專利名稱：生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法及其所用的碳化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法及其所用的碳化反應(yīng)器。
納米碳酸鈣廣泛用于橡膠、塑料、造紙、涂料、油墨、食品等行業(yè)，是一種功能性的無(wú)機(jī)原料。用于塑料制品，具有增強(qiáng)增韌作用，用于橡膠制品，具有補(bǔ)強(qiáng)功能，用于涂料能提高聚合物的附著力，改善表面張力的特性，具有更高的光潔性，用于造紙，可改善紙張的印刷性能和光學(xué)性能，用于食品可以作為鈣源添加劑等等。目前生產(chǎn)納米碳酸鈣采用釜(塔)式碳化法，生產(chǎn)的納米碳酸鈣平均粒徑60-100納米，產(chǎn)量小，難以滿足日益增長(zhǎng)的需求，尤其是在碳化過(guò)程中生成的的碳酸鈣晶核與未反應(yīng)的氫氧化鈣始終是混合在一起，如中國(guó)專利CN1116185A所公開(kāi)的超細(xì)碳酸鈣的制備方法，后生成的碳酸鈣會(huì)附著在先前生成的碳酸鈣晶核上，使碳酸鈣粒子不斷增大，再加之所采用的反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)方面的原因，所輸入的CO2氣體與液體混合不夠均勻，使碳化的時(shí)間延長(zhǎng)，所生產(chǎn)碳酸鈣平均顆粒較粗。
本發(fā)明的目的是提供種生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法及其所用的碳化反應(yīng)器，使所生產(chǎn)納米碳酸鈣的平均粒徑較小，生產(chǎn)成本大大降低，以滿足工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)納米碳酸鈣的需求。
本發(fā)明的生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法，其特征在于包括如下程序碳化將經(jīng)50nm～100μm孔徑的濾膜過(guò)濾后的0.5％-2.0％的氫氧化鈣乳液與二氧化碳體積濃度≥20％的氣體同時(shí)送入旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器中進(jìn)行碳化處理，生成納米碳酸鈣晶體；分離程序?qū)⑻蓟绦蜻M(jìn)行中生成的碳酸鈣晶體隨時(shí)從氫氧化鈣乳液與碳酸鈣的混合體中分離出來(lái)，其過(guò)程如下將含有碳酸鈣晶體的氫氧化鈣乳液混合體送入過(guò)濾機(jī)，用2nm～1μm孔徑的濾膜過(guò)濾，將碳酸鈣晶體與未反應(yīng)的氫氧化鈣乳液分離，碳酸鈣晶體送干燥器進(jìn)入干燥程序，氫氧化鈣乳液送回旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化處理；干燥程序?qū)⑸傻募{米碳酸鈣晶體進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，去掉可溶性鹽后，進(jìn)行干燥至恒重，得到納米碳酸鈣；上述的分離程序中過(guò)濾所用的濾膜以2～200nm孔徑的濾膜較好，最好為2～100nm孔徑的超濾膜。
上述的分離程序中的過(guò)濾最好經(jīng)粗濾和精濾兩層過(guò)濾，所述的粗濾用50nm～1μm孔徑的濾膜過(guò)濾，所述的精濾用2～100nm孔徑的濾膜過(guò)濾，且所選用的粗濾濾膜孔徑大于精濾濾膜孔徑。
本發(fā)明的碳化程序所用的碳化反應(yīng)器，包括外殼體、旋轉(zhuǎn)床，其特征在于旋轉(zhuǎn)床的傳動(dòng)軸為一中空的軸套，軸套上設(shè)有若干片密布對(duì)流孔的環(huán)形碟片組成的反應(yīng)填料層，反應(yīng)填料層的相鄰碟片之間的軸套上有對(duì)流孔，碟片外緣一周上設(shè)有擋板，該擋板上也設(shè)有對(duì)流孔；旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的傳動(dòng)軸軸套內(nèi)設(shè)有液體分布器，該液體分布器包含進(jìn)液管，進(jìn)液管前端設(shè)有噴淋頭，噴淋頭的噴口與旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的軸套的對(duì)流孔相對(duì)，在液體分布器上還設(shè)有與進(jìn)液管并行的氣體溢出管，氣體溢出管的管口設(shè)于噴淋頭的上部；在反應(yīng)填料層的旋轉(zhuǎn)碟片組外側(cè)的反應(yīng)器殼體底部設(shè)有氣體噴口。
