Получение сферического карбоната кальция реакцией кристаллизации и карбонизации в условиях гипергравитации
Общие формы карбоната кальция в основном включают неправильную форму, форму веретена, сферическую форму, форму чешуи и форму куба и т. Д. Различные формы карбоната кальция имеют разные области применения и функции. , растворимость и большая удельная площадь поверхности и т. д. имеют важное применение в области производства пластмасс, резины, продуктов питания и бумаги.
В настоящее время основными методами получения сферического карбоната кальция являются метод метатезиса и метод карбонизации. Хотя методом метатезиса можно получить сферический карбонат кальция с правильной морфологией и хорошей дисперсией, сырье для этого метода дорогое, и будет введено большое количество примесных ионов, что не подходит для промышленного производства. Метод карбонизации является наиболее часто используемым методом в промышленности. Традиционный метод карбонизации в основном делится на метод прерывистой карбонизации и метод непрерывной карбонизации распылением. Хотя метод карбонизации имеет низкую стоимость и может производиться в больших масштабах, традиционный метод карбонизации для получения сферического карбоната кальция имеет проблемы, такие как неравномерное распределение частиц по размерам и низкая эффективность производства.
Метод кристаллизации с реакцией гипергравитации — это новый метод получения наноматериалов, суть которого заключается в создании огромной центробежной силы посредством высокоскоростного вращения, имитирующего среду поля гипергравитации. Высокоскоростной вращающийся насадочный ротор в гипергравитационном реакторе разбивает жидкость на жидкие нити, капли или пленки жидкости, при этом удельная поверхность жидкости резко увеличивается. от 1 до 3 порядков, процессы микросмешивания и массообмена значительно улучшаются, поэтому время реакции короче, чем при традиционном методе карбонизации, а продукт имеет преимущества малого размера частиц, узкого распределения частиц по размерам, высокой чистоты продукта. , и более регулярная морфология. . Реакторы гипергравитации широко используются при получении наноматериалов из-за их хороших эффектов микроперемешивания и массопереноса.
Сферический карбонат кальция в большинстве случаев выращивают из ватерита, но ватерит, как термодинамически нестабильная кристаллическая форма, трудно стабильно существовать во влажной среде и водном растворе и требует специальных методов для его стабильного получения. Исследования показывают, что введение NH4+ во время реакции карбонизации может не только ингибировать образование кальцита в процессе кристаллизации и способствовать превращению кристаллической формы карбоната кальция в ватерит, но и атмосфера NH4+ может сделать образовавшийся ватерит устойчиво существуют в растворе.
В отличие от NH4+, кислые аминокислоты диссоциируют в растворе и объединяются с Ca2+, образуя матрицу затравочного кристалла. Под влиянием шаблона затравочного кристалла в образующемся карбонате кальция также появится метастабильная кристаллическая фаза, и введение подходящей аминокислоты будет генерировать специфические функции и модифицировать морфологию во время кристаллизации карбоната кальция.
С использованием недорогих глутаминовой кислоты и хлорида аммония в качестве добавок было изучено контролируемое получение сферического карбоната кальция в поле гипергравитации, а также исследовано влияние двух добавок на синтез карбоната кальция. Результаты показали, что:
(1) Используя метод кристаллизации и карбонизации в условиях гипергравитации, размер частиц может быть получен при оптимальных условиях, когда L-глутаминовая кислота и хлорид аммония добавляются в количестве 4% и 20% гидроксида кальция соответственно, а коэффициент гипергравитации составляет 161,0. Чистый карбонат кальция ватерита с высокой сферичностью около 500 нм.
(2) Перед началом реакции L-глутаминовая кислота и ионы кальция в растворе образуют матрицу, которая влияет на зародышеобразование и рост карбоната кальция, а обилие NH4+ в растворе во время реакции создает хорошие условия для образования ватерит, высокоскоростная резка жидкости в реакторе гипергравитации предотвращает возможность чрезмерного покрытия сырья гидроксидом кальция и реализует контролируемое приготовление сферического карбоната кальция.