｅｅ ｆｈ ｒｄ ｃ ｄｎ ｎ — ａ Ｏ３ ｓ２ ｎ ｎ （ ）ｓ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｉ ｓｈｇ ｓ７ ｕ ｙ ａｏ Ｔ ｅ ｅａ ｅｄａ ｔｒ ｅｐｏ ｕ ｅ ａ ｏ Ｃ Ｃ Ｏ ｍ， ２ ａ ｏｔ ｗａ
纳米碳酸钙项目可研报告
纳米碳酸钙项目可研报告一、项目背景和目标碳酸钙是一种常见的无机化合物，广泛应用于化工、建材、制药等领域。
然而，传统的碳酸钙制备方式存在着能耗高、杂质多、生产成本高等问题。
因此，纳米碳酸钙项目的目标是通过新技术和工艺，实现碳酸钙的高效制备，提高产品质量和市场竞争力。
二、市场分析碳酸钙广泛应用于塑料、油漆、橡胶、纸张、造纸、建材等行业，市场需求量巨大。
然而，目前市场上的碳酸钙产品存在着粒度不均匀、杂质含量高等问题，无法满足高精度和高要求行业的需求。
因此，纳米碳酸钙作为一种新型材料，具有较好的市场前景。
三、项目优势1.利用纳米技术，制备出粒度均一的纳米碳酸钙产品，提高了产品的质量和纯度，满足市场需求。
2.采用低温制备工艺，能耗低，且过程中无需添加药剂，减少环境污染。
3.纳米碳酸钙具有较高的表面积和活性，可以被广泛应用于涂料、塑料等行业，提高产品的性能，并降低成本。
四、项目实施方案1.建立纳米碳酸钙制备研究小组，配备相关设备和实验室，进行材料分析和工艺研究。
2.通过文献调研和实验分析，确定合适的原料和工艺条件，制备出高质量的纳米碳酸钙产品。
3.多方合作，与相关行业企业建立合作关系，开拓销售市场。
4.加大研发投入，持续进行技术创新和改进，提高产品质量和工艺效率。
五、项目投资和收益预测1.项目投资将主要用于研究设备、实验室建设、人力资源等方面，初步估算为100万元。
2.项目实施后，预计年产值可达到200万元，利润率在15%左右。
3.随着市场对高质量纳米碳酸钙的需求增加，项目的收益将逐渐提高。
六、项目风险和对策1.技术风险：由于纳米碳酸钙制备工艺较为复杂，技术难度较高，可能会出现工艺失控等问题。
项目组应加大技术研发投入，提高研发团队的技术水平。
2.市场风险：市场需求不稳定以及竞争对手的崛起，可能对项目的发展造成一定影响。
项目组应及时调整产品结构和市场战略，提高产品竞争力。
3.资金风险：项目实施需要一定的资金投入，可能存在资金不足的风险。
纳米碳酸钙生产技术及其改性方法
中图分类 号 ： ＴＱ６ ０ ６ ３ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ７ ６ ２ （ ０ ７） ２ ｏ ９ 一 Ｏ １０－ ９１２０ ２ 一 ０４ ｌ 我 国于 ２ ０世 纪 ８ ０年 代 初 开 始 研 制 和 生 产 纳 米 碳 酸 钙 ， ０年 代 末 实 现 工 业 化 生 产 。 国 内 碳 酸 钙 的 ８
生 产 能 力 在 每 年 ３～ ４万 ｔ 右 。 左
１２ ． 纳 米 碳 酸 钙 的 生 产 技 术
１ ２． 间 歇 鼓 泡 碳 化 法 ， 方 法 是 国 内 外 广 泛 使 用 ． １ 该 的 一 种 主 法 。 此 法 生产 设 备 投 资 较 小 ， 作 简 单 ， 操 但 能 耗较高 ， 艺 条件较难 控制 ， 度分 布较 宽等 。 工 粒 １． ２ 连 续 喷 雾 分 步 碳 化 法 。 此 法 生 产 能 力 大 ， ２． 产 品质量稳定 ， 耗 低 ， 资 也较小 。 能 投
及界 面 原 子 受 力 不 均 衡 性 增 加 产 生 了 界 面 效 应 ， 这 两 种 效 应 导 致 材 料 在 力 学 性 能 、 性 能 、 性 能 及 热 磁 电 力学 特征上 发 生了突变 。 将 纳 米 材 料 应 用 于 涂 料 中 ， 于 成 膜基 料 、 填 由 颜
１ ２． ． ３ 超 重力 反应 结 晶法 。此 法 具有 生 产 成 本较 低 ， 径 分 布 窄 ， 化 时 间 短 等 特 点 ， 生 产 设 备 投 粒 碳 但 ２
料 及 助 剂 等 分 子 中 存 在 着 诸 多 的 活 性 点 ， 些 活 性 这 点 可 能 会 与 纳 米 粒 子 表 面 的 活 性 点 之 间 发 生 强 烈 的
超重力反应沉淀法合成纳米材料及其应用
