超重力反应结晶法制备纳米碳酸钙颗粒研究.pdfVIP

『j 维普资讯 第4卷第4期 粉 体 技 术 Vo1．4No．4 1~q98年 12月 PowderScienceandTechnology Decemher1998 作者介绍 ：王玉虹，男-羌族-1965年 2Jll出生于四川省绵阳市。1998年 7Jll在北 京化工太学荻博士学位。自1989年以来一直从事有关超重力技术方面的基础 庭应用研党 ．发表论文 10余篇 ．国末发 明专利 2项 。 超重力反应结晶法制备纳米碳酸钙颗粒研究 Q ：； ． 墨 ．堕垒些 北京化工大学超重力工程技术研究中心，北京100029 弋 ，f 摘 要 以Ca 0H ：悬浊液和。 气体在超重力反应器 建转填充庳反应器 中进行碳 化反应制备纳米立方形碳酸钙为研究斗章，实验研究了超重力加速度 ，液体循环量L，气体 流量G，Ca 0H ：初姑 扛度等操作条件对产轴粒度及其分布、碳化反应时 闻的影响。蛄果表 明t利用超重力反应姑晶法-ff以制奋 出平均杜度为 15~40nm、分布驻窄的CaCO~．碳化反应 时间较传纯方法聿当蜢约 4～lo倍 。 关键词 皇堕法 查塑 曼矍曼 碳酸钙作为一种重要的无机化工产品．广泛用于油墨、涂料、橡胶、塑料、造纸、纺织品、密 封剂、胶粘剂、日用品、化妆品、医药、食品、饲料等行业。以往，微米级的碳酸钙主要用作填充 剂，仅起增量及降低成本的作用。近年来，由于微细化及表面处理技术的发展，纳米级碳酸钙添 加到橡胶、塑料中具有明显的补强作用，而且该产品的应用领域仍在不断扩大，井向专业化和 精细化发展，因此开发超细碳酸钙制备的新工艺有重要的理论意义和应用价值。 国内外普遍采用间歇操作碳化法制备轻质碳酸钙 。碳化过程属于多相反应过程．主要包括 3个步骤，即相间传质、碳化反应和结晶。由于化学反应本身速率很快，因此CO 气体的吸收与 固体Ca OH 。的溶解过程就成为过程的控制步骤 ，而且CO 的吸收还是整个过程的主要控制 步骤 。现有的制备方法中，强化CO 吸收传质过程始终是一个未能很好解决的难题，其制 备轻质碳酸钙存在如下不足 产品粒度不够超细化、粒度分布宽且难于控制、不用批次产品质 量重复性差、碳化反应时间较长以及工业放大困难 。要解决这些难题，必须从根本上强化反应 器内的传递过程和微观混合过程 “ ，井将碳酸钙成核过程与生长过程分别在两个反应器中进 行，即将反应成核区置于高度强化的微观混合区，宏观流动型式为平推流，无返混 超重力反应 器 ；晶体生长区置于宏观全混流区 带搅拌的釜式反应器 。与传统的碳化法所采用的工艺相 比，这种组合工艺确保了结晶过程满足：较高的产物过饱和度、产物浓度空间分布均匀、所有晶 核有相同的生长时间等要求。1989年以来，北京化工大学超重力工程技术研究中心一直从事 ·国家 自然科学基金及国家高技术 863计划资助疆 目 维普资讯 6 粉 体 技 术 第4卷 能够极大地强化传递与复相反应过程的新技术——超重力场技术的研究，并 已将该技术用于 传统的以传递为控制步骤的过程，可 以对过程进行数量级上的强化。这为纳米碳酸钙的制备提 供了技术保证。 本文以Ca 0H ：悬浊液和CO。气体在超重力反应器 旋转填充床反应器 中进行碳化反 应制备纳米立方形碳酸钙为研究对象，实验研究了操作条件 超重力加速度毋，液体循环量L， 气体流量G，Ca 0H ：初始浓度等 对碳化反应时间、粒度及其分布的影响 ·以期为把超重力技 术应用于纳米材料的制备，拓宽超重力技术的应用领域作些探索性工作。 1 实 验 1．1 实验装置 图1为超重力反应器结构示意图。该反应器主要由外壳、转子、填料、液体分布器、气液相 进出13等组成。液相经液体分布器喷向填料层内缘，在离心力作用下由填料层内缘流向外缘。 气相靠压力梯度由填料层外缘流向内缘。在填料层内气液两相逆流接触、反应。 1．2 实验流程 图2为Ca OH ：悬浊液碳化反应过程的实验流程简图。来 自钢瓶的COz气体经气体转子 流量计 6计量进入超重力反应器 5．循环釜 1中的悬浊液经循环泵2、液体转子流量计 4、液体 分布器喷向填料层内缘，在离心力作用下在填料层内与CO：气体逆流接触并进行反应，产物 流向循环釜 1。整个碳化反应期间，CO 气体连续通入，Ca OH z悬浊液是一次性加入，悬浊液 相 以下简称液相 循环操作。 l一外壳 2一转于 3一填料 1一循环釜 釜式反应器 2一泵 4一液体分布器 5一液体进 口 3一球闫 4一液体流量计 6一气体出口 7一气体进 口 5一超童力反应器 6一气体流量计 B一转轴 g一液体出口 7一球阀 圈1 超重力反应矗结构示意圈 圈2 磷化反应宴驻流程简圈 1．3 实验方法 ’ 纳米立方形碳酸钙的合成实验主要包括Ca