一种基于超声管道式反应器的碳酸钙制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超声管道式反应器的碳酸钙制备方法，该制备方法分为三步：(1)配制反应液；(2)超声反应；(3)后续处理。本发明专利技术方法利用超声管道式反应器的传热传质速度快、多相流行可控及超声空化效应，并通过调控盐溶液浓度、超声管道式反应器的功率、反应停留时间、活性剂种类与比例等参数，实现了粒径在500nm

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声管道式反应器的碳酸钙制备方法


[0001]本专利技术属于无机材料制备
，具体涉及一种基于超声管道式反应器的碳酸钙制备方法。

技术介绍

[0002]碳酸钙是自然界中含量最多的无机矿物之一，也是一种非常重要的无机化工材料，因其化学性质稳定、无毒无害、填充于扩展性能好、易于改性、价格低、来源广等优点，而被广泛应用于造纸、橡胶、化学建材、涂料、油墨、日用化工、医药、食品等行业和领域。目前，市售的碳酸钙有针状、纺锤状、立方体、球形、无定型等多种类型。其中，球形碳酸钙因其表面积大、分散性好、溶解性好、良好的平滑性和流动性等特殊性能，而在涂料、油墨以及塑料母料等多个行业和领域中广泛应用。
[0003]现今，生产球形碳酸钙的方法主要有两种：碳化法与复分解法。碳化法是实际工业生产中制备碳酸钙的主流工艺，其以石灰乳(氢氧化钙)和二氧化碳气体为原料进行混合反应得到碳酸钙，依据碳化方式的不同碳化法主要可分为：间歇鼓泡碳化法，连续喷雾碳化法及超重力法，其中间歇鼓泡碳化法生产效率低，难以实现碳酸钙晶体调控，生产出的碳酸钙粒径粗且不均匀；而连续喷雾碳化法及超重力法所涉及的设备投资大，生产成本高。复分解法则是利用可溶性钙盐与含碳酸的盐的溶液为初始原料制备碳酸钙的方法，该方法在一定的工艺条件下，调节反应盐溶液浓度、反应时间等参数，可以实现对所制备的碳酸钙的形貌、粒径进行精准调控，进而可生产出纯度高、粒径均匀且分散性好的碳酸钙。然而，复分解法被广泛应用于实验中以研究碳酸钙的结晶和形貌变化过程，实际工业生产中以复分解法生产碳酸钙的工业产线不多，因此，利用复分解法大量制备纯度高、粒径均匀且分散性好的球形碳酸钙极具开发价值。
[0004]CN 107986313 B公开了一种球形碳酸钙的制备方法，该方法先配置一定浓度的PVP
‑
硬脂酸钠复合溶液，其中一份PVP
‑
硬脂酸钠溶液加入到氯化钙溶液中形成溶液A，超声后置于恒速搅拌器上持续搅拌1小时，将另一份PVP
‑
硬脂酸钠溶液加入到碳酸钠溶液中形成溶液B，低频超声，置于恒速搅拌器上持续搅拌半小时，将A溶液迅速倒入B溶液中，浆液抽滤、洗涤，得到球形碳酸钙颗粒。该方法虽然制备出了球形碳酸钙颗粒，但粒径在微米级左右，且制备过程耗时长且复杂。
[0005]专利技术专利CN201811350972.8公开了一种球状纳米碳酸钙及其制备方法，包括以下步骤：将碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢铵溶于水配置成CO
32
‑
浓度为0.25
‑
1mol/L的溶液A；将一水乙酸钙或氯化钙溶于水，形成Ca
2+
浓度为0.25
‑
1mol/L的溶液B；在不同容器中先分别加入一定量的丙三醇，然后再按照4:5
‑
8:1的体积比分别加去离子水配制成溶液C；将A溶液分别加入C溶液中，搅拌3
‑
5分钟后，在搅拌下，再加入B溶液，溶液变浑浊，继续搅拌4
‑
5h；将所得的白色沉淀离心，用去离子水反复洗涤，放在60℃烘箱真空干燥过夜。该方法虽然也制备了球状纳米碳酸钙，但工艺复杂，成本高。
[0006]因此，如何利用复分解法大量制备纯度高、粒径均匀且分散性好的球形碳酸钙成
为目前无机材料行业方面的研究者的重要方向。

