【精品课件】纳米碳酸钙的制备

常见纳米碳酸钙的制备工艺及特点简介
纳米技术是当前粉体技术的热点，纳米技术和材料的研究、生产及其应用在我国已经初见成效，纳米碳酸钙是其中最具代表性的产品之一。

我国目前纳米碳酸钙的生产工艺种类较多，本文选取了几种常见的工艺技术介绍给各位读者，期望能起到一些科普和技术推广的作用。

1、夹套反应釜法
 该工艺方法是将25℃以下的氢氧化钙乳液泵入碳化反应罐中，通入二氧化碳，在搅拌状态下，进行碳化反应，通过控制反应温度、浓度、搅拌速度、添加剂等工艺条件制备纳米碳酸钙。

该法因搅拌气-液接触面积大，反应较均匀，产品粒径分布较窄等，已成为近几年纳米碳酸钙生产的主要方法。

 夹套反应釜法因受温度变化的影响，粒径变化频率较大，且碳酸钙生产过程中的碳化过程是一种放热反应，要保证产品细度，就要严格要求控制温度。

由于制冷设备的投入、维护费用和电能消耗相对较高。

2、乳液法
 乳液法大致可分为两种: 一种是微乳液法,另一种为乳状液膜法。

微乳液法主要利用微乳液中液滴大小可控的特性, 将可溶性碳酸盐与钙盐分别溶于组成完全相同的微乳液中, 再混合反应,由于反应被控制在较小的区域内进行,因而可得到纳米级碳酸钙晶粒, 再将其与溶剂分离,即得产品。

而乳状液膜法则是利用孔径为几个微米活几十微米的膜材料作为分散介质,分散相压入到连续相中时,被微小孔膜剪切成微小粒径的液滴, 进入连续相,从而实现微米尺度的相互混合。

世上无难事，只要肯攀登
碳化法制备纳米碳酸钙的工业合成方法
纳米碳酸钙的制备方法按制备过程中是否发生化学反应分为化学方法和物理方法，其中化学方法包括碳化法、乳液法、夹套反应釜法、复分解法。

碳化法是生产纳米级轻质碳酸钙的主要方法。

首先，将精选的石灰石煅烧，得到氧化钙和窖气。

然后，使氧化钙消化，并将生成的氢氧化钙悬浊液在高剪切力作用下粉碎、多级悬液分离除去颗粒及杂质，得到一定浓度的精制氢氧化钙悬浊液。

然后通入二氧化碳气体，加入适当的晶形控制剂，碳化至终点，得到要求晶形的碳酸钙浆液。

再进行脱水、干燥、表面处理，得到纳米碳酸钙产品。

碳化是整个生产工艺的核心，根据碳化反应过程二氧化碳气体与氢氧化钙悬浮液接触方式的不同，纳米碳酸钙的工业合成方法可分为间歇鼓泡法、喷雾碳化法、喷射吸收法和超重力碳化法。

间歇鼓泡法
间歇鼓泡碳化法是目前国内外大多采用的方法。

间歇鼓泡碳化法，也称釜式碳化法，是将石灰乳通过冷冻机降温到25℃以下，泵入碳化塔，通入CO2 混合气，在搅拌下进行碳化反应。

通过控制反应温度、浓度、搅拌速度、添加剂等工艺条件间歇制备纳米碳酸钙。

该法可以生产普通微细碳酸钙，但对于生产纳米级碳酸钙就需要严格控制一些工艺条件，如碳化反应温度、石灰乳浓度等，而且也相应地需对鼓泡塔做一些改进，比如加搅拌器、挡板或通过气体分布器控制等，但也存在着粒度分布不均匀，而且不易控制、粒度不够细化、批次间产品质量重现差、工业放大困难等缺点。