技术进展超重力反应沉淀法合成纳米材料及其应用陈建峰 邹海魁 刘润静 曾晓飞 沈志刚(北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京100029)摘要:纳米材料的合成与制备技术已成为全球的研究热点。
介绍了一种独创性的纳米材料合成方法即超重力反应沉淀法。
从成核动力学、传质、多相体系中分子或原子尺度上的混合机理等方面对该方法进行了理论阐述,依此为指导,成功地制备出粒度分布窄化的纳米粉体。
介绍了目前合成的碳酸钙、氢氧化铝、碳酸钡、碳酸锂及碳酸锶等纳米粉体的应用情况。
关键词:超重力反应沉淀法;纳米材料;合成;制备;应用中图分类号:T Q03139 文献标识码:ASynthesis of nanomaterials by high gravity reactive precipitation methodand applicationsCHEN Jian 2feng ,ZOU Hai 2kui ,LIU Run 2jing ,ZENG Xiao 2fei ,SHEN Zhi 2gang(Research Center of M inistry of Education for High G ravity Engineering and T echnology ,Beijing Universityof Chemical T echnology ,Beijing 10029,China )Abstract :Synthesis and preparation technology of nanomaterials is one of research hotspots.This paper describes the novel and innovative method ,the high gravity reactive precipitation method ,to synthesize the nanomaterials.The mechanism and prin 2ciples of the method are described based on nucleation kinetic ,mass trans fer ,mixing mechanism on the scale of m olecule and atom in the multiphase system.The nano scale powder with narrow distribution of particles has been prepared success fully.The applications of synthesized different kinds of nanoparticles including calcium carbonate ,aluminium hydroxide ,barium carbonate ,lithium carbonate ,and strontium carbonate ,etc.are elucidated as exam ples.K ey w ords :high gravity reactive precipitation method ;nanomaterial ;synthesis ;preparation ;application 收稿日期:2001204224 基金项目:国家高技术“863”项目(N o.8632715200920080)。
纳米碳酸钙的合成、表面改性以及应用
纳米碳酸钙的合成、表面改性以及应用一、本文概述纳米碳酸钙作为一种重要的无机纳米材料，因其独特的物理化学性质，在多个领域具有广泛的应用前景。
本文旨在全面介绍纳米碳酸钙的合成方法、表面改性技术以及其在不同领域的应用。
我们将概述纳米碳酸钙的基本性质，包括其结构、形貌和主要性能。
随后，我们将详细介绍纳米碳酸钙的各种合成方法，包括物理法、化学法以及生物法等，并分析各种方法的优缺点。
在此基础上，我们将深入探讨纳米碳酸钙的表面改性技术，包括表面包覆、表面接枝等，以提高其分散性、稳定性和功能性。
我们将概述纳米碳酸钙在橡胶、塑料、涂料、造纸、医药等领域的应用，展望其未来的发展趋势和应用前景。
本文旨在为读者提供关于纳米碳酸钙的综合性知识，为其在科研和工业应用中的进一步研究和开发提供参考。