上述的旋轉(zhuǎn)床殼體的內(nèi)緣一周上還可設(shè)有縱向的導(dǎo)流板與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將碳化反應(yīng)所產(chǎn)生的碳酸鈣晶體隨時(shí)分離出來(lái)，避免了氫氧化鈣和碳酸鈣同時(shí)循環(huán)反應(yīng)時(shí)新生成的碳酸鈣以原來(lái)的碳酸鈣為晶核而長(zhǎng)大，進(jìn)一步降低了納米碳酸鈣的粒徑，因此所生產(chǎn)納米碳酸鈣的粒徑明顯減小，平均粒徑小于40nm，≤30nm的可超過(guò)80％以上，尤其是可根據(jù)具體需求控制所生產(chǎn)的碳酸鈣的最大粒徑，同時(shí)，由于反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，氣液混合狀況進(jìn)一步改善，反應(yīng)速度加快，生產(chǎn)成本降低。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的工藝全過(guò)程流程示意圖。
圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的碳化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖3A-A剖面視圖。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法，包括如下程序碳化將經(jīng)50nm～100μm孔徑的濾膜過(guò)濾后的0.5％-2.0％的氫氧化鈣乳液與二氧化碳體積濃度≥20％的氣體分別從旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的液體進(jìn)口和氣體進(jìn)口送入旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器中進(jìn)行碳化處理，所輸入的液體和氣體在旋轉(zhuǎn)床內(nèi)相遇反應(yīng)生成納米碳酸鈣晶體；分離程序?yàn)楸苊庑律傻奶妓徕}以原來(lái)的碳酸鈣為晶核而長(zhǎng)大，將碳化進(jìn)程中生成的碳酸鈣晶體隨時(shí)從氫氧化鈣乳液與碳酸鈣的混合體中分離出來(lái)，其過(guò)程如下將含有碳酸鈣晶體的氫氧化鈣乳液混合體送入過(guò)濾機(jī)，用2nm～1μm濾膜過(guò)濾，以采用2～200nm孔徑的濾膜較好，最好為2～100nm孔徑的超濾膜，將碳酸鈣晶體與未反應(yīng)的氫氧化鈣乳液分離，碳酸鈣晶體送干燥器進(jìn)入干燥程序，氫氧化鈣乳液送回旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化處理；為能夠獲得粒徑差異小的納米碳酸鈣產(chǎn)品，上述的分離程序中的過(guò)濾程序最好經(jīng)粗濾和精濾兩層過(guò)濾，所述的粗濾用50nm～1μm孔徑的濾膜過(guò)濾，所述的精濾用2nm～100nm孔徑的濾膜過(guò)濾，且所選用的粗濾濾膜孔徑大于精濾濾膜孔徑。
干燥程序?qū)⑸傻募{米碳酸鈣晶體用清水進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，去掉可溶性鹽后，進(jìn)行干燥至恒重，得到納米碳酸鈣。
本發(fā)明的碳化程序所用的碳化反應(yīng)器，包括外殼體(1)、旋轉(zhuǎn)床，旋轉(zhuǎn)床的傳動(dòng)軸為一中空的軸套(11)，軸套上設(shè)有若干片密布對(duì)流孔(9)的環(huán)形碟片(8)組成的反應(yīng)填料層，反應(yīng)填料層的相鄰碟片之間的軸套上有對(duì)流孔(10)，碟片外緣一周設(shè)有擋板(5)，該擋板上也設(shè)有對(duì)流孔(4)，旋轉(zhuǎn)床殼體(2)的內(nèi)緣一周上還可設(shè)有縱向的導(dǎo)流板(6)，旋轉(zhuǎn)床外殼體側(cè)面板的上部設(shè)有液體溢出口(17)，該液體溢出口在旋轉(zhuǎn)床的外殼體上蓋板(7)的下面呈扁平狀；旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的傳動(dòng)軸軸套內(nèi)設(shè)有液體分布器，該液體分布器包含進(jìn)液管(13)，進(jìn)液管前端設(shè)有噴淋頭(16)，噴淋頭的噴口(15)與旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的軸套的對(duì)流孔(10)相對(duì)，在液體分布器上還設(shè)有與進(jìn)液管并行的氣體溢出管(14)，氣體溢出管的管口(12)設(shè)于噴淋頭的上部在旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的旋轉(zhuǎn)碟片組外側(cè)的底部設(shè)有氣體進(jìn)入噴口(3)。