陈先勇等人采用间歇鼓泡碳化法，通过对碳化反应温度、灰乳密度、添加剂等因素的严格控制，成功制得粒度分布均匀、平均粒径为40nm 左右的单分散球形纳米碳酸钙产品。

多级喷雾碳化法。

纳米碳酸钙制备工艺分析纳米碳酸钙（nano-CaCO3）是一种具有广泛应用前景的新型纳米材料，可用于陶瓷制品、橡胶制品、塑料制品和涂料等多个行业。

其制备工艺主要包括溶液法、加热碳化法和高压碳酸盐法。

本文将对这些制备工艺进行详细的分析。

首先是溶液法。

该方法通过将硝酸钙和碳酸钠等钙源溶解在水中，然后通过化学反应沉淀出纳米碳酸钙。

这种方法的优点是简单易行，可控性好，能够得到均一分散度较好的纳米碳酸钙颗粒。

然而，溶液法存在一些问题，如反应溶液的酸碱度、温度和搅拌速度等因素对纳米碳酸钙的形貌和颗粒大小具有较大影响，需要进行严密的实验条件控制。

其次是加热碳化法。

该方法通过将一定质量比的钙源与一定比例的碳源混合，在高温下加热反应，使其发生碳化反应生成纳米碳酸钙。

这种方法具有高效、高产出等优点，制备出的纳米碳酸钙具有较好的纯度和形貌。

然而，加热碳化法也存在一些问题，如反应条件的控制较为困难，高温容易引起固相和气相反应的竞争，而且产生的纳米碳酸钙颗粒分散性较差。

最后是高压碳酸盐法。

该方法通过将高压二氧化碳气体与钙氢氧化物反应，生成纳米碳酸钙。

这种方法具有操作简便、反应效果好等优点，制备出的纳米碳酸钙颗粒形状规整、分散性好。

然而，高压碳酸盐法也存在一些问题，如需要较高的压力和温度，设备要求较高。

总的来说，纳米碳酸钙制备工艺各有优缺点，选择合适的制备工艺需要考虑到具体应用的要求以及成本和技术条件的综合因素。

未来的研究方向可以是改进现有制备工艺，提高纳米碳酸钙的颗粒分散性和控制其形貌的技术，以满足不同应用领域对纳米碳酸钙的需求。

纳米碳酸钙制备(中国选矿技术网)一、前言碳酸钙作为一种重要的无机化工原料，被广泛地应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料、油漆等行业。

根据加工方法及产品性能的不同，碳酸钙有重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙和活性碳酸钙之分。

近几年，随着湿法研磨技术的深入，超细重钙在某些行业中的应用已达到或超过了轻钙。

国内中小型轻钙厂因而大多面临停转产的局面。

但理论和实践上业已证明，湿法研磨要得到0.1μm以下的粒子很困难，而且研磨碳酸钙的晶形是无定形的，不能根据不同行业的需求制备不同晶形的产品，在性能上亦不能取代纳米碳酸钙。

因此，研制和开发适于轻钙厂转产的新工艺，以及适用于不同行业要求的新产品，促进我国橡胶、塑料、油墨等工业产品提高质量、档次，并走向国际市场，已成为碳酸钙工业面临的一项重要课题。

纳米碳酸钙是重要的无机化工原料。

国内广东、上海等地有生产厂家，但制备技术还较落后，产品品种少、质量低、产量小，国内需求主要靠从日本、英国等国家进口。

因此，结合不同行业的需要开发不同的系列化产品，并结合国情开发生产控制简单的新工艺，是一项重要课题。

东北大学已在此方面取得了可喜的进展。

二、试验方法和装置纳米碳酸钙的制备方法，采用工业上应用较多、操作控制简单的间歇式搅拌碳化法。

取－3mm石灰粉料，加水消化成Ca(OH)2，经净化配制成一定浓度的乳液，在反应器中与CO2反应，反应结束后，产品经脱水、干燥、解聚得最终产品。

试验过程的工艺流程如图1所示。

在上述工艺流程中，“纳米CaCO3的合成”是本试验系统的核心。

本试验系统有两个突出的特点：一是CO2钢瓶气与空气可以按一定比例混合后（或者是纯CO2气体，本研究采用纯CO2气体）经特殊的气体喷嘴导入反应器，并经高剪切装置，把气泡击碎成极小气泡。

使CO2气体与悬浮液的接触面积大大增加，不仅提高了CO2的利用率，而且溶液的过饱和度提高，容易形成更小的晶体，并且使反应体系中CO2气体分布均匀化，容易获得均匀的纳米碳酸钙产品。

主要应用范围：PVC型材，管材；电线、电缆外皮胶粒；PVC薄膜（压延膜）的生产，造鞋业制造（如PVC鞋底及装饰用贴片）等。

适合用于工程塑料改性、PP、PE、PA、PC等。

应用特性：由于活性纳米碳酸钙表面亲油疏水，与树脂相容性好，能有效提高或调节制品的刚、韧性、光洁度以及弯曲强度；改善加工性能，改善制品的流变性能、尺寸稳定性能、耐热稳定性具有填充及增强、增韧的作用，能取代部分价格昂贵的填充料及助济，减少树脂的用量，从而降低产品生产成本，提高市场竞争力。

2、橡胶应用范围：天然胶，丁腈，丁苯，混炼胶等，适用于轮胎、胶管、胶带以及油封、汽车配件等橡胶制品中。

应用特性：经过表面改性处理后的纳米碳酸钙与橡胶有很好的相容性，具有补强、填充、调色、改善加工艺和制品的性能，可使橡胶易混炼、易分散，混炼后胶质柔软，橡胶表面光滑；可使制品的延伸性、抗张强度、撕裂强度等有本质的提高；可以降低含胶率或部分取代钛白粉、白碳黑等价格昂贵的白色填料，提高产品的市场竞争力。

3、密封胶粘材料应用范围：硅酮、聚流、聚氨酯、环氧等密封结构胶。

应用特性：应用于密封胶粘材料中，与胶料有很好的亲和性，可以加速胶的交联反应，大大改善体系的触变性，增强尺寸稳定性，提高胶的机械性能，且添加量大，达到填充急补强双重作用。