二、纳米碳酸钙的合成方法干法合成主要是通过气-固相反应，将气态的二氧化碳与固态的氢氧化钙在高温下反应生成碳酸钙。
这种方法设备简单，操作方便，但产品纯度低，颗粒尺寸大，分布不均，且能耗高，环境污染严重。
湿法合成则是将气态的二氧化碳通入到含有钙离子的水溶液中，通过控制反应条件，如温度、压力、搅拌速度等，使二氧化碳与钙离子在水溶液中反应生成碳酸钙。
湿法合成的产品纯度高，颗粒尺寸小，分布均匀，且易于进行表面改性。
常用的湿法合成方法包括碳化法、沉淀法、乳液法等。
超重力法是一种新型的合成方法，它利用超重力场强化气液传质过程，使二氧化碳与钙离子在超重力环境下迅速反应生成碳酸钙。
这种方法具有反应速度快，产物纯度高，颗粒尺寸小且分布均匀等优点，是一种具有广阔应用前景的合成方法。
纳米碳酸钙的合成方法各有优缺点，需要根据具体的应用需求选择合适的合成方法。
随着科学技术的不断发展，新的合成方法也在不断涌现，为纳米碳酸钙的制备提供了更多的选择。
三、纳米碳酸钙的表面改性纳米碳酸钙作为一种重要的无机纳米材料，在多个领域具有广泛的应用前景。
然而，由于其高比表面积和强极性，纳米碳酸钙易于团聚，这限制了其性能和应用。
纳米碳酸钙的生产工艺
纳米碳酸钙的生产工艺纳米碳酸钙是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其生产工艺的优化对于提高产品质量和降低生产成本至关重要。
本文将介绍纳米碳酸钙的生产工艺，并探讨其中的关键步骤和技术。
一、原料准备纳米碳酸钙的制备首先需要准备适当的原料。
通常使用的原料是石灰石或大理石，这些矿石富含碳酸钙。
在原料准备阶段，矿石首先被破碎和磨细，以获得适合生产纳米碳酸钙的颗粒尺寸。
二、碱法制备碱法制备是生产纳米碳酸钙的主要方法之一。
该方法将石灰石与碱性溶液反应，生成碳酸钙沉淀。
具体步骤如下：1. 将石灰石与碱性溶液（如氢氧化钠溶液）混合，调节pH值到适当范围。
2. 在搅拌条件下，使溶液中的碳酸钙沉淀形成。
3. 通过过滤和洗涤，将碳酸钙沉淀分离出来。
4. 将分离得到的碳酸钙沉淀进行干燥，得到纳米碳酸钙产品。
三、超声波法制备超声波法制备纳米碳酸钙是一种新兴的制备方法，其通过超声波作用下的物理过程来产生纳米级的碳酸钙颗粒。
具体步骤如下：1. 将石灰石颗粒悬浮在溶液中，并加入表面活性剂以提高悬浮液的稳定性。
2. 使用超声波设备，对悬浮液进行超声波处理。
超声波的作用下，石灰石颗粒逐渐破碎，并形成纳米级的碳酸钙颗粒。
3. 对悬浮液进行离心分离，以分离出纳米碳酸钙颗粒。
4. 将分离得到的纳米碳酸钙颗粒进行干燥，得到最终产品。
四、气相沉积法制备气相沉积法是一种高温下制备纳米碳酸钙的方法。
该方法通过热分解碳源来产生纳米碳酸钙颗粒。
具体步骤如下：1. 将适量的碳源（如甲烷）和氧化钙（CaO）混合，形成反应气体。
2. 将反应气体引入高温反应炉中，通过热分解反应生成纳米碳酸钙颗粒。
3. 控制反应条件，如温度、气体流速等，以控制纳米碳酸钙颗粒的尺寸和形貌。
4. 将反应产物冷却，并进行收集和分离。
5. 对分离得到的纳米碳酸钙颗粒进行干燥和粒度分析，得到最终产品。
五、应用前景纳米碳酸钙具有广泛的应用前景。
在橡胶、塑料、涂料等材料中，纳米碳酸钙可以作为增强剂和填充剂，提高材料的力学性能和热稳定性。
纳米级轻质碳酸钙的制备及应用
ｍ／ 空塔 速度 从 塔 底 上 升 发 生 碳 化 反 应 ， 悬 浊 液 ｓ 使
中的 Ｃ （ ａ ＯＨ） （ ％ ～１ ％） 反 应 ， 后 将 第 一 段 ，５ ０ 被 然
碳 化液 以直 径 为 １ ０ ｍｍ ～２ ５ ｍｍ 的 雾 滴 由塔 顶 ． ．
２ ５℃ ， 该悬 浊液 的雾 滴 （ 径 ０ １ｍｍ～１ ０ １ｍ） 将 直 ． ． ｉ Ｔ 由塔 顶喷 入 第 一 碳 化 塔 ， 浓 度 为 ２ ％ ～４ ％（ 将 ０ ０ 体
积 ） ｃ ２在温 度 ２ 的 ｏ ， ０℃ ～４ ０℃ 以 ０ ０ ｓ ． ． １ｍ／ ～０ ５
将精 选 的石灰 石煅 烧 ， 到 氧 化 钙 和 窖 气 。将 氧 化 得 钙 消化 ， 将 生成 的 氢 氧 化 钙 悬 浊 液 在 高剪 切力 作 并 用 下粉 碎 、 级旋 液 分 离 除去 颗 粒及 杂 质 ， 多 得到 一 定 浓 度 的精 制 氢 氧 化 钙 悬 浊 液 ， 入 ０３ 气 ， 入 适 通 ２ 加 当的 晶形 控 制剂 ， 化 至 终 点 ， 到要 求 晶形 的 一 碳 得 Ｃ 浆液 ， Ｏ 进行 脱 水 、 燥 、 面处 理 ， 到所 要 求 的 干 表 得
