一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的方法及装置，装置包括膜分散微反应器；平流泵；恒温结晶器和低温恒温槽；膜分散微反应器为壁面均匀设置多个微孔的螺旋状中空纤维管；所述纳米碳酸钙的制备方法包括以下步骤：配置氯化钙溶液、碳酸钠溶液；称取氢氧化钙并混合于氯化钙溶液中生成料浆A；将料浆A置于恒温结晶器中，进行磁力搅拌，并通过平流泵向膜分散微反应器内泵入碳酸钠溶液，反应得到料浆B；用无水乙醇洗涤；然后离心，干燥得到纳米碳酸钙；本发明专利技术一种无需使用添加剂，工艺简单，成本低，能够实现工业化生产高质量的纳米碳酸钙。米碳酸钙。米碳酸钙。

【技术实现步骤摘要】
一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙制备方法及装置


[0001]本专利技术涉及无机纳米材料制备
，具体是一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的制备方法及装置。

技术介绍

[0002]由于纳米碳酸钙具有高孔隙率、高比表面积、无毒和生物相容性等优点，使得其在生物医药、建筑材料、聚合材料填料、纸张填料以及涂料增量剂、粘合剂以及密封剂填料、食品添加剂等领域有着广泛的应用。例如，当使用碳酸钙纳米粒子作为粘合剂填料时，可以增强纸张的光活性；类似地，当使用纳米碳酸钙用作涂料增强剂时，可以增强涂层的机械性能等，在颜料工业中被称为纳米效应。
[0003]目前，已有大量关于纳米碳酸钙合成的研究，大部分研究采用碳化法。也有极少部分通过化学共沉淀法合成纳米碳酸钙，但其需要使用添加剂，工艺复杂，且成本高，所以难以实现工业化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于利用膜分散微反应器克服现有技术的不足，提供一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的制备方法及装置，工艺简单，成本低，能够实现工业化生产高质量的纳米碳酸钙。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的装置，包括平流泵、恒温结晶器、膜分散微反应器、磁力搅拌器和低温恒温槽；所述膜分散微反应器设置于所述恒温结晶器内，所述膜分散微反应器与所述平流泵连通，所述恒温结晶器与所述低温恒温槽连接；所述膜分散微反应器为螺旋状的中空纤维管，所述中空纤维管的壁面均匀设置多个微孔。
[0006]本专利技术通过所述膜分散微反应器将碳酸钠溶液分散成小液滴，与高速剪切的氯化钙溶液和氢氧化钙混合液发生反应，在反应过程中使得所述碳酸钠溶液、氯化钙溶液和氢氧化钙的快速混合，有效提高体系的传质效率，满足沉淀过程的混合要求，有利于控制碳酸钙材料的粒径，且使得沉淀反应无需高温和高速搅拌以及无需使用添加剂，反应条件温和，降低了生产周期。
[0007]进一步的，所述中空纤维管的管径为4
×
6mm，长度为200mm，所述膜分散微反应器为 PTFE(聚四氟乙烯)材料，为螺旋状。
[0008]进一步的，所述微孔当量直径为0.45μm。
[0009]一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、配置氯化钙溶液以及碳酸钠溶液；
[0011]S2、称取氢氧化钙，其后混合于所述氯化钙溶液中生成料浆A；
[0012]S3、将所述料浆A置于恒温结晶器中，通过磁力搅拌器进行搅拌；
[0013]S4、在搅拌过程中，通过平流泵向膜分散微反应器内泵入所述碳酸钠溶液，反应得
到料浆B，反应中持续检测所述料浆B的pH；
[0014]S5、用无水乙醇洗涤所述料浆B得到碳酸钙悬浮液；
[0015]S6、将所述碳酸钙悬浮液进行离心处理，其后进行干燥处理得到纳米碳酸钙。
[0016]本方法配合上述装置进行纳米碳酸钙的制备，可在温和的条件下实现纳米碳酸钙的生产，同时缩短生产周期，且制备的纳米碳酸钙可呈单一方解石状，同时使其粒径小且均一。
[0017]进一步的，步骤S1中所述氯化钙和所述碳酸钠溶液的浓度均为0.5mol/L。
[0018]进一步的，步骤S2中所述料浆A中含有的所述氢氧化钙的摩尔比为5％
‑
20％。
[0019]进一步的，步骤S3中所述磁力搅拌器的转速为1200r/min。
[0020]进一步的，步骤S4中所述料浆A与所述碳酸钠的摩尔比为1:1，钙离子与碳酸根的摩尔比为1:1，所述料浆A的添加速率为20
‑
120mL/min。
[0021]进一步的，步骤S4中反应时间为4
‑
12min，反应温度为10
‑
25℃。
[0022]进一步的，步骤S6中所述离心处理为在4500r/min下离心10min，所述干燥处理为在60℃下干燥12h。
