一种成核和生长分步进行的纳米碳酸钙的制备方法

1.一种成核和生长分步进行的纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括碳酸钙晶核的形成与生长两个过程，其是在两个独立的体系中进行，具体过程如下：
（1）将生石灰用热水消化，除杂精制，并冷却至25℃以下，配制成重量百分浓度为
4.0-8.0%的氢氧化钙浆料，待用；
（2）窑气经喷淋除尘、泡沫除尘后，采用压力为75-80kPa的罗茨风机，将窑气压缩并经管式冷却器降温至30℃以下，待用；
（3）氢氧化钙浆料在泵叶轮高速旋转下，液体以高的速度从射流器的喷嘴喷出，在混气室形成真空，由导气管吸入大量窑气，在喉管处与氢氧化钙浆料剧烈混合，瞬间形成大量的碳酸钙晶核；
（4）将已形成碳酸钙晶核的浆料送入间隙鼓泡搅拌式碳化釜中，加入晶型控制剂蔗糖和乳糖的混合液，在搅拌下通入窑气继续碳化反应，当反应液的pH值小于7，即为碳化终点，在碳酸钙晶核上生长合成粒径大小均匀的纳米碳酸钙；
所述的氢氧化钙浆料和窑气的流量比通过调节阀控制，其中窑气的量是氢氧化钙浆料完全碳化所需量的0.5-3.0%；
所述的窑气中二氧化碳气体的体积浓度为25.0-35.0%；
所述的晶型控制剂蔗糖和乳糖的加入量为生成碳酸钙量的0.3-1.5%。

一种成核和生长分步进行的纳米碳酸钙的制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种纳米碳酸钙的制备方法，尤其是一种成核和生长分步进行的纳米碳酸钙的制备方法。\n背景技术\n[0002] 现有间歇鼓泡搅拌式碳化法合成纳米碳酸钙是在碳化釜内装有精制的氢氧化钙浆料，窑气从碳化釜底部进入，在机械搅拌下使气液混合生成纳米碳酸钙。这种合成纳米碳酸钙的方法是碳酸钙晶核的形成与生长在同一体系中连续进行。由于核的形成与生长没有严格区分，造成有先后成核过程。先成核的碳酸钙生长期长而后成核的碳酸钙生长期短，由于碳酸钙经历的生长期长短不同，造成颗粒大小不同。不同大小颗粒在同一体系中，由于颗粒间表面能差别大，容易造成团聚现象。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的在于克服现有技术在合成纳米碳酸钙过程中，不能严格区分纳米碳酸钙粒子的成核与生长，从而造成纳米碳酸钙粒径分布宽，颗粒间团聚现象严重的弱点，提供一种成核和生长分步进行的纳米碳酸钙的制备方法。\n[0004] 本发明采用的技术方案如下：\n[0005] 一种成核和生长分步进行的纳米碳酸钙的制备方法，包括碳酸钙晶核的形成与生长两个过程，其是在两个独立的体系中进行，具体过程如下：\n[0006] （1）将生石灰用热水消化，除杂精制，并冷却至25℃以下，配制成重量百分浓度为\n4.0-8.0%的氢氧化钙浆料，待用；\n[0007] （2）窑气经喷淋除尘、泡沫除尘后，采用压力为75-80Kpa的罗茨风机，将窑气压缩并经管式冷却器降温至30℃以下，待用；\n[0008] （3）氢氧化钙浆料在泵叶轮高速旋转下，液体以高的速度从射流器的喷嘴喷出，在混气室形成真空，由导气管吸入大量窑气，在喉管处与氢氧化钙浆料剧烈混合，瞬间形成大量的碳酸钙晶核；\n[0009] （4）将已形成碳酸钙晶核的浆料送入间隙鼓泡搅拌式碳化釜中，加入晶型控制剂蔗糖和乳糖的混合液，在搅拌下通入窑气继续碳化反应，当反应液的pH值小于7，即为碳化终点，在碳酸钙晶核上生长合成粒径大小均匀的纳米碳酸钙。\n[0010] 所述的氢氧化钙浆料和窑气的流量比通过调节阀控制，其中窑气的量是氢氧化钙浆料完全碳化所需量的0.5-3.0%。\n[0011] 所述的窑气中二氧化碳气体的体积浓度为25.0-35.0%。\n[0012] 所述的晶型控制剂蔗糖和乳糖的加入量为生成碳酸钙量的0.3-1.5%。\n[0013] 本发明的优点在于：\n[0014] 碳酸钙的晶核是采用射流器在稳态下连续进行，所以晶核均匀稳定；碳酸钙的生长是在间隙鼓泡搅拌式碳化釜中进行。