专利名称：可溶性碳酸盐制备纳米碳酸钙粉体的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备颗粒尺度为纳米级的碳酸钙粉体方法，具体说是使用可溶性 碳酸盐、通过化学反应直接获得纳米级碳酸钙粉体的制备方法。
背景技术：
纳米碳酸钙粉体是目前唯一达到万吨级规模且应用最为广泛的优异功能纳米材 料，其粒径尺度在I-IOOnm之间。纳米碳酸钙不仅具有增容填充、降低成本的作用，而且其 增韧补强效果可极大地改善和提高相关行业产品的性能和质量，已被广泛用作橡胶、塑料、 造纸、涂料、电线、电缆、油墨、电焊条、有机合成、冶金、玻璃、石棉工业、医药、食品、日化、饲 料等行业的填料和添加剂。目前，纳米碳酸钙的制备方法主要采用传统的碳化法。碳化法是国内发展得较为 成熟的一种方法，其主要原理是利用石灰石高温煅烧制得氧化钙、通过氧化钙与水的消化 反应获得氢氧化钙浆液、此浆液与二氧化碳发生碳化反应制备碳酸钙，其关键技术是如何 控制碳化反应过程，其主要缺点是成本高、产率低、生产和设备复杂等。根据碳化工艺不同， 碳化法主要分为间歇鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法和超重力碳化法三种。基于碳化法而开 发出的铵碳化法，其主要原理是通过二氧化碳与氯化钙、氨水之间的碳化反应制备纳米碳 酸钙，其关键技术也是碳化反应。
发明内容
本发明涉及一种采用可溶性碳酸盐制备纳米碳酸钙粉体的方法。其目的是为了避 免传统方法制备纳米级碳酸钙粉体存在的上述缺点，提供一种投资小、成本低、产品质量稳 定、工艺简单易控制和能实现规模化连续生产高纯纳米级碳酸钙粉体的制备方法。本发明所述的可溶性碳酸盐为下列化学制剂之一种碳酸钠、碳酸钾和碳酸铵。本发明纳米碳酸钙粉体的制备方法包括以下工艺步骤(1).制备氢氧化钙浆液。利用连续消化机，把石灰石高温烧结制得的氧化钙和水 充分混合获得氢氧化钙浆液1-5M/L ；(2).制备可溶性碳酸盐澄清水溶液。可溶性碳酸盐澄清水溶液中含有碳酸盐 1-5M/L、分散剂 0. 01-0. 05M/L ；(3).在常温、常压状态下，将上述制备的可溶性碳酸盐澄清水溶液高速喷入氢氧 化钙浆液中并同时以300-500转/分的转速搅拌，可溶性碳酸盐澄清水溶液与氢氧化钙浆 液充分混合后快速过滤得到纳米碳酸钙沉淀物和氢氧化物澄清溶液；(4).将上述纳米碳酸钙沉淀物进行干燥，得到粒度尺度为IOOnm以下的纳米碳酸 钙粉体；(5).按照纯物质的摩尔比1 1.2，将石灰石高温烧结获得的二氧化碳气体净化 后输送到上述氢氧化物澄清水溶液中并同时以50-100转/分的转速搅拌，获得可溶性碳酸 盐澄清溶液并循环使用。
本发明所述的可溶性碳酸盐为碳酸钠的化学反应原理为Ca (OH) 2+Na2C03 = CaCO3 I +2Na0H2Na0H+C02 = Na2C03+H20本发明所述的可溶性碳酸盐为碳酸钾的化学反应原理为Ca (OH) 2+K2C03 = CaCO3 I +2K0H2K0H+C02 = K2C03+H20本发明所述的可溶性碳酸盐为碳酸铵的化学反应原理为Ca (OH) 2+ (NH4) 2C03 = CaCO3 I +2NH40H2NH40H+C02 = (NH4) 2C03+H20本发明所述的可溶性碳酸盐澄清水溶液中所含的分散剂至少为下列化学制剂之 一种聚乙二醇、C8-10烯烃基苯酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯酯、溴化 十二烷基二甲基苄基铵、氯化二甲基双十八烷基铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸胺盐、烷基酚聚 氧乙烯醚磷酸酯、十二烷基硫酸及其盐、十二烷基磺酸及其盐、十二烷基苯磺酸及其盐。本发明是在常温、常压下，利用化学反应直接获得纳米碳酸钙粉体，其工艺过程简 单易控制、投资小、成本低、纯度高、产品质量稳定、无污染、易于工业化规模化生产。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明方法作进一步详细说明。实施例1按以下工艺步骤制备纳米碳酸钙粉体。(1).制备氢氧化钙浆液，该浆液中含有氢氧化钙1M/L ；(2).制备碳酸钠澄清水溶液，该溶液中含有碳酸钠2M/L、十二烷基硫酸钠(分散 剂)0. 