[0023]本专利技术的有益效果是：本专利技术结合制备装置涉及适配的制备方法，使得碳酸钠、氯化钙和氢氧化钙的快速混合，有效提高体系的传质效率，满足沉淀过程的混合要求；所述膜分散微反应系统提高了碳酸钙颗粒形成过程的可控性，使其形貌单一且粒径较小，有利于提高产品质量；本专利技术化学共沉淀反应在利用微反应器进行，无需高温或强搅拌，且生产周期大幅缩短，同时不使用添加剂，使得生产成本显著降低，在工业应用中具有显著的优势。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的流程示意图；
[0025]1‑
平流泵，2
‑
膜分散微反应器，3
‑
恒温结晶器，4
‑
磁力搅拌器，5
‑
低温恒温槽；
[0026]图2为实施例1制备的碳酸钙材料的透射电镜图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。
[0028]一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的装置，包括平流泵、恒温结晶器、膜分散微反应器、磁力搅拌器和低温恒温槽；所述膜分散微反应器设置于所述恒温结晶器内，所述膜分散微反应器与所述平流泵连通，所述恒温结晶器与所述低温恒温槽连接；所述膜分散微反应器为螺旋状的中空纤维管，所述中空纤维管的壁面均匀设置多个微孔；所述中空纤维管的管径为4
×
6mm，长度为200mm，所述膜分散微反应器为PTFE(聚四氟乙烯)材料；所述微孔当量直径为0.45μm。
[0029]实施例1
[0030]一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的制备方法及结果：
[0031]S1、配置氯化钙溶液以及碳酸钠溶液，所述氯化钙和所述碳酸钠的浓度均为0.5mol/L；
[0032]S2、称取0.5557g氢氧化钙，其后溶解于85mL所述氯化钙溶液中生成料浆A，所述料
浆 A中含有的所述氢氧化钙的摩尔比为15％；
[0033]S3、将所述料浆A置于所述恒温结晶器中，通过所述磁力搅拌器在转速为1200r/min下进行搅拌；
[0034]S4、在搅拌过程中，通过所述平流泵向所述膜分散微反应器内泵入100mL所述碳酸钠溶液，在10℃下反应6min，得到料浆B；所述料浆A与所述碳酸钠的摩尔比为1:1，钙离子与碳酸根的摩尔比为1:1，所述料浆A的添加速率为40mL/min；
[0035]S5、用无水乙醇洗涤所述料浆B两次，得到碳酸钙悬浮液；
[0036]S6、将所述碳酸钙悬浮液在4500r/min下离心10min，其后将沉淀在60℃下干燥12h得到纳米碳酸钙。
[0037]所得纳米碳酸钙粒径呈方解石状，分散性好。平均粒径为18.8nm，比表面积为45.94m2/g。
[0038]实施例2
[0039]一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的制备方法及结果：
[0040]S1、配置氯化钙溶液以及碳酸钠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的装置，其特征在于：包括平流泵、恒温结晶器、膜分散微反应器、磁力搅拌器和低温恒温槽；所述膜分散微反应器设置于所述恒温结晶器内，所述膜分散微反应器与所述平流泵连通，所述恒温结晶器与所述低温恒温槽连接；所述膜分散微反应器为螺旋状的中空纤维管，所述中空纤维管的壁面均匀设置多个微孔。2.根据权利要求1所述的一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的装置，其特征在于：所述中空纤维管的管径为4
×
6mm，长度为200mm。3.根据权利要求1所述的一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的装置，其特征在于：所述微孔当量直径为0.45μm。4.一种不使用添加剂合成高分散纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配置氯化钙溶液以及碳酸钠溶液；S2、称取氢氧化钙，其后混合于所述氯化钙溶液中生成料浆A；S3、将所述料浆A置于恒温结晶器中，通过磁力搅拌器进行搅拌；S4、在搅拌过程中，通过平流泵向膜分散微反应器内泵入所述碳酸钠溶液，反应得到料浆B；S5、用无水乙醇洗涤所述料浆B得到碳酸钙悬浮液；S6、将所述碳酸钙悬浮液进行离心处理，其后进行干燥处理得到纳米碳酸钙。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗建洪，万鑫，杨磊，叶毅，彭沐森，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：