技术实现思路

[0007]鉴于现有球状碳酸钙生产技术的缺陷，本专利技术针对现有球状碳酸钙生产方法进行研究，并利用超声管道式反应器的传热传质速度快、多相流行可控及超声空化效应，最终获得了一种基于超声管道式反应器的碳酸钙制备方法，该方法通过调控盐溶液浓度、超声管道式反应器的功率、反应停留时间、活性剂种类与比例等参数，实现了粒径在500nm
‑
5μm范围内的分散性好的球形碳酸钙的可控合成。
[0008]为实现上述目的，提供了一种基于超声管道式反应器的碳酸钙制备方法，其依次包括以下步骤：
[0009](1)配制反应液：将可溶性钙盐溶解于水中并加入第一表面活性剂以获得钙盐溶液，同时将碳酸盐溶解于水中并加入第二表面活性剂以获得碳酸盐溶液；
[0010](2)超声反应：将步骤(1)获得的钙盐溶液和碳酸盐溶液同时输送至超声管道式反应器中进行超声反应，获得碳酸钙浆料，其中钙盐溶液和碳酸盐溶液的输送量为4
‑
100mL/min，且输送时钙盐溶液中的钙盐和碳酸盐溶液中的碳酸盐的摩尔比为1:1，输送至超声管道式反应器中的钙盐溶液和碳酸盐溶液的停留时间为0.5
‑
40s；
[0011](3)后续处理：将步骤(2)获得碳酸钙浆料进行过滤、洗涤、干燥、粉碎，即可获得球状碳酸钙。
[0012]所述超声管道式反应器中管道在超声作用下生成了大量的空化气泡，这些空泡(和气泡群)发生剧烈的平移运动、表面振荡、碰撞撕裂及合并团聚，产生强烈的涡流和流场扰动，使每个空化气泡成为微型的搅拌子，显著强化管道中的液体混合，有效抑制钙盐溶液和碳酸盐溶液生产的碳酸钙粒子的团聚，避免了管式反应器中的对流混合弱及易被固体堵塞的问题，同时基于空化气泡的剧烈运动和搅拌作用使生成的碳酸钙粒子更小、更均匀。
[0013]优选地，在上述制备方法中，所述钙盐为水溶性钙盐，其包括但不限于氯化钙、硝酸钙、醋酸钙中的一种。
[0014]特别优选地，在上述制备方法中，所述钙盐为氯化钙。
[0015]优选地，在上述制备方法中，所述钙盐的浓度为0.1
‑
3mol/L。
[0016]优选地，在上述制备方法中，所述第一表面活性剂为乙醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠，特别优选聚乙烯吡咯烷酮。
[0017]优选地，在上述制备方法中，所述第一表面活性剂的浓度为2
‑
20mg/mL。
[0018]优选地，在上述制备方法中，所述第二表面活性剂为乙醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠中两种以上，特别优选聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠。
[0019]进一步优选地，在上述制备方法中，所述第二表面活性剂中十二烷基硫酸钠的浓度为2.5
‑
12.5mmol/L，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为2
‑
20mg/mL。
[0020]优选地，在上述制备方法中，所述碳酸盐为水溶性碳酸盐，特别优选碳酸钠和/或碳酸钾。
[0021]优选地，在上述制备方法中，所述碳酸盐的浓度为0.1
‑
3mol/L。
[0022]优选地，在上述制备方法中，所述步骤(2)中的超声反应时超声功率为50
‑
800W，超声频率为18
‑
500kHz，优选18
‑
60kHz。
[0023]优选地，在上述制备方法中，所述步骤(2)中进行超声反应的超声管道式反应器的管道的水力学直径为0.1
‑
50mm。
[0024]在超声作用下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声管道式反应器的碳酸钙制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：(1)配制反应液：将可溶性钙盐溶解于水中并加入第一表面活性剂以获得钙盐溶液，同时将碳酸盐溶解于水中并加入第二表面活性剂以获得碳酸盐溶液；(2)超声反应：将步骤(1)获得的钙盐溶液和碳酸盐溶液同时输送至超声管道式反应器中进行超声反应，获得碳酸钙浆料，其中钙盐溶液和碳酸盐溶液的输送量为4
‑
100mL/min，且输送时钙盐溶液中的钙盐和碳酸盐溶液中的碳酸盐的摩尔比为1:1，输送至超声管道式反应器中的钙盐溶液和碳酸盐溶液的停留时间为0.5
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40s；(3)后续处理：将步骤(2)获得碳酸钙浆料进行过滤、洗涤、干燥、粉碎，即可获得球状碳酸钙。2.根据权利要求1所述的碳酸钙制备方法，其特征在于，所述钙盐为水溶性钙盐，如氯化钙、硝酸钙、醋酸钙中的一种。3.根据权利要求1所述的碳酸钙制备方法，其特征在于，钙盐的浓度为0.1
‑
3mol/L。4.根据权利要求1所述的碳酸钙制备方法，其特征在于，第一表面活性剂为乙醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：董正亚，张杰，朱晓晶，李志鹏，
申请(专利权)人：化学与精细化工广东省实验室，
类型：发明
国别省市：