碳酸钙的成核和生长严格区分并在不同的条件下进行，避免了现有间隙鼓泡搅拌碳化法所合成的纳米碳酸钙经历的成核生长期长短不同，造成粒径分布宽，分散性差，团聚严重的弱点。\n附图说明\n[0015] 图1为射流器，其中，（1）喷嘴、（2）混合室、（3）负压室、（4）浆料进口管、（5）窑气导入管、（6）浆料出口管。\n具体实施方式\n[0016] 下面结合实施例，对本发明作进一步描述，但应该理解这些实施例并不限制本发明的范围，在不违背本发明精神和范围的情况下，本领域技术人员可对本发明作出改变和改进以便在不同的条件下实施。\n[0017] 实施例1\n[0018] 在实际生产时，间隙鼓泡搅拌式碳化釜的有效容积为10立方米，氢氧化钙浆料的起始温度为25℃，重量百分浓度为5.0%，经压力为78Kpa罗茨风机压缩冷却后窑气的温度为28℃，窑气中二氧化碳气体的体积百分浓度为30%。\n[0019] 将氢氧化钙浆料通过由河北枣强县射流真空设备厂生产的ZSL-1-40型喷射器4组打入碳化釜，并控制氢氧化钙浆料的总流量为每分钟0.4立方米，窑气的总流量为每分钟1.2立方米。在25分钟内将10立方米浆料打入碳化釜。\n[0020] 然后在碳化釜内加入晶型控制剂蔗糖3.0公斤和乳糖3.0公斤配成的混合液，采用鼓泡搅拌碳化法，控制窑气的流量为每分钟5立方米，碳化1小时50分钟后pH值降为\n7.0以下即为碳化终点。\n[0021] 取碳化后的浆料在TEM电镜上测得碳酸钙粒径50-60nm，粒径分布均匀，分散性好，且无团聚现象。\n[0022] 实施例2\n[0023] 采用实施例1相似的方法，氢氧化钙浆料的重量百分浓度为6.5%，并控制氢氧化钙浆料的总流量为每分钟0.3立方米，窑气的总流量为每分钟1.2立方米，其他条件不变，在33分钟内将10立方米浆料打入碳化釜。\n[0024] 然后在碳化釜内加入晶型控制剂蔗糖4.5公斤和乳糖7.5公斤配成的混合液，采用鼓泡搅拌碳化法，控制窑气的流量为每分钟5立方米，碳化2小时15分后pH值降为7.0以下即为碳化终点。\n[0025] 取碳化后的浆料在TEM电镜上测得纳米碳酸钙粒径55-65nm，粒径分布均匀，分散性好，且无团聚现象。\n[0026] 实施例3\n[0027] 采用实施例1相似的方法，氢氧化钙浆料的重量百分浓度为8.0%，并控制氢氧化钙浆料的总流量为每分钟0.4立方米，窑气的总流量为每分钟1.6立方米，其他条件不变，在25分钟内将10立方米浆料打入碳化釜。\n[0028] 然后在碳化釜内加入晶型控制剂蔗糖7公斤和乳糖5公斤配成的混合液，采用鼓泡搅拌碳化法，控制窑气的流量为每分钟5立方米，碳化2小时40分后pH值降为7.0以下即为碳化终点。\n[0029] 取碳化后的浆料在TEM电镜在测得粒径在50-60nm，粒径分布均匀，分散性好，且无团聚现象。\n[0030] 对照例\n[0031] 采用实施例2相似的条件，氢氧化钙浆料的温度为25℃，重量百分浓度为7.5%，将氢氧化钙浆直接打入反应釜中，窑气的温度为28℃，窑气中二氧化碳的体积百分浓度为\n30%。\n[0032] 在碳化釜内加入晶型控制剂蔗糖4.5公斤和乳糖7.5公斤配成的混合液，采用鼓泡搅拌碳化法，控制窑气的流量为每分钟5立方米，碳化2小时50分后pH值降为7.0以下即为碳化终点。\n[0033] 取碳化后的浆料在TEM电镜上测得纳米碳酸钙粒径40-90nm，粒径分布较宽，且有部分团聚现象。\n[0034] 通过实施例和对照实例的比较分析，由本发明合成的纳米碳酸钙是将碳酸钙晶核的形成与碳酸钙的生长在两个不同的体系中进行，粒径分布均匀，分散性好，无团聚现象。\n而采用已有的间隙鼓泡搅拌式碳化，碳酸钙的成核与生长是在同一体系中连续进行，所以合成纳米碳酸钙的粒径分布宽，分散性差。\n[0035] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。