Preparación de carbonato de calcio esférico por reacción de hipergravedad, cristalización y carbonización.
Las formas comunes de carbonato de calcio incluyen principalmente forma irregular, forma de huso, forma esférica, forma de escamas y forma de cubo, etc. Las diferentes formas de carbonato de calcio tienen diferentes campos de aplicación y funciones. , solubilidad y gran área de superficie específica, etc., tienen importantes aplicaciones en los campos de la fabricación de plásticos, caucho, alimentos y papel.
En la actualidad, los principales métodos de preparación de carbonato de calcio esférico son el método de metátesis y el método de carbonización. Aunque el método de metátesis puede producir carbonato de calcio esférico con morfología regular y buena dispersión, las materias primas de este método son caras y se introducirá una gran cantidad de iones de impurezas, lo que no es adecuado para la producción industrial. El método de carbonización es el método más utilizado en la industria. El método de carbonización tradicional se divide principalmente en el método de carbonización intermitente y el método de carbonización por pulverización continua. Aunque el método de carbonización tiene un bajo costo y se puede producir a gran escala, el método de carbonización tradicional para preparar carbonato de calcio esférico tiene problemas tales como una distribución irregular del tamaño de las partículas y una baja eficiencia de producción.
El método de cristalización por reacción de hipergravedad es un nuevo método para preparar nanomateriales, y su esencia es generar una gran fuerza centrífuga a través de la rotación de alta velocidad, simulando el entorno del campo de hipergravedad. El rotor de empaque giratorio de alta velocidad en el reactor de hipergravedad convierte el líquido en filamentos, gotitas o películas líquidas, y el área superficial específica del líquido aumenta considerablemente. 1 a 3 órdenes de magnitud, los procesos de micromezclado y transferencia de masa se mejoran considerablemente, por lo que el tiempo de reacción es más corto que el método de carbonización tradicional, y el producto tiene las ventajas de tamaño de partícula pequeño, distribución de tamaño de partícula estrecha, alta pureza del producto , y morfología más regular. . Los reactores de hipergravedad se utilizan ampliamente en la preparación de nanomateriales debido a sus buenos efectos de micromezclado y transferencia de masa.
El carbonato de calcio esférico se cultiva a partir de vaterita en la mayoría de los casos, pero la vaterita, como forma de cristal termodinámicamente inestable, es difícil de existir de manera estable en un ambiente húmedo y una solución acuosa, y requiere algunos métodos especiales para obtenerla de manera estable. La investigación muestra que la introducción de NH4+ durante la reacción de carbonización no solo puede inhibir la formación de calcita durante el proceso de cristalización y facilitar la transformación de la forma cristalina de carbonato de calcio en vaterita, sino que también la atmósfera de NH4+ puede hacer que la vaterita generada existen de manera estable en la solución.
A diferencia del NH4+, los aminoácidos ácidos se disociarán en solución y se combinarán con Ca2+ para formar una plantilla de cristal semilla. Bajo la influencia de la plantilla de cristal semilla, el carbonato de calcio resultante también aparecerá en fase de cristal metaestable y el aminoácido adecuado. La introducción generará funciones específicas y modificará la morfología durante la cristalización del carbonato de calcio.
Utilizando ácido glutámico y cloruro de amonio de bajo costo como aditivos, se estudió la preparación controlable de carbonato de calcio esférico en un campo de hipergravedad, y se investigaron los efectos de los dos aditivos en la síntesis de carbonato de calcio. Los resultados mostraron que:
(1) Utilizando el método de cristalización y carbonización de la reacción de hipergravedad, el tamaño de partícula se puede obtener en las condiciones óptimas en las que se agregan ácido L-glutámico y cloruro de amonio al 4 % y al 20 % de hidróxido de calcio, respectivamente, y el factor de hipergravedad es 161,0. Carbonato de calcio de vaterita pura con alta esfericidad de aproximadamente 500 nm.
(2) Antes de que comience la reacción, el ácido L-glutámico y los iones de calcio en la solución forman una plantilla que afecta la nucleación y el crecimiento del carbonato de calcio, y el abundante NH4+ en la solución durante la reacción proporciona un buen ambiente para la formación de vaterita, el corte de alta velocidad del líquido por el reactor de hipergravedad evita la posibilidad de un recubrimiento excesivo de materias primas de hidróxido de calcio y realiza la preparación controlable de carbonato de calcio esférico.