一种粒径可控类立方沉淀碳酸钙的制备方法

技术领域

本发明属于无机材料制备技术领域，具体是一种粒径可控类立方沉淀碳酸钙的制备方法。

背景技术

碳酸钙是一种重要的无机化工产品和功能型粉体材料，广泛应用于塑料、密封胶、造纸、涂料、油墨、化学建材、日用化工、医药等行业与领域。根据生产方法的不同碳酸钙分为重质碳酸钙和沉淀碳酸钙两大类。目前，合成沉淀碳酸钙的主要方法是碳酸化反应法和直接沉淀法。碳酸化反应法是以石灰浆（氢氧化钙悬浮液）和含二氧化碳的混合气体为反应初始原料制备沉淀碳酸钙的方法，主要包括间歇鼓泡碳酸化法、连续喷雾碳酸化法和超重力碳酸化法等；直接沉淀法是以可溶性钙盐和碳酸盐为反应初始原料制备沉淀碳酸钙的方法。碳酸化反应法制备沉淀碳酸钙为工业生产中最为常用的方法，而直接沉淀法则被广泛应用于实验室中，主要研究碳酸钙的结晶及形貌变化过程，例如：反应温度、反应浓度、反应速度以及添加剂等对碳酸钙的晶型和形貌的影响。直接沉淀法合成碳酸钙过程操作简单、反应体系易于控制、便于对碳酸钙的形成过程以及各种因素的影响进行系统的研究。

在无添加剂的情况下，氯化钙和碳酸钠反应体系中，无论是采用两种溶液的简单混合还是采用注射合成，室温条件下得到以方解石为主晶相，球霰石为次晶相（Chen Y X,Ji X B, Wang X B. Materials Letters,2010,64:2184-2187。Yu J G, Lei M, Cheng B.Materials Chemistry and Physics,2004,88:1-4）。在添加PAA的反应中，低温下（25℃）pH值对产物的影响较大，pH值为9时的产物为表面凹凸不平、有大量生长台阶的块状晶体，pH值增大，产物变圆，台阶逐渐消失；高温下（80℃）pH值对产物的影响较小（Yu J G, Lei M,Cheng B, et al. Journal of Soild State Chemistry,2004,177:681-689）。

专利CN 105645451 A 以化工生产中副产物氯化钙溶液与碳酸钠溶液为原料制取沉淀碳酸钙。专利CN 105585041 B 以碳酸钠和氯化钙为原料，用水和碳酸钠配置了一定浓度的碳酸钠溶液，无水乙醇与氯化钙配置成氯化钙溶液，再将氯化钙醇溶液缓慢加入到碳酸钠水溶液进行水/醇溶液界面反应，将生成沉淀离心洗涤后烘干，得到橘瓣状碳酸钙微粒。专利CN 101544390 B 采用两级碳化工艺，实现了工业化生产过程中纳米碳酸钙粒子粒径在20-80nm之间可控。CN 104261450 B专利通过碳酸氢铵固体挥发释放二氧化碳与氯化钙的乙醇水混合液进行缓慢反应，制备出一种单分散非晶体碳酸钙纳米颗粒，其粒径分布范围在10至300nm之间。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为此，本发明目的在于提供一种粒径可控类立方沉淀碳酸钙的制备方法。本发明方法以以碳酸钠、氯化钙为反应初始原料，以烷基磷酸酯为表面活性剂，通过控制反应过程中体系的pH实现对碳酸钙粒径的控制。本发明操作简单、反应条件温和，实验原料价格低廉，可实现对类立方沉淀碳酸钙粒径的精准控制，建立类立沉淀碳酸钙与其pH值之间的关系，为工业生产沉淀碳酸钙的粒径控制提供了方向。

为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种粒径可控类立方沉淀碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

S1:往氯化钙溶液中添加烷基磷酸酯表面活性剂，其添加量为合成碳酸钙质量的0.5～2.0%，搅拌均匀,获得氯化钙混合液；

S2:往碳酸钠溶液中加入可溶性碱，搅拌均匀，制得碳酸钠混合液；

S3:在室温下，将碳酸钠混合液以50～200ml/min的速度滴加到氯化钙溶液中，并以500～900r/min搅拌转速搅拌均匀，得反应物；

S4:再将反应物经过滤，洗涤，分离，烘干，即得类立方沉淀碳酸钙。

作为本发明方案的进一步优化：所述氯化钙溶液和碳酸钠溶液的浓度分别为0.5～1mol/L。

作为本发明方案的进一步优化：所述烷基磷酸酯表面活性剂包括十二烷基磷酸酯、十六烷基磷酸酯和十八烷基磷酸酯中的一种或者多种组合。

作为本发明方案的进一步优化：所述可溶性碱主要包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯和氨水的一种或多种。

作为本发明方案的进一步优化：所述可溶性碱的添加量与碳酸钠溶液的摩尔比为0.1-1:1。

作为本发明方案的进一步优化：所述烘干是在温度为100-150℃下烘干。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

本发明以碳酸钠、氯化钙为反应初始原料，以烷基磷酸酯为表面活性剂，通过控制反应过程中体系的pH实现对碳酸钙粒径的控制。本发明操作简单、反应条件温和，实验原料价格低廉，可实现对类立方沉淀碳酸钙粒径的精准控制，建立类立沉淀碳酸钙与其pH值之间的关系，为工业生产沉淀碳酸钙的粒径控制提供了方向。