关 键 词 ： 米 轻 质 碳 酸 钙 ； 备 ； 用 纳 制 应
中图分 类号 ： ３ ．２ ＴＱ １ ２ ３
文 献标识码 ： Ａ
文章 编号 ：６ １ ２ ６ ２ ０ ） ２ ０ ４—０ １ ７ —３ ０ （ ０ ２ ０ ～０ ０ ３
纳 米 Ｃ Ｃ ３指 特 征 维 度 尺 寸 在 ｌ ｍ ～ １ ０ ｎ ａＯ ｎ ０ ｍ
以 Ｃ （ Ｈ） ： １（ Ｏ ）（ Ｚ Ｓ ４ ＝１ ０： ～ １ ａ Ｏ ２Ａ ２Ｓ ４ ３ 或 ｎ Ｏ ） ０ ２ ０混
纳米碳酸钙的制备及应用
纳米碳酸钙的制备及应用摘要：纳米碳酸钙是一种新型的无机纳米材料，可应用于塑料、橡胶、油墨、造纸、日用化工、胶黏剂和密封材料、医药、食品等许多领域。
本文概述了纳米碳酸钙常用的制备方法，列出了纳米碳酸钙表面改性的途径以及纳米碳酸钙在应用过程中所表现出的与普通轻质碳酸钙所不同的、反常的物理化学特性以及各方面特性的应用领域。
对进一步拓展纳米碳酸钙的应用、不断优化其性能、突出其纳米特性、提升其潜在的价值等提出展望．关键词：纳米碳酸钙；表面改性；应用1.前言纳米碳酸钙是80年代后期开发出的新产品，通常认为l00~．m以下粒径的产品为纳米级，碳酸钙主要用于涂料、橡胶、塑料、油墨、胶粘剂、造纸、化妆品、医药等方面，当前随着不断改良的产品制备工艺，获得的纳米碳酸钙产品质量也不断提高，纳米级和亚纳米级超细碳酸钙用量呈现持续增长趋势，产品市场前景乐观，该产业具有极大的发展潜力和应用空间【1]。
2.合成方法近年来，随着碳酸钙的超细化、结构复杂化及表面改性技术的发展，它的应用价值极大地提高了。
不同形态的超细碳酸钙的制备技术已成为许多先进国家开发的热点。
纳米碳酸钙具有普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应。
这些特殊的纳米材料特性使得纳米碳酸钙在磁性、光热阻、催化性、熔点等方面显示出极大的优越性【2]。
纳米碳酸钙的化学制备方法工业生产中多采用化学方法生产纳米碳酸钙。
化学法分为碳化法、复分解法、乳液法等，其中碳化法是目前最为主要的一种生产方法。
以下我们将对这几种化学制备纳米碳酸钙的方法做一介绍和说明。
2．1碳化法首先用精选石灰石进行煅烧，获得氧化钙和窑气；使氧化钙消化，并将生成的悬浮氢氧化钙在高剪切力作用下粉碎，多级旋液分离除去颗粒及杂质，得到一定浓度的精制氢氧化钙悬浮液；然后通入C0 气体，加入适当的晶型控制剂，碳化至终点，得到要求晶型的碳酸钙浆液；最后再经过脱水、干燥、表面处理得到纳米碳酸钙产品，这种方法称之为碳化法。
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(3) 傅立叶红外光谱测定 在整个碳化反应过 程设定的不同反应时间取样 ,对浆料进行过滤并干 燥制成粉末 ,称取一定量的粉末与 KBr 研磨然后压 成 1～2 mm 的薄片 ,进行红外光谱测定 。
ZHU Kai2ming1) L IU Chun2guang2) RAO Guo2ying1) WAN G Yu2hong2) CHEN Jian2feng2) WIESE Harm3)
( 1) College of Science ; 2) High Gravity Engineering and Technology Center ,Beijing University of Chemical Technology , Beijing 100029 , China ; 3) Dispersion Research ZKD/ N2B1 , BASF A G ,L udwigsafen 67056 , Germany)
( Ⅰ) 最佳反应时间的确定
·67 ·
曲线的后半段 ,生成的 CaCO3 包覆在 Ca ( O H) 2 颗 粒的表面 ,从而阻碍了 CO2 与 Ca (O H) 2 反应 ,斜率 减小 ,反应减缓 ,在 412 min 时出现一个转折点 ,即 O H - 反应了 76 %左右 。此时为了加快反应速度 ,可 以增加 CO2 的通入量 。
