一种纳米碳酸钙的制备方法与流程

本发明涉及一种使用长桨短叶片表面自吸式搅拌桨，通过在搅拌釜内进行碳化反应制备纳米碳酸钙的方法。

背景技术：

空气中二氧化碳气体含量的增加导致全球气温升高，环境持续恶化。然而，研究表明人类对煤油等燃料的依赖将会导致大气中二氧化碳气体含量的持续增加。减少空气中二氧化碳气体含量已经成为全球关注的热点话题。减少空气中二氧化碳气体的含量的方法主要包括化学吸收法，物理吸收法，膜过滤法和吸附法等。通过气液碳化法制备纳米碳酸钙的方法则是通过化学吸收法来利用空气中二氧化碳气体的一种方法。

纳米碳酸钙是是20世纪80年代发展起来的，粒径小于100nm的一种新型超细固体粉末颗粒。由于纳米碳酸钙较其他纳米粒子有很多独特的性质如导热性、润滑性、抗氧化性、溶解及分解温度较高以及热稳定性高，所以纳米碳酸钙在橡胶，塑料，造纸，涂料，油墨等领域应用都非常广泛。

中国发明专利cn1442363a公开了一种超重力反应器制备微细晶须状碳酸钙的方法。该方法是在晶型控制剂的存在下，以氢氧化钙和二氧化碳为原料，利用超重力反应器高速旋转产生的比地球重力大得多的重力环境，在分子尺度上有效控制碳化反应和结晶过程，制得粒径小、分布均匀的晶须状碳酸钙。但是该反应装置设计复杂，设备投资大，耗能高，难清理，对后续的连续生产不利，用于工业生产将提高生产成本。

中国发明专利cn101967310a公开了一种在膜反应器中制备具有低粘度和中等触变性能纳米碳酸钙的方法。该方法将石灰石进行煅烧、消化后得到的氢氧化钙浆液放入膜分散碳化反应器内，在晶型控制剂存在的条件下，通入二氧化碳气体进行反应制备具有低粘度和中等触变性能纳米碳酸钙。该方法制备出的纳米碳酸钙粒径小且粒径分布均匀。但是使用该反应器制备纳米碳酸钙存在着成本高，设备容易堵塞，工业化生产困难的问题。

中国发明专利cn104556184a公开了一种工业沉淀型纳米碳酸钙的生产方法。该方法将制备的氢氧化钙悬浮液加入到高压反应釜中，然后通入二氧化碳气体，控制二氧化碳流量为一定值，通过高压自吸的方式制备出粒径分布较窄且质量稳定，纯度较高的纳米碳酸钙颗粒。但是由于该方法自吸速度较慢，反应所需时间较长，生产效率较低，因此不适宜应用于工业生产。

本发明的目的是利用中国专利(cn103768980a)中的长桨短叶片表面自吸式搅拌桨进行搅拌以增加传质速率，在分散剂的作用下，使氢氧化钙浆液和二氧化碳气体反应，获得粒径小，粒径分布较窄且分散较好的纳米碳酸钙。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提供一种纳米碳酸钙的制备方法。主要用于解决现有的纳米碳酸钙制备过程中存在的反应速度慢、能耗大、粒径大、粒径分布不均匀、粒子聚沉严重等问题。与现有技术相比，采用长桨短叶片表面自吸式搅拌桨进行搅拌增加了传质速率，制备出的纳米碳酸钙粒径小，粒径分布较窄且分散较好，除此之外，反应时间较短。

技术方案：本发明的一种纳米碳酸钙的制备方法利用长桨短叶片表面自吸式搅拌桨制备纳米碳酸钙，在分散剂的存在下，将氢氧化钙浆液和二氧化碳气体反应，其具体步骤为：

1)将配置好的氢氧化钙浆液加入搅拌反应釜内，搅拌釜内装有长桨短叶片表面自吸式搅拌桨，通过夹套内的恒温循环介质，将反应浆液加热或冷却至设定的温度，再将分散剂加入搅拌反应釜，开启搅拌电机，使反应浆液内的分散剂分散均匀后，关闭搅拌电机；

2)打开惰性气体通气阀，向搅拌反应釜内通入惰性气体至压力为p1后，关闭惰性气体通气阀，同时打开co2进气阀，调节恒压调节阀，使釜内气体总压p保持在恒定值；

3)打开搅拌电机，并将长桨短叶片表面自吸式搅拌桨的转速调节至搅拌桨的转速n，此时釜内液面上方的惰性气体和co2混合气体自动吸入液面下，形成大量的小气泡分布于反应浆料中，采用搅拌反应釜内安装的ph测量探头测量反应液的ph值，当ph值小于8时，关闭搅拌电机和co2进气阀，停止反应；

4)将反应完成后的浆液通过排料阀排出，反应液经过离心、洗涤、干燥后得到纳米碳酸钙粉末产品。

其中：

所使用的长桨短叶片表面自吸式搅拌桨包括固定盘、长桨、连接盘和短叶片，固定盘、长桨、连接盘和短叶片，其中，固定盘的下面连接长桨的上部，长桨的下部连接连接盘，连接盘的下面连接短叶片。