附图说明

图1为实施例1类立方沉淀碳酸钙的SEM图。

图2为实施例2类立方沉淀碳酸钙的SEM图。

图3为实施例3类立方沉淀碳酸钙的SEM图。

图4为实施例4类立方沉淀碳酸钙的SEM图。

图5为实施例5类立方沉淀碳酸钙的SEM图。

图6为对比实施例1沉底碳酸钙的SEM图。

图7为对比实施例2沉淀碳酸钙的SEM图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种粒径可控类立方沉淀碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

S1:取1000ml浓度为0.5mol/L的氯化钙溶液，称取0.25g的十二烷基磷酸酯加入至氯化钙溶液，搅拌均匀,获得氯化钙混合液；

S2:取1000ml浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液，并往碳酸钠溶液中添加0.5mol 氨水，搅拌均匀，制得碳酸钠混合液；

S3:在室温下，将碳酸钠混合液以50ml/min的速度滴加到氯化钙溶液中，并以500r/min搅拌转速搅拌均匀，得反应物；

S4:再将反应物经过滤，洗涤，分离，在100℃下烘干，即得类立方沉淀碳酸钙。

本实施例得到的沉淀碳酸钙经过检测，比表面积为1.51m2/g。经过扫描电镜检测，检测结果如图1所示，从图中可以看出本例制得的碳酸钙为类立方状，平均粒径为2.0um。

实施例2

一种粒径可控类立方沉淀碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

S1:取1000ml浓度为1.0mol/L的氯化钙溶液，称取2.0g的十六烷基磷酸酯加入至氯化钙溶液，搅拌均匀,获得氯化钙混合液；

S2:取1000ml浓度为1.0mol/L的碳酸钠溶液，并往碳酸钠溶液中添加0.1mol 氢氧化钾，搅拌均匀，制得碳酸钠混合液；

S3:在室温下，将碳酸钠混合液以200ml/min的速度滴加到氯化钙溶液中，并以900r/min搅拌转速搅拌均匀，得反应物；

S4:再将反应物经过滤，洗涤，分离，在120℃下烘干，即得类立方沉淀碳酸钙。

本实施例得到的沉淀碳酸钙经过检测，比表面积为10.11m

实施例3

一种粒径可控类立方沉淀碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

S1:取1000ml浓度为0.5mol/L的氯化钙溶液，称取0.2g的0.2g的十六烷基磷酸酯和0.5g十八烷基磷酸酯加入至氯化钙溶液，搅拌均匀,获得氯化钙混合液；

S2:取1000ml浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液，并往碳酸钠溶液中添加0.15mol 氢氧化铯，搅拌均匀，制得碳酸钠混合液；

S3:在室温下，将碳酸钠混合液以80ml/min的速度滴加到氯化钙溶液中，并以800r/min搅拌转速搅拌均匀，得反应物；

S4:再将反应物经过滤，洗涤，分离，在150℃下烘干，即得类立方沉淀碳酸钙。

本实施例得到的沉淀碳酸钙经过检测，比表面积为20.61m

实施例4

一种粒径可控类立方沉淀碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

S1:取1000ml浓度为0.5mol/L的氯化钙溶液，称取0.2g的十二烷基磷酸酯、0.2g十六烷基磷酸酯和0.1g十八烷基磷酸酯加入至氯化钙溶液，搅拌均匀,获得氯化钙混合液；

S2:取1000ml浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液，并往碳酸钠溶液中添加0.21mol氢氧化钠，搅拌均匀，制得碳酸钠混合液；

S3:在室温下，将碳酸钠混合液以100ml/min的速度滴加到氯化钙溶液中，并以700r/min搅拌转速搅拌均匀，得反应物；

S4:再将反应物经过滤，洗涤，分离，在110℃下烘干，即得类立方沉淀碳酸钙。

本实施例得到的沉淀碳酸钙经过检测，比表面积为28.26m

实施例5

一种粒径可控类立方沉淀碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

S1:取1000ml浓度为0.5mol/L的氯化钙溶液，称取0.4g的十八烷基磷酸酯加入至氯化钙溶液，搅拌均匀,获得氯化钙混合液；

S2:取1000ml浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液，并往碳酸钠溶液中添加0.25mol 氢氧化纳和0.1mol氨水，搅拌均匀，制得碳酸钠混合液；

S3:在室温下，将碳酸钠混合液以80ml/min的速度滴加到氯化钙溶液中，并以800r/min搅拌转速搅拌均匀，得反应物；

S4:再将反应物经过滤，洗涤，分离，在120℃下烘干，即得类立方沉淀碳酸钙。

本实施例得到的沉淀碳酸钙经过检测，比表面积为20.04m

对比例1

S1:取1000ml浓度为0.5mol/L的氯化钙溶液，称取0.4g的十八烷基磷酸酯加入至氯化钙溶液，搅拌均匀,获得氯化钙混合液；

S2:取1000ml浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液；

S3:在室温下，将碳酸钠溶液以80ml/min的速度滴加到氯化钙溶液中，并以800r/min搅拌转速搅拌均匀，得反应物；

S4:再将反应物经过滤，洗涤，分离，在120℃下烘干，即得类立方沉淀碳酸钙。

本实施例得到的沉淀碳酸钙经过检测，比表面积为2.08m

对比例2

S1:取1000ml浓度为0.5mol/L的氯化钙溶液；

S2:取1000ml浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液，并往碳酸钠溶液中添加0.25mol 氢氧化纳和0.1mol氨水，搅拌均匀，制得碳酸钠混合液；

S3:在室温下，将碳酸钠混合液以80ml/min的速度滴加到氯化钙溶液中，并以800r/min搅拌转速搅拌均匀，得反应物；

S4:再将反应物经过滤，洗涤，分离，在120℃下烘干，即得类立方沉淀碳酸钙。

本实施例得到的沉淀碳酸钙经过检测，比表面积为4.15m

以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。