图 2 不同碳化时间的取样样品的红外光谱谱图 Fig. 2 Transform infrared at various stages of reaction
外光谱分析 。从图 2 所见 ,在波数 σ= 3 637 cm - 1位 置产生尖锐游离羟基峰 ,随着反应的进行 ,CO2 的大 量通入 , 羟基峰高度越来越低 , 这是因为 O H- 与 CO2 反应 , Ca (O H) 2 浓度减小的缘故 。反应到 10 min ,羟基峰完全消失 。在 3 637 cm - 1 游离羟基峰 与 Ca (O H) 2 悬浮液的 O H - 的浓度有很大的关系 , 以吸收峰面积来代替 Ca (O H) 2 悬浮液的 O H - 的浓 度 ,得到 Ca (O H) 2 质量分数 w 1 与碳化时间 t 变化 曲线 图 ( 图 3) 。从 图 3 看 到 , 由 于 通 入 的 CO2 与 Ca (O H) 2颗粒溶解生成的 O H - 离子快速反应 ,曲线 从 0～4 min 的斜率很大 ,O H - 的浓度急剧减小 。在
常规方法用 p H 计与电导仪跟踪 Ca ( O H) 2 的 碳化过程[3 ] ,从宏观上测到有个突变点 ,但是对碳 化过程中有什么变化并不了解 。本文利用红外光谱 法跟踪 Ca (O H) 2 乳液 (质量分数 w > 6 %) 在超重力 旋转填充床反应器整个碳化过程 ,通过电镜的验证 , 符合常规的 p H 计和电导仪测定的转化点 ,对加工 工艺条件的选择有深远的意义 。
[ 3 ] 顾燕芳 ,王 松 ,胡黎明. 超细 CaCO3 合成过程中的形 态控制. 华东化工学院学报 ,1993 ,19 (5) :550～556
Synthesis of nanometer powder of CaCO3 by high gravity technique ( Ⅰ) Determination of the best reaction time
第 28 卷 第 3 期 2001 年
北京化工大学学报 J OU RNAL OF B EIJ IN G UN IV ERSIT Y OF CHEM ICAL TECHNOLO GY
Vol. 28 , No. 3 2001
超重力法合成纳米碳酸钙的研究
( Ⅰ) 最佳反应时间的确定
朱开明1) 刘春光2) 饶国瑛1) 王玉红2) 陈建峰2) Harm Wiese3)
若提高 CO2 压力可缩短反应时间 。 (3) 从透射电镜得到验证 ,CaCO3 的形貌及粒径
与控制反应时间关系密切 。
参考文献
[ 1 ] 诸葛兰剑 ,张士成 ,韩跃新. 超细碳酸钙的合成及结晶 过程. 硅酸盐学报 ,1999 (4) :159～163
[ 2 ] 王玉红 ,陈建峰 ,贾志谦. 旋转填充床新型反应器中合 成纳米 CaCO3 过程特性研究. 化学反应工程与工艺 , 1997 (6) :141～146
图 1 Ca (OH) 2 碳化反应过程实验流程图 Fig. 1 Experimental flowsheet for t he
carbonation of lime suspension
112 实验方法 (1) 消化 原料为生石灰 (来自广东恩平) 和自
来水 。按一定比例消化 ,除去滤渣制成Ca (O H) 2 乳 液。
(上接第 62 页)
OPC solution strategy of flow industry CIMS real2time f ield data transmitting
ZHAO Hong HA H Jian2guo
( Institute of Information Science and Technology , Beijing University of Chemical Technology , Beijing 100029 , China)
图 3 Ca (OH) 2 浓度与碳化时间关系图 Fig. 3 Variation of concentration of Ca(OH) 2
wit h carbonation time
212 透射电镜对碳化过程的研究 图 4 是整个碳化过程的 TEM 照片 。从图 4 可