02M/L ；碳酸钠澄清水溶液的配制方法是将计算量的碳酸钠、十二烷基硫酸钠分别用 去离子水溶解，然后将十二烷基硫酸钠水溶液加入到碳酸钠水溶液中混合并稀释至要求浓度。(3).在常温、常压状态下，将上述制备的碳酸钠澄清水溶液高速喷入氢氧化钙浆 液中并同时以500转/分的转速搅拌，碳酸钠澄清水溶液与氢氧化钙浆液充分混合后快速 过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物和氢氧化钠澄清水溶液；(4).将上述过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物进行干燥，得到粒度尺度为15-30nm的 纳米碳酸钙粉体；(5).按照纯物质的摩尔比1 1.2，将净化后的二氧化碳气体输送到氢氧化钠澄 清水溶液中并同时以50-100转/分的转速搅拌，获得碳酸钠澄清水溶液并循环使用。本发明方法中使用的分散剂有利于降低纳米颗粒表面能、控制纳米粉体的团聚和 长大，还可选用以下化学制剂作分散剂聚乙二醇、C8-10烯烃基苯酚聚氧乙烯醚、壬基酚 聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯酯、溴化十二烷基二甲基苄基铵、氯化二甲基双十八烷基铵、壬 基酚聚氧乙烯醚硫酸胺盐、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、十二烷基硫酸及其盐、十二烷基磺酸 及其盐、十二烷基苯磺酸及其盐。实施例2按以下工艺步骤制备纳米碳酸钙粉体。
(1).制备氢氧化钙浆液，该浆液中含有氢氧化钙5M/L ；(2).制备碳酸钠澄清水溶液，该溶液中含有碳酸钠5M/L、十二烷基磺酸(分散 剂)0. 04M/L ；碳酸钠澄清水溶液的配制方法是将计算量的碳酸钠、十二烷基磺酸分别用去 离子水溶解，然后将十二烷基磺酸水溶液加入到碳酸钠水溶液中混合并稀释至要求浓度。(3).在常温、常压状态下，将上述制备的碳酸钠澄清水溶液高速喷入氢氧化钙浆 液中并同时以300转/分的转速搅拌，碳酸钠澄清水溶液与氢氧化钙浆液充分混合后快速 过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物和氢氧化钠澄清水溶液；(4).将上述过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物进行干燥，得到粒度尺度为35-55nm的 纳米碳酸钙粉体；(5).按照纯物质的摩尔比1 1.2，将净化后的二氧化碳气体输送到氢氧化钠澄 清水溶液中并同时以50-100转/分的转速搅拌，获得碳酸钠澄清水溶液并循环使用。实施例3(1).制备氢氧化钙浆液，该浆液中含有氢氧化钙3M/L ；(2).制备碳酸钠澄清水溶液，该溶液中含有碳酸钠3M/L、十二烷基二甲基苄基 铵(分散剂)0. 03M/L ；碳酸钠澄清水溶液的配制方法是将计算量的碳酸钠、十二烷基二甲 基苄基铵分别用去离子水溶解，然后将十二烷基二甲基苄基铵水溶液加入到碳酸钠水溶液 中混合并稀释至要求浓度。(3).在常温、常压状态下，将上述制备的碳酸钠澄清水溶液高速喷入氢氧化钙浆 液中并同时以400转/分的转速搅拌，碳酸钠澄清水溶液与氢氧化钙浆液充分混合后快速 过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物和氢氧化钠澄清水溶液；(4).将上述过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物进行干燥，得到粒度尺度为25-40nm的 纳米碳酸钙粉体；(5).按照纯物质的摩尔比1 1.2，将净化后的二氧化碳气体输送到氢氧化钠澄 清溶液中并同时以50-100转/分的转速搅拌，获得碳酸钠澄清水溶液并循环使用。实施例4(1).制备氢氧化钙浆液，该浆液中含有氢氧化钙3M/L ；(2).制备碳酸钾澄清水溶液，该溶液中含有碳酸钾3M/L、十二烷基硫酸钠(分散 剂)0. 03M/L ；碳酸钾澄清水溶液的配制方法是将计算量的碳酸钙、十二烷基硫酸钠分别用 去离子水溶解，然后将十二烷基硫酸钠水溶液加入到碳酸钾水溶液中混合并稀释至要求浓度。(3).在常温、常压状态下，将上述制备的碳酸钾澄清水溶液高速喷入氢氧化钙浆 液中并同时以400转/分的转速搅拌，碳酸钾澄清水溶液与氢氧化钙浆液充分混合后快速 过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物和氢氧化钾澄清水溶液；(4).将上述过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物进行干燥，得到粒度尺度为20-35nm的 纳米碳酸钙粉体；(5).按照纯物质的摩尔比1 1.2，将净化后的二氧化碳气体输送到氢氧化钾澄 清溶液中并同时以50-100转/分的转速搅拌，获得碳酸钾澄清水溶液并循环使用。实施例5(1).制备氢氧化钙浆液，该浆液中含有氢氧化钙2M/L ；
