一種利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及文石型納米碳酸鈣晶須技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳酸鈣晶須是近年來開發(fā)出的新型晶須材料，具有優(yōu)良的耐高溫、絕緣、阻燃等功能，以及良好的機械強度、高彈性模量、高硬度等特點。因此，可作為新型復(fù)合材料的增韌補強劑，在工程塑料、聚丙烯、尼龍、降解塑料、涂料以及生物活性材料等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
[0003]目前，國內(nèi)外制備碳酸鈣晶須的方法有碳酸化法、復(fù)分解反應(yīng)法、尿素水解法、碳酸氫鈣加熱分解法、超重力反應(yīng)結(jié)晶法等。對于二氧化碳碳酸化法制備碳酸鈣晶須的工藝，具有所需設(shè)備簡單、易操作控制和易實現(xiàn)工業(yè)化等優(yōu)點，體現(xiàn)出了規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的價值。為了實現(xiàn)碳酸鈣晶須的規(guī)模化合成，通常需要調(diào)控碳酸化過程中的系列工藝條件，例如反應(yīng)溫度、攪拌速度、CO2通入速度，以及添加晶型控制劑等。
[0004]中國專利CN 101684570 A公開了一種形貌可控的碳酸鈣晶須的制備方法:采用生石灰為原料，水氯鎂石為晶型控制劑，通過二氧化碳的碳酸化反應(yīng)制備碳酸鈣晶須。中國專利CN 1442363 A公開了一種制備微細(xì)晶須狀碳酸鈣的方法:利用超重力反應(yīng)器，在晶型控制劑的存在下，將氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)而制備微細(xì)晶須狀碳酸鈣的方法。中國專利CN 101935865 A公開了一種高長徑比碳酸鈣晶須的制備方法:采用生石灰為原料，水氯鎂石為晶型控制劑，通過二氧化碳的碳酸化反應(yīng)制備碳酸鈣晶須，然后循環(huán)利用母液制備碳酸鈣晶須，從而完成多級生長高長徑比的碳酸鈣晶須產(chǎn)品。雖然此類晶型控制劑可以實現(xiàn)碳酸鈣晶須的生產(chǎn)，但是文獻報道中的碳酸鈣晶須均為微米尺寸，未能達(dá)到納米級別。因此，如何實現(xiàn)納米尺寸的碳酸鈣晶須的規(guī)模化生產(chǎn)，仍然是碳酸鈣領(lǐng)域中值得研宄的重點之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑的方法制備高品質(zhì)的碳酸鈣納米晶須。所要解決的技術(shù)問題是提供一種操作簡便、能夠規(guī)?；a(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
步驟一:稱取適量水楊酸鈉與硝酸銨并溶于水，控制混合溶液濃度為0.5% ~ 20%，即可得到二元復(fù)合晶型控制劑；
步驟二:將上述水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑與Ca (OH) 2漿液攪拌混合，在30 ~ 90 ° C下通入CO2氣體進行碳酸化反應(yīng)，升高碳酸化溫度，反應(yīng)過程采用pH計監(jiān)測體系的PH變化，當(dāng)該溶液pH達(dá)到7附近時，停止碳酸化反應(yīng)；
步驟三:反應(yīng)結(jié)束后，將碳酸鈣產(chǎn)物進行過濾，用水洗滌，然后經(jīng)過氣流烘干，烘干溫度50° C?120° C，即可得到納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品。
[0007]步驟四:將含有水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑的濾液回收，反復(fù)使用。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述步驟一中水楊酸鈉的濃度為0.5% ~20%，硝酸銨的濃度為0.5% ~ 20%ο
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述步驟二中水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑的使用量為4%?15%。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述步驟二中Ca(OH)2I液質(zhì)量百分比濃度為9%。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述步驟二中碳酸化中使用的0)2氣體可以是純凈的CO2氣體，也可是CO 2與空氣的混合氣體；按照純CO2計算，其在碳酸酸化反應(yīng)中的通入速度為50 ~ 1600 mL min1。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述步驟二中碳酸化溫度為20° C?90。(:下。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述步驟二中碳酸酸化反應(yīng)結(jié)束時的pH為6.5 ~ 8.5，優(yōu)選pH在7.0左右。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明以水楊酸鈉與硝酸銨的混合物為二元復(fù)合晶型控制劑，成功地利用C02碳酸酸化法合成了納米碳酸鈣晶須。
[0015]2、本發(fā)明所得到的碳酸鈣晶須具有結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，且具有純度高、晶型好、長徑比尚、品質(zhì)好等特點。
[0016]3、本發(fā)明反應(yīng)周期短，易于操作，對反應(yīng)條件要求不高，可實現(xiàn)納米碳酸鈣晶須的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0017]圖1為水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑(濃度為4%)制備的碳酸鈣納米晶須的掃描電鏡(SEM)照片。
[0018]圖2為水楊酸鈉與硝酸銨二元復(fù)合晶型控制劑(濃度為12%)制備的碳酸鈣納米晶須的透射電鏡(TEM)照片。
[0019]圖3為水楊酸鈉與硝酸銨二元復(fù)合晶型控制劑(濃度為15%)制備的碳酸鈣納米晶須的透射電鏡(TEM)照片。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0021]實施例1