實(shí)施例1在每1Kg的CaO中加801水消化，形成Ca(OH)2乳液，置入板框過(guò)濾機(jī)先用100μm粗濾布過(guò)濾除去雜質(zhì)，再用500nm孔徑的微濾膜過(guò)濾置于循環(huán)貯液罐，用泵將Ca(OH)2乳液經(jīng)液體分布器注入碳化反應(yīng)器，旋轉(zhuǎn)床高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力將Ca(OH)2乳液帶入碟片填料層，同時(shí)，將CO2氣以0.6m3/h的流量與2.4m3/h的流量的空氣(均為標(biāo)態(tài)，以下同)一起進(jìn)入氣體混合器混合后，從氣體噴口送入到旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器，在旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速N=1400rpm)的碟片填料層中CO2和Ca(OH)2反應(yīng)生成納米CaCO3，由于離心力的作用將從旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器里甩出的Ca(OH)2和CaCO3混合液從旋轉(zhuǎn)床上部液體溢出口排出，用20nm孔徑的超濾膜過(guò)濾，將濾液再送回儲(chǔ)液罐后再送反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化反應(yīng)，截留下來(lái)的CaCO3結(jié)晶經(jīng)清水洗滌去除可溶性鹽后送入紅外干燥箱中，在120℃下干燥至恒重，直到Ca(OH)2乳液的pH值變?yōu)?-8為止，碳化時(shí)間19分鐘。取樣作透射電子顯微鏡分析，得到的CaCO3粒徑10-65nm，平均粒徑25nm。
本實(shí)施例的碳化反應(yīng)器，包括外殼體(1)、旋轉(zhuǎn)床，旋轉(zhuǎn)床的傳動(dòng)軸的軸套(11)上設(shè)有若干片密布對(duì)流孔(9)的環(huán)形碟片(8)組成的反應(yīng)填料層，反應(yīng)填料層的相鄰碟片之間的軸套上有對(duì)流孔(10)，碟片外緣一周設(shè)有擋板(5)，該擋板的一周上也設(shè)有密布的對(duì)流孔(4)，旋轉(zhuǎn)床殼體(2)的內(nèi)緣一周上設(shè)有縱向的導(dǎo)流板(6)，旋轉(zhuǎn)床外殼體側(cè)面板上部的液體溢出口(17)呈扁平狀；旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的液體分布器的噴淋頭的噴口(15)為左右兩排，噴口與旋轉(zhuǎn)床軸套的對(duì)流孔(10)相對(duì)，在液體分布器上的進(jìn)液管并行設(shè)有氣體溢出管(14)，氣體溢出管的管口(12)設(shè)于噴淋頭的上部；在旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的旋轉(zhuǎn)碟片組外側(cè)的底部設(shè)有氣體進(jìn)入噴口(3)。
實(shí)施例2在每1Kg的CaO中加801水消化，形成Ca(OH)2乳液，置入板框過(guò)濾機(jī)用0.3μm微濾膜過(guò)濾除去雜質(zhì)，置于循環(huán)貯液罐，在18-23℃時(shí)用泵將Ca(OH)2乳液經(jīng)液體分布器注入反應(yīng)器，同時(shí)，將CO2氣以1.0m3/h的流量與2.0m3/h的流量的空氣同時(shí)輸入氣體混合器混合后，從氣體噴口送入反應(yīng)器(轉(zhuǎn)速N=1400rpm)與Ca(OH)2碳化反應(yīng)，將從旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器里排出的Ca(OH)2和CaCO3混合液用40nm孔徑的超濾膜過(guò)濾，將濾液再送回旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化反應(yīng)，截留下來(lái)的CaCO3結(jié)晶用清水洗滌后送入紅外干燥箱中，在120℃下干燥至恒重，直到Ca(OH)2乳液的pH值變?yōu)?-8為止，碳化時(shí)間18分鐘。取樣作透射電子顯微鏡分析，得到的CaCO3粒徑10-70nm，平均粒徑25nm。本實(shí)施例的碳化反應(yīng)器與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3在每1Kg的CaO中加801水消化，形成Ca(OH)2乳液，置入板框過(guò)濾機(jī)用0.3μm微濾膜過(guò)濾除去雜質(zhì)，置于循環(huán)貯液罐，在18-23℃時(shí)用泵將Ca(OH)2乳液經(jīng)液體分布器注入旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器，同時(shí)，將CO2氣以1.5m3/h的流量與1.5m3/h的流量的空氣同時(shí)輸入氣體混合器混合后，從氣體噴口送入到旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器(轉(zhuǎn)速N=1100rpm)與Ca(OH)2碳化反應(yīng)，將從旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器里排出的Ca(OH)2和CaCO3混合液用20nm孔徑的超濾膜過(guò)濾，將濾液再送回旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化反應(yīng)，截留下來(lái)的CaCO3結(jié)晶用清水洗滌后送入紅外干燥箱中在120℃下干燥至恒重，直到Ca(OH)2乳液的pH值變?yōu)?