Điều chế canxi cacbonat hình cầu bằng phản ứng siêu trọng lực kết tinh và cacbon hóa
Các dạng phổ biến của canxi cacbonat chủ yếu bao gồm hình dạng không đều, hình trục, hình cầu, hình vảy và hình khối, vv Các dạng khác nhau của canxi cacbonat có các lĩnh vực ứng dụng và chức năng khác nhau. , khả năng hòa tan và diện tích bề mặt riêng lớn, v.v., có các ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực nhựa, cao su, thực phẩm và sản xuất giấy.
Hiện nay, các phương pháp điều chế canxi cacbonat hình cầu chính là phương pháp metathesis và phương pháp cacbon hóa. Mặc dù phương pháp metathesis có thể tạo ra canxi cacbonat hình cầu với hình thái đều đặn và phân tán tốt, nhưng nguyên liệu của phương pháp này rất đắt và một lượng lớn các ion tạp chất sẽ được đưa vào, không thích hợp cho sản xuất công nghiệp. Phương pháp cacbon hóa là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp. Phương pháp cacbon hóa truyền thống chủ yếu được chia thành phương pháp cacbon hóa gián đoạn và phương pháp cacbon hóa phun liên tục. Mặc dù phương pháp cacbon hóa có chi phí thấp và có thể được sản xuất trên quy mô lớn, nhưng phương pháp cacbon hóa truyền thống để điều chế canxi cacbonat hình cầu có các vấn đề như phân bố kích thước hạt không đồng đều và hiệu quả sản xuất thấp.
Phương pháp kết tinh phản ứng siêu trọng lực là một phương pháp điều chế vật liệu nano mới, bản chất của nó là tạo ra lực ly tâm cực lớn thông qua chuyển động quay tốc độ cao, mô phỏng môi trường của trường siêu trọng lực. Rôto đóng gói quay tốc độ cao trong lò phản ứng siêu trọng lực đập chất lỏng thành các sợi lỏng, giọt hoặc màng chất lỏng, và diện tích bề mặt riêng của chất lỏng tăng mạnh. 1 đến 3 bậc lớn, quá trình trộn vi mô và chuyển khối được tăng cường đáng kể, do đó thời gian phản ứng ngắn hơn so với phương pháp cacbon hóa truyền thống, và sản phẩm có ưu điểm là kích thước hạt nhỏ, phân bố kích thước hạt hẹp, sản phẩm có độ tinh khiết cao. , và hình thái đều đặn hơn. . Lò phản ứng siêu trọng lực được sử dụng rộng rãi trong việc chuẩn bị vật liệu nano do hiệu ứng trộn vi mô và truyền khối tốt của chúng.
Canxi cacbonat hình cầu được phát triển từ vaterit trong hầu hết các trường hợp, nhưng vaterit, là một dạng tinh thể không ổn định về mặt nhiệt động lực học, khó tồn tại ổn định trong môi trường ẩm và dung dịch nước, và cần một số phương pháp đặc biệt để thu được nó ổn định. Nghiên cứu cho thấy rằng việc đưa NH4 + vào trong phản ứng cacbon hóa không chỉ có thể ức chế sự hình thành canxit trong quá trình kết tinh, và tạo điều kiện chuyển dạng tinh thể của canxi cacbonat thành vaterit, mà không khí của NH4 + có thể tạo ra vaterit tồn tại ổn định trong dung dịch.
Khác với NH4 +, các axit amin có tính axit sẽ phân ly trong dung dịch và kết hợp với Ca2 + tạo thành khuôn mẫu tinh thể hạt. Dưới ảnh hưởng của khuôn mẫu tinh thể hạt, canxi cacbonat tạo thành cũng sẽ xuất hiện pha tinh thể di căn, và axit amin thích hợp Việc đưa vào sẽ tạo ra các chức năng cụ thể và thay đổi hình thái trong quá trình kết tinh canxi cacbonat.
Sử dụng axit glutamic rẻ tiền và amoni clorua làm chất phụ gia, quá trình điều chế canxi cacbonat hình cầu có thể kiểm soát được trong trường siêu trọng lực đã được nghiên cứu, và tác động của hai chất phụ gia trong quá trình tổng hợp canxi cacbonat đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy:
(1) Sử dụng phương pháp kết tinh phản ứng siêu trọng lực và phương pháp cacbon hóa, kích thước hạt có thể thu được trong điều kiện tối ưu mà axit L-glutamic và amoni clorua được thêm vào lần lượt là 4% và 20% canxi hydroxit, và hệ số siêu trọng lực là 161,0. Vaterit canxi cacbonat tinh khiết có độ cầu cao khoảng 500nm.
(2) Trước khi phản ứng bắt đầu, axit L-glutamic và các ion canxi trong dung dịch tạo thành khuôn mẫu, ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển của canxi cacbonat, và lượng NH4 + dồi dào trong dung dịch trong quá trình phản ứng tạo môi trường tốt cho sự hình thành vaterite, Quá trình cắt tốc độ cao của chất lỏng bằng lò phản ứng siêu trọng lực ngăn ngừa khả năng phủ quá nhiều nguyên liệu thô canxi hydroxit và nhận ra quá trình điều chế canxi cacbonat hình cầu có thể kiểm soát được.