所述步骤1)中的设定的温度控制为0℃至60℃。

所述的设定的温度优选为15℃至45℃。

所述步骤1)中所述的氢氧化钙浆液质量浓度为0.01wt％至20wt％。

所述的氢氧化钙浆液质量浓度优选为2wt％至10wt％。

所述步骤1)中添加的分散剂为蔗糖、硫酸、硝酸、磷酸或它们的混合物，其加入量为反应物总质量的0.01wt％至5wt％。优选为1wt％至2wt％。

所述步骤2)中的惰性气体是与co2以及ca(oh)2浆料均不反应的气体。优选为空气或者氮气。

所述的通入惰性气体至压力为p1和釜内气体总压p，表示的co2的气相体积分率(1-p1/p)范围为不小于0.1％。优选范围为5％-40％。

所述步骤3)中所述搅拌桨的转速n应满足的条件为：n×d大于10，其中d为长桨(11)外延扫过1圈对应的圆的直径。优选为n×d大于20。

有益效果：本发明中由于使用了长桨短叶片表面自吸式搅拌桨，通过该搅拌桨的搅拌作用增强传质过程，使碳化反应时间缩短，生产效率提高，生产出来的颗粒粒径更小，分布更均匀，分散更好

附图说明

图1为本发明制备纳米碳酸钙的碳化装置示意图；

图2为本发明所述的长桨短叶片表面自吸式搅拌桨的结构示意图；

图3为实施例1制备的纳米碳酸钙的粒径分布图；

图4为实施例2制备的纳米碳酸钙的粒径分布图。

图中有：搅拌反应釜1、自吸式搅拌桨2、夹套3、搅拌电机4、惰性气体通气阀5、co2进气阀6、恒压调节阀7、ph测量探头8、排料阀9、固定盘10、长桨11、连接盘12、短叶片13。

具体实施方式

本发明是一种利用长桨短叶片表面自吸式搅拌桨制备纳米碳酸钙的方法，将配置好的氢氧化钙浆液加入搅拌反应釜1内，搅拌釜内装有长桨短叶片表面自吸式搅拌桨2，通过夹套3内的恒温循环介质，将反应浆液进行加热或冷却，再将分散剂加入搅拌反应釜内，开启搅拌电机4，使反应浆液分散剂分散均匀后，关闭搅拌电机4。打开惰性气体通气阀5，向搅拌反应釜1内通入惰性气体至p1后，关闭惰性气体通气阀5，同时打开co2进气阀6，调节恒压调节阀7，使釜内气体总压保持在一定压力p。打开搅拌电机4，并将长桨短叶片表面自吸式搅拌桨2的转速调节至一定转速，此时釜内液面上方的惰性气体和co2混合气体自动吸入液面下，形成大量的小气泡分布于反应浆料中。采用搅拌反应釜1内安装的ph测量探头8测量反应液的ph值，当ph值小于8时，关闭搅拌电机4和co2进气阀6，停止反应。将反应完成后的浆液通过排料阀9排出，反应液经过离心、洗涤、干燥后得到纳米碳酸钙粉末产品。根据本发明的方法所制备的纳米碳酸钙相对于现有技术中得到的纳米碳酸钙，粒径更小、粒径分布更均匀，粒子分散更好，此外，碳化时间大大缩短。

实施例1：

将配置好的浓度为6wt％的氢氧化钙浆液8l加入一个高300mm，直径200mm的搅拌反应釜1内，搅拌釜内装有长桨短叶片表面自吸式搅拌桨2。该搅拌桨的长桨水平截面为4×2mm的长方形，高度为200mm；短叶片的长和高分别为20mm和15mm，厚度为1mm。通过夹套3内的恒温循环介质，将反应浆液加热至40℃，再将0.2wt％的分散剂加入搅拌反应釜，开启搅拌电机4，使反应浆液分散剂分散均匀后，关闭搅拌电机4。打开惰性气体通气阀5，向搅拌反应釜1内通入惰性气体至0.2mpa后，关闭惰性气体通气阀5，同时打开co2进气阀6，调节恒压调节阀7，使釜内气体总压保持在0.5mpa。打开搅拌电机4，并将长桨短叶片表面自吸式搅拌桨2的转速调节至240rpm，此时釜内液面上方的惰性气体和co2混合气体自动吸入液面下，形成大量的小气泡分布于反应浆料中。采用搅拌反应釜1内安装的ph测量探头8测量反应液的ph值，当ph值小于8时，关闭搅拌电机4和co2进气阀6，停止反应。将反应完成后的浆液通过排料阀9排出，反应液经过离心、冷冻干燥得到纳米碳酸钙粉末产品。对产品进行透射电镜测试并统计颗粒粒径，粒径分布的统计结果见图3。

实施例2：

将配置好的浓度为7wt％的氢氧化钙浆液30l加入一个高1200mm，直径800mm的搅拌反应釜1内，搅拌釜内装有长桨短叶片表面自吸式搅拌桨2。该搅拌桨的长桨水平截面为16×8mm的长方形，高度为850mm；短叶片的长和高分别为80mm和60mm，厚度为3mm。通过夹套3内的恒温循环介质，将反应浆液冷却至10℃，再将1wt％的分散剂加入搅拌反应釜，开启搅拌电机4，使反应浆液分散剂分散均匀后，关闭搅拌电机4。打开惰性气体通气阀5，向搅拌反应釜1内通入惰性气体至0.2mpa后，关闭惰性气体通气阀5，同时打开co2进气阀6，调节恒压调节阀7，使釜内气体总压保持在0.3mpa。打开搅拌电机4，并将长桨短叶片表面自吸式搅拌桨2的转速调节至100rpm，此时釜内液面上方的惰性气体和co2混合气体自动吸入液面下，形成大量的小气泡分布于反应浆料中。采用搅拌反应釜1内安装的ph测量探头8测量反应液的ph值，当ph值小于8时，关闭搅拌电机4和co2进气阀6，停止反应。将反应完成后的浆液通过排料阀9排出，反应液经过离心、干燥得到的纳米碳酸钙粉末产品。对产品进行透射电镜测试并统计颗粒粒径，粒径分布的统计结果见图4。