(2).制备碳酸铵澄清水溶液，该溶液中含有碳酸铵2M/L、十二烷基二甲基苄基 铵(分散剂)0. 02M/L ；碳酸铵澄清水溶液的配制方法是将计算量的碳酸铵、十二烷基二甲 基苄基铵分别用去离子水溶解，然后将十二烷基二甲基苄基铵水溶液加入到碳酸铵水溶液 中混合并稀释至要求浓度。(3).在常温、常压状态下，将上述制备的碳酸铵澄清水溶液高速喷入氢氧化钙浆 液中并同时以400转/分的转速搅拌，碳酸铵澄清水溶液与氢氧化钙浆液充分混合后快速 过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物和氢氧化铵澄清水溶液；(4).将上述过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物进行干燥，得到粒度尺度为25-35nm的 纳米碳酸钙粉体；(5).按照纯物质的摩尔比1 1.2，将净化后的二氧化碳气体输送到氢氧化铵澄 清溶液中并同时以50-100转/分的转速搅拌，获得碳酸铵澄清水溶液并循环使用。
权利要求
1.一种使用可溶性碳酸盐制备纳米碳酸钙粉体的方法，其特征在于氢氧化钙与可溶性 碳酸盐在分散剂存在下进行化学反应直接获得纳米级碳酸钙沉淀物和氢氧化物澄清溶液、 氢氧化物澄清溶液与净化后的二氧化碳进行化学反应获得可溶性碳酸盐循环使用。所述的可溶性碳酸盐为下列化学制剂之一种指碳酸钠、碳酸钾和碳酸铵。所述的分散剂至少为下列化学制剂之一种聚乙二醇、C8-10烯烃基苯酚聚氧乙烯醚、 壬基酚聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯酯、溴化十二烷基二甲基苄基铵、氯化二甲基双十八烷基 铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸胺盐、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、十二烷基硫酸及其盐、十二烷 基磺酸及其盐、十二烷基苯磺酸及其盐。
2.权利要求1所述一种使用可溶性碳酸盐制备纳米碳酸钙粉体和可溶性碳酸盐的方 法，其特征在于氢氧化钙与含有可溶性碳酸盐在分散剂存在下进行化学反应直接获得纳米 级碳酸钙沉淀物。其具体工艺流程为在常温、常压状态下，将含有分散剂0.01-0. 05M/L的 可溶性碳酸盐澄清水溶液1-5M/L高速喷入氢氧化钙浆液1-5M/L中并同时以300-500转/ 分搅拌，可溶性碳酸盐澄清水溶液与氢氧化钙浆液充分混合后快速过滤得到纳米碳酸钙沉 淀物并进行干燥，得到粒度尺度为IOOnm以下的纳米碳酸钙粉体。
3.权利要求1和2所述一种使用可溶性碳酸盐制备纳米碳酸钙粉体和可溶性碳酸盐 的方法，其特征在于氢氧化钙与可溶性碳酸盐在分散剂存在下进行化学反应直接获得纳米 级碳酸钙沉淀物和氢氧化物澄清水溶液、氢氧化物澄清水溶液与净化后的二氧化碳进行化 学反应获得可溶性碳酸盐。其具体工艺流程为按照纯物质的摩尔比1 1.2，将石灰石高 温烧结获得的二氧化碳气体净化后输送到上述氢氧化物澄清水溶液中并同时以50-100转 /分的转速搅拌，获得可溶性碳酸盐澄清水溶液并循环使用。
4.根据权利要求1和2所述一种使用可溶性碳酸盐制备纳米碳酸钙粉体的方法，其特 征在于所述的可溶性碳酸盐澄清水溶液中所含的分散剂为十二烷基硫酸纳或十二烷基磺 酸或溴化十二烷基二甲基苄基铵。
全文摘要
本发明涉及一种获得纳米碳酸钙粉体的制备方法。它是将含有分散剂的可溶性碳酸盐澄清水溶液在常温、常压、高速搅拌下高速喷入氢氧化钙浆液中，快速过滤后得到纳米碳酸钙沉淀物；该沉淀物进行干燥后得到粒度尺度为100nm以下的纳米碳酸钙粉体。本发明工艺过程简单易控制、投资小、成本低、纯度高、产品质量稳定、无污染、易于工业化规模化生产。
文档编号C01F11/18GK102126736SQ20111002147
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者刘先黎, 张桂兰 申请人:刘先黎, 张桂兰