取3.3 L精制的Ca(OH)2漿液(質(zhì)量百分比濃度為9%)，放入容積為5 L的不銹鋼反應(yīng)釜中。然后，加入含有水楊酸鈉與硝酸銨的溶液(基于氫氧化鈣完全反應(yīng)所生成的碳酸鈣的質(zhì)量，使用量為4%)。然后，封閉反應(yīng)釜，開啟電動攪拌，通入CO2氣體(流速為600 mL min—1)，升高碳酸化溫度至30 ° C。待料液的pH降至7左右，停止反應(yīng)。接下來，通過過濾、水洗等步驟，得到的碳酸鈣濾餅在50 ° C下烘干，即可制備納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品。最后，使用掃描電鏡(SEM)對碳酸鈣產(chǎn)品的形貌、尺寸等結(jié)構(gòu)特征進行測試，SEM結(jié)果如圖1所示。該產(chǎn)品具有明顯的一維納米結(jié)構(gòu)特征，其直徑為40 ~ 50 nm，長度為500 ~ 800 nm，因而具有較大的長徑比10 ~ 20。
[0022]實施例2
取2.5L精制的Ca (OH) 2漿液(質(zhì)量百分比濃度為10%)，放入容積為5L的不銹鋼反應(yīng)釜中。然后，加入含有水楊酸鈉與硝酸銨的溶液(基于氫氧化鈣完全反應(yīng)所生成的碳酸鈣的質(zhì)量，使用量為12%)。然后，封閉反應(yīng)釜，開啟電動攪拌，通入CO2氣體(流速為900 mL mirT1)，升高碳酸化溫度至80 ° C。待料液的pH降至7左右，停止反應(yīng)。接下來，通過過濾、水洗等步驟，得到的碳酸鈣濾餅在120 ° C下烘干，即可制備納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品。最后，采用透射電鏡(TEM)進行碳酸鈣產(chǎn)品的形貌、尺寸等結(jié)構(gòu)特征的測試，TEM結(jié)果如圖2所示。該產(chǎn)品具有明顯的一維納米結(jié)構(gòu)特征，其直徑為20 ~ 30 nm，長度為200 ~ 300 nm，具有較大的長徑比10 ~15。
[0023]實施例3
取3.5 L精制的Ca(OH)2漿液(質(zhì)量百分比濃度為13%)，放入容積為5L的不銹鋼反應(yīng)釜中。然后，加入含有水楊酸鈉與硝酸銨的溶液(基于氫氧化鈣完全反應(yīng)所生成的碳酸鈣的質(zhì)量，使用量為15%)。然后，封閉反應(yīng)釜，開啟電動攪拌，通入CO2氣體(流速為900 mL mirT1)，升高碳酸化溫度至90。C。待料液的pH降至7左右，停止反應(yīng)。接下來，通過過濾、水洗等步驟，得到的碳酸鈣濾餅在110 ° C下烘干，即可制備納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品。最后，采用透射電鏡(TEM)進行碳酸鈣產(chǎn)品的形貌、尺寸等結(jié)構(gòu)特征的測試，TEM結(jié)果如圖3所示。該產(chǎn)品具有明顯的一維納米結(jié)構(gòu)特征，其直徑為30 ~ 40 nm，長度為250 ~ 400 nm，具有較大的長徑比10 ~12。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，其方法如下: 步驟一:稱取適量水楊酸鈉與硝酸銨并溶于水，控制混合溶液濃度為0.5% ~ 20%，即可得到二元復(fù)合晶型控制劑； 步驟二:將上述水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑與Ca (OH) 2漿液攪拌混合，在30 ~ 90 ° C下通入CO2氣體進行碳酸化反應(yīng)，升高碳酸化溫度，反應(yīng)過程采用pH計監(jiān)測體系的PH變化，當(dāng)該溶液pH達(dá)到7附近時，停止碳酸化反應(yīng)； 步驟三:反應(yīng)結(jié)束后，將碳酸鈣產(chǎn)物進行過濾，用水洗滌，然后經(jīng)過氣流烘干，烘干溫度50° C ~ 120 ° C，即可得到納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品； 步驟四:將含有水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑的濾液回收，反復(fù)使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟一中水楊酸鈉的濃度為0.5% ~ 20%，硝酸銨的濃度為0.5% ~ 20%ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑的使用量為4%?15%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中Ca(OH)2I液質(zhì)量百分比濃度為9%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中碳酸化中使用的CO2氣體可以是純凈的CO2氣體，也可是CO2與空氣的混合氣體；按照純CO2計算，其在碳酸酸化反應(yīng)中的通入速度為50 ~1600 mL mirf1。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中碳酸化溫度為30° C?90 ° C。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中碳酸酸化反應(yīng)結(jié)束時的pH為6.5 ~ 8.5，優(yōu)選pH在7.0左右。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法。該制備方法采用氫氧化鈣漿液為原料，通過二氧化碳碳酸酸化法制備碳酸鈣納米晶須，采用水楊酸鈉與硝酸銨的混合物為二元復(fù)合晶型控制劑。該方法的特征是：利用水楊酸鈉與硝酸銨的二元復(fù)合晶型控制劑，控制合成碳酸鈣納米晶須；將含有水楊酸鈉與硝酸銨的濾液回收反復(fù)使用。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝方法簡單，易于操作，合成周期短等優(yōu)點，適合于納米碳酸鈣晶須的規(guī)模化生產(chǎn)。
【IPC分類】C30B29/62, C30B29/10, C30B7/14, B82Y40/00
【公開號】CN104975339
【申請?zhí)枴緾N201510425703
【發(fā)明人】陳祥迎, 黃海平
【申請人】常州碳酸鈣有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年7月20日