การเตรียมแคลเซียมคาร์บอเนตทรงกลมโดยการตกผลึกของปฏิกิริยาไฮเปอร์เกรวิตี้และคาร์บอไนเซชัน

รูปแบบทั่วไปของแคลเซียมคาร์บอเนตส่วนใหญ่ประกอบด้วยรูปร่างผิดปกติ รูปร่างแกน ทรงกลม รูปร่างเกล็ด และรูปทรงลูกบาศก์ ฯลฯ แคลเซียมคาร์บอเนตรูปแบบต่าง ๆ มีฟิลด์และหน้าที่การใช้งานที่แตกต่างกัน ความสามารถในการละลายและพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ฯลฯ มีการใช้งานที่สำคัญในด้านพลาสติก ยาง การผลิตอาหารและกระดาษ

ปัจจุบันวิธีการเตรียมแคลเซียมคาร์บอเนตทรงกลมที่สำคัญคือวิธีเมตาธีซิสและวิธีคาร์บอไนเซชัน แม้ว่าวิธีเมตาธีซิสจะสามารถผลิตแคลเซียมคาร์บอเนตทรงกลมที่มีสัณฐานวิทยาสม่ำเสมอและกระจายตัวได้ดี แต่วัตถุดิบของวิธีนี้มีราคาแพงและจะมีการนำไอออนของสิ่งเจือปนจำนวนมากมาใช้ ซึ่งไม่เหมาะสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรม วิธีการถ่านเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรม วิธีการคาร์บอไนเซชันแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นวิธีการคาร์บอไนเซชันแบบไม่ต่อเนื่องและวิธีการคาร์บอไนเซชันแบบต่อเนื่อง แม้ว่าวิธีการคาร์บอไนเซชันจะมีต้นทุนต่ำและสามารถผลิตได้ในปริมาณมาก แต่วิธีการคาร์บอไนเซชันแบบดั้งเดิมสำหรับการเตรียมแคลเซียมคาร์บอเนตทรงกลมนั้นมีปัญหา เช่น การกระจายขนาดอนุภาคที่ไม่สม่ำเสมอและประสิทธิภาพการผลิตต่ำ

วิธีการตกผลึกของปฏิกิริยาไฮเปอร์กราวิตี้เป็นวิธีการใหม่ในการเตรียมวัสดุนาโน และสาระสำคัญของมันคือการสร้างแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางขนาดใหญ่ผ่านการหมุนด้วยความเร็วสูง โดยจำลองสภาพแวดล้อมของสนามแรงโน้มถ่วงสูง โรเตอร์บรรจุที่หมุนด้วยความเร็วสูงในเครื่องปฏิกรณ์แรงโน้มถ่วงสูงจะเต้นของเหลวให้เป็นเส้นใยของเหลว หยดหรือฟิล์มเหลว และพื้นที่ผิวจำเพาะของของเหลวจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ลำดับความสำคัญ 1 ถึง 3 กระบวนการผสมขนาดเล็กและการถ่ายโอนมวลได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ดังนั้นเวลาในการทำปฏิกิริยาจึงสั้นกว่าวิธีการถ่านแบบดั้งเดิม และผลิตภัณฑ์มีข้อดีของขนาดอนุภาคขนาดเล็ก การกระจายขนาดอนุภาคแคบ ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์สูง และสัณฐานวิทยาที่สม่ำเสมอมากขึ้น . เครื่องปฏิกรณ์แรงโน้มถ่วงสูงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมวัสดุนาโนเนื่องจากผลการผสมขนาดเล็กและการถ่ายโอนมวลที่ดี

แคลเซียมคาร์บอเนตทรงกลมนั้นเติบโตจากวาเทอไรท์ในกรณีส่วนใหญ่ แต่วาเทอไรท์เนื่องจากรูปแบบผลึกที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์นั้นยากที่จะคงอยู่อย่างคงตัวในสภาพแวดล้อมที่ชื้นและสารละลายในน้ำ และต้องใช้วิธีการพิเศษบางอย่างเพื่อให้ได้มาซึ่งความเสถียร การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการแนะนำของ NH4+ ระหว่างปฏิกิริยาคาร์บอไนเซชันไม่เพียงแต่ยับยั้งการก่อตัวของแคลไซต์ในระหว่างกระบวนการตกผลึก และอำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนรูปผลึกของแคลเซียมคาร์บอเนตไปเป็นวาเทอไรท์ แต่ยังทำให้บรรยากาศของ NH4+ สามารถสร้างวาเทอไรท์ได้ มีความเสถียรในสารละลาย

กรดอะมิโนที่เป็นกรดแตกต่างจาก NH4+ จะแยกตัวออกจากสารละลายและรวมกับ Ca2+ เพื่อสร้างแม่แบบผลึกเมล็ด ภายใต้อิทธิพลของแม่แบบผลึกของเมล็ด แคลเซียมคาร์บอเนตที่ได้ก็จะปรากฏเฟสผลึกที่ลุกลามได้ และกรดอะมิโนที่เหมาะสม บทนำจะสร้างหน้าที่เฉพาะและปรับเปลี่ยนลักษณะทางสัณฐานวิทยาในระหว่างการตกผลึกของแคลเซียมคาร์บอเนต

โดยใช้กรดกลูตามิกราคาไม่แพงและแอมโมเนียมคลอไรด์เป็นสารเติมแต่ง ศึกษาการเตรียมแคลเซียมคาร์บอเนตทรงกลมที่ควบคุมได้ในสนามแรงโน้มถ่วงสูง และทำการศึกษาผลของสารเติมแต่งทั้งสองในการสังเคราะห์แคลเซียมคาร์บอเนต ผลการวิจัยพบว่า:

(1) การใช้วิธีการตกผลึกของปฏิกิริยาไฮเปอร์เกรวิตี้และคาร์บอไนเซชัน สามารถรับขนาดอนุภาคได้ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่เติมกรดแอล-กลูตามิกและแอมโมเนียมคลอไรด์ที่ 4% และ 20% ของแคลเซียมไฮดรอกไซด์ตามลำดับ และปัจจัยแรงโน้มถ่วงสูงคือ 161.0 แคลเซียมคาร์บอเนตบริสุทธิ์วาเทอไรท์ที่มีความเป็นทรงกลมสูงประมาณ 500 นาโนเมตร

(2) ก่อนที่ปฏิกิริยาเริ่มต้น กรดแอล-กลูตามิกและแคลเซียมไอออนในสารละลายจะสร้างแม่แบบ ซึ่งส่งผลต่อนิวเคลียสและการเจริญเติบโตของแคลเซียมคาร์บอเนต และ NH4+ ที่อุดมสมบูรณ์ในสารละลายระหว่างปฏิกิริยาทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่ดีสำหรับการก่อตัวของ วาเทอไรต์ การตัดของเหลวด้วยความเร็วสูงด้วยเครื่องปฏิกรณ์แรงโน้มถ่วงสูงป้องกันความเป็นไปได้ของการเคลือบวัตถุดิบแคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่มากเกินไป และตระหนักถึงการเตรียมแคลเซียมคาร์บอเนตทรงกลมที่ควบคุมได้