-8為止，碳化時(shí)間17分鐘。取樣作透射電子顯微鏡分析，得到的CaCO3粒徑15-70nm，平均粒徑30nm。本實(shí)施例的碳化反應(yīng)器與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4在每1Kg的CaO中加801水消化，形成Ca(OH)2乳液，置入板框過(guò)濾機(jī)用0.3μm微濾膜過(guò)濾除去雜質(zhì)，置于循環(huán)貯液罐，在18-23℃時(shí)用泵將Ca(OH)2乳液經(jīng)液體分布器注入旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器，同時(shí)，將CO2氣以3.0m3/h的流量從氣體噴口送入到旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器(轉(zhuǎn)速N=1100rpm)與Ca(OH)2碳化反應(yīng)，將從旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器里排出的Ca(OH)2和CaCO3混合液用0.3μm微濾膜過(guò)濾，將濾液再送回旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化反應(yīng)，截留下來(lái)的CaCO3結(jié)晶用清水洗滌后送入紅外干燥箱中在120℃下干燥至恒重，直到Ca(OH)2乳液的pH值變?yōu)?-8為止，碳化時(shí)間14分鐘。取樣作透射電子顯微鏡分析，得到的CaCO3粒徑25-70nm，平均粒徑40nm。本實(shí)施例的碳化反應(yīng)器與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例5在每1Kg的CaO中加801水消化，形成Ca(OH)2乳液，置入板框過(guò)濾機(jī)用0.3μm微濾膜過(guò)濾除去雜質(zhì)，置于循環(huán)貯液罐，在18-23℃時(shí)用泵將Ca(OH)2乳液經(jīng)液體分布器注入旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器，同時(shí)，將CO2氣以0.6m3/h的流量與2.4m3/h的流量的空氣同時(shí)輸入氣體混合器混合后，從氣體噴口送入到旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器(轉(zhuǎn)速N=1000rpm)與Ca(OH)2碳化反應(yīng)，將從旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器里排出的Ca(OH)2和CaCO3混合液用0.3μm的微濾膜過(guò)濾，將濾液再送回旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化反應(yīng)，截留下來(lái)的CaCO3用清水洗滌后送入紅外干燥箱中在120℃下干燥至恒重，直到Ca(OH)2乳液的pH值變?yōu)?-8為止，碳化時(shí)間18分鐘。取樣作透射電子顯微鏡分析，得到的CaCO3粒徑15-70nm，平均粒徑35nm。本實(shí)施例的碳化反應(yīng)器與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例6與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例的不同在于分離程序中將從旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器里排出的Ca(OH)2和CaCO3混合液用先用50nm濾膜過(guò)濾，再將濾液用10nm濾膜過(guò)濾，最后將濾液送回旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化反應(yīng)，精濾截留下來(lái)的CaCO3用清水洗滌后送入紅外干燥箱中在120℃下干燥至恒重，得到粒徑小于50nm的納米碳酸鈣，平均粒徑小于20nm。