见 ,未通 CO2 前 ,Ca (O H) 2 颗粒由无定形粒子聚集 成团 ;通人 CO2 后 ,立刻在 Ca (O H) 2 颗粒周围产生 大量的针状物 。反应到 2 min 时 ,针状物的长度为 1μm左右 ,这些针状物相互交叉搭接 ,溶液稠度增
3 结 论
(1) 在超重力旋转填充床反应器中 , Ca ( O H) 2 乳液在碳化时间为 915 min 时完全转化为 CaCO3 。 用傅立叶红外光谱法测定的时间点与 p H 计与电导 仪测定值相符 。
(2) 在超重力法碳化过程中 ,前 4 min Ca (O H) 2 的浓度与反应时间呈线性关系 ,此后反应速度减慢 ,
引 言
碳酸钙是一种用途广泛的无机填料 ,应用于塑 料 、橡胶 、油墨 、造纸 、涂料 、医药 、食品 、饲料等行业 。 近年来 ,随着 CaCO3 产品粒径微细化 ,结构复杂化 及表面改性技术的发展 ,已成为许多国家的开发重 点[1] 。
北京化工大学超重力工程研究中心成功研制了 超重力旋转填充床反应器 。与传统的“碳化法”相 比 ,运用超重力旋转填充床反应器制备的 CaCO3 ,可 以得到平均粒径为 15～40 nm ,粒径分布很窄的超 细 CaCO3 ,且反应时间短 ,仅为传统的“碳化法”的六 分之一[2 ] 。
(4) 透射电镜测定 取待测超细碳酸钙 (浆料中 碳酸钙的浓度约 018 mol/ L) 样 1～3 滴在 10 mL 的 称量瓶中用酒精稀释 ,再用超声波分散 15 min 。迅 速取此用酒精分散的碳酸钙样滴在铜网上 ,用透射 电镜观测 CaCO3 粒子的形貌及其大小 。
2 结果与讨论
211 红外光谱法对碳化过程的研究 图 2 为不同碳化时间取样制成粉末作 F TIR 红
( 1) 北京化工大学理学院 ; 2) 超重力工程研究中心 ,北京 100029 ; 3) 德国 BASF ,L udwigshafen 67056)
摘 要 : 采用红外光谱法动态跟踪研究在超重力法下合成纳米碳酸钙的整个碳化过程 。实验表明 ,该方法得到的 结果符合常规 p H 计与电导仪记录的转化点 ,并与电镜形貌分析观察到晶形完全转化为立方型的反应时间相吻合 。 关键词 : 超重力 ;红外光谱法 ;纳米碳酸钙 中图分类号 : TQ 127. 12
Abstract : The carbonation for synt hesis of nanometer calcium carbonate under high gravity was t raced and mea2 sured by inf rared met hod. The result s obtained by t his met hod accorded wit h t hat by using p H meter and con2 ductometer. The final reaction time was also identical wit h t he time at which t he crystals of CaCO3 t ransformed into cubic lattices observed by TEM morp hology analysis. Key words : high gravity ; inf rared ; nano2particles of calcium carbonate
1 实验部分
111 仪器设备 傅立 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 美 国 尼 高 力 公 司
60SXB ; TEM 电镜 HITACH H2800 型透射电镜 ; 实验装置流程如图 1 所示 。
收稿日期 : 2000211206 基金项目 : 德国 BASF 公司资助项目 第一作者 : 男 ,1973 年生 ,硕士生
图 4 碳化过程不同取样时间的 TEM 照片 Fig. 4 TEM p hotograp hs of t he sample at different carbonation time
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北 京 化 工 大 学 学 报 2001 年
大 ,出现凝胶化现象 。随着反应的进行 ,针状物长度 减小 ,凝胶化现象消失 。反应到 915 min 时 ,针状物 断裂形成立方型 CaCO3 。