實(shí)施例7與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例的不同在于分離程序中將從旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器里排出的Ca(OH)2和CaCO3混合液用先用30nm濾膜過(guò)濾，再將濾液用2nm濾膜過(guò)濾，最后將濾液送回旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化反應(yīng)，精濾截留下來(lái)的CaCO3用清水洗滌后送入紅外干燥箱中在120℃下干燥至恒重，得到粒徑小于30nm的納米碳酸鈣，平均粒徑小于15nm。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法，其特征在于包括如下程序碳化將經(jīng)50nm～100μm孔徑的濾膜過(guò)濾后的0.5％-2.0％的氫氧化鈣乳液與二氧化碳體積濃度≥20％的氣體同時(shí)送入旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器中進(jìn)行碳化處理，生成納米碳酸鈣晶體；分離程序?qū)⑻蓟绦蜻M(jìn)行中生成的碳酸鈣晶體隨時(shí)從氫氧化鈣乳液與碳酸鈣的混合體中分離出來(lái)，其過(guò)程如下將含有碳酸鈣晶體的氫氧化鈣乳液混合體送入過(guò)濾機(jī)，用2nm～1μm孔徑的濾膜過(guò)濾，將碳酸鈣晶體與未反應(yīng)的氫氧化鈣乳液分離，碳酸鈣晶體送干燥器進(jìn)入干燥程序，氫氧化鈣乳液送回旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行碳化處理；干燥程序?qū)⑸傻募{米碳酸鈣晶體進(jìn)行洗滌、過(guò)濾，去掉可溶性鹽后，進(jìn)行干燥至恒重，得到納米碳酸鈣。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法，其特征在于所述的分離程序中的過(guò)濾經(jīng)粗濾和精濾兩層過(guò)濾，所述的粗濾用50nm～1μm孔徑的濾膜過(guò)濾，所述的精濾用2～100nm孔徑的濾膜過(guò)濾，且所選用的粗濾濾膜孔徑大于精濾濾膜孔徑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法，其特征在于所述的分離程序中過(guò)濾所用的濾膜為2～200nm孔徑的濾膜。
4.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法，其特征在于所述的分離程序中過(guò)濾所用的濾膜為2～100nm孔徑的超濾膜。
5.一種生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的碳化程序所用的碳化反應(yīng)器，包括外殼體、旋轉(zhuǎn)床，其特征在于旋轉(zhuǎn)床的傳動(dòng)軸為一中空的軸套，軸套上設(shè)有若干片密布對(duì)流孔的環(huán)形碟片組成的反應(yīng)填料層，反應(yīng)填料層的相鄰碟片之間的軸套上有對(duì)流孔，碟片外緣一周上設(shè)有擋板，該擋板上也設(shè)有對(duì)流孔；旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的傳動(dòng)軸軸套內(nèi)設(shè)有液體分布器，該液體分布器包含進(jìn)液管，進(jìn)液管前端設(shè)有噴淋頭，噴淋頭的噴口與旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的軸套的對(duì)流孔相對(duì)，在液體分布器上還設(shè)有與進(jìn)液管并行的氣體溢出管，氣體溢出管的管口設(shè)于噴淋頭的上部；在反應(yīng)填料層的旋轉(zhuǎn)碟片組外側(cè)的反應(yīng)器殼體底部設(shè)有氣體噴口。
6.如權(quán)利要求書(shū)5所述的碳化反應(yīng)器，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)床殼體的內(nèi)緣一周上設(shè)有縱向的導(dǎo)流板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)納米碳酸鈣粒子的方法及其所用的碳化反應(yīng)器,其工藝方法包括碳化、分離和干燥程序;碳化程序所用的反應(yīng)器,包括外殼體、旋轉(zhuǎn)床,在旋轉(zhuǎn)床內(nèi)設(shè)有液體分布器和由環(huán)形碟片組成的反應(yīng)填料層,旋轉(zhuǎn)床殼體底部設(shè)有氣體噴口。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明將碳化反應(yīng)所產(chǎn)生的碳酸鈣晶體隨時(shí)分離出來(lái),因此所生產(chǎn)納米碳酸鈣的粒徑明顯減小,尤其是可根據(jù)具體需求控制所生產(chǎn)的碳酸鈣的最大粒徑,反應(yīng)速度加快,生產(chǎn)成本降低。
文檔編號(hào)C01F11/18GK1321611SQ0112133
公開(kāi)日2001年11月14日 申請(qǐng)日期2001年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月28日
發(fā)明者胡孝勇, 范愛(ài)軍, 李應(yīng)彪, 馮世江 申請(qǐng)人:石河子大學(xué)