同时，它能使胶料表面光亮细腻。

4、涂料应用范围：水性涂料和油性涂料。

应用特性：大大改善体系的触变性，可显著提高涂料的附着力，耐洗刷性，耐沾污性，提高强度和表面光洁度，并具有很好的防沉降作作用。

部分取代钛白粉，降低成本。

5、油墨应用范围：适用于平版胶印油墨、凹版印刷油墨等。

应用特性：使用纳米碳酸钙所配置的油墨，身骨及粘性较好，故具有良好的印刷性能；稳定性好；干性快且没有相反作用；由于颗粒小，故印品光滑，网点完整，可以提高油墨的光洁度，适用于高速印刷。

6、造纸应用范围：卷烟纸、记录纸、簿页印刷纸、高白度铜版纸以及高档卫生巾、纸尿布等。

应用特性：造纸中加入纳米碳酸钙可以提高纸张的松密度、表观细腻性、吸水性；提高特种纸的强度、高速印刷性；调节卷烟纸的燃烧速度。

纳米碳酸钙的制备及粒径、形貌控制
纳米碳酸钙的制备方法有很多，常见的有化学共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法等。

其中，化学共沉淀法是一种简单易操作、成本较低的方法，也是应用最广泛的制备方法之一。

化学共沉淀法的制备步骤如下：
1. 将钙盐和碳酸盐的溶液混合，将pH值调节到8左右。

2. 加入一定量的表面活性剂，如CTAB、SDS等，使反应产物均匀分散。

3. 在搅拌的条件下，缓慢滴加含有碱性离子的溶液，如氢氧化钠溶液，使溶液pH值升高，从而促进反应。

4. 继续搅拌反应一定时间，然后离心、洗涤、干燥，得到纳米碳酸钙粉末。

通过控制反应条件，可以实现纳米碳酸钙的粒径、形貌控制。

主要的影响因素包括反应温度、pH值、反应时间、离子浓度、添加剂种类等。

例如，提高反应温度和pH值可以促进反应速度，但同时也容易导致晶体生长，从而增大颗粒大小；添加适量的表面活性剂可以提高反应产物的稳定性和均匀性，有利于得到较为均一的纳米颗粒。

除了化学共沉淀法，还可以采用其他方法来实现纳米碳酸钙的制备和粒径、形貌控制。

例如，溶胶凝胶法可通过不同的预处理和处理条件实现纳米颗粒的控制，水热法可以获得形貌较为复杂的纳米颗粒等。

纳米碳酸钙的制备方法及碳酸钙水分仪使用方法摘要：纳米碳酸钙作为一种优良的填料，具有色白质纯、易于着色、化学性质稳定、成本低廉、粒径和粒子形状可以控制等优势，已经成功地应用在橡胶、塑料、涂料、油墨、造纸等领域。

鉴于纳米碳酸钙优越的性能。

更多的潜在价值也正成为开发热点。

一、纳米碳酸钙制备方法⑴化学方法分为碳化法、苏尔维法、联钙法、苛碱法和氯化钙-苏打法五种方法，其中应用最多的是碳化法，其次是氯化钙-苏打法，其它三种方法应用很少，在此主要介绍碳化法的生产原理。

①碳化法制得的碳酸钙称为轻质碳酸钙或沉淀碳酸钙，其基本方法如下：石灰烧制：CaCO3——CaO+CO2+Q1消化反应，也称化灰反应：CaO+H2O—Ca(OH)2+Q2碳化反应：Ca(OH)2+CO2——CaCO3↓+Q3②苏尔维法（Solvay），即在生产纯碱的过程中联产碳酸钙。

其化学反应过程如下：③联钙法。

以废石灰渣和氯碱工业的廉价盐酸为原料生产碳酸钙。

用盐酸处理消石灰得到氯化钙溶液，氯化钙溶液在吸入氨气后用二氧化碳进行碳化便得到碳酸钙沉淀。

其化学反应过程如下：④苛化碱法。

在烧碱(NaOH)的生产过程中，可得到副产品轻质碳酸钙。

即在纯碱水溶液中加入消石灰，即可生成碳酸钙沉淀，并同时得到烧碱水溶液，最后碳酸钙沉淀经脱水、干燥和粉碎便制得轻质碳酸钙。

其化学反应过程如下：⑤氯化钙—苏打法。

在纯碱水溶液中加入氯化钙进行复分解反应，并进行快速冷却而生成无定形的碳酸钙沉淀，然后经脱水、干燥和粉碎而制得沉淀碳酸钙。

总之，采用上述化学方法生产的轻钙粉体的主要特点是：a粒度小，一般平均粒径在数微米以下；b粒度分布窄，可视为单分散粉体；c粒子晶型多样化，应用于不同行业需要不同的晶型。

⑵物理方法习惯上也称研磨法，即由天然矿物直接经机械粉碎所得产品，因其比重大于轻钙，故名重质碳酸钙（简称重钙，GCC）。

其加工过程又分为干法和湿法两种研磨工艺，产品分普通型，如双飞粉200目、三飞粉（325目、45~125μm）、细粉（325~1250目、10~45μm），超细型（＞1250目、2~10μm），超细活性型（经表面活化处理）三种。

微纳米碳酸钙的制备与分析微纳米碳酸钙是一种新型的功能材料，其具有优异的分子屏障及催化活性，在药物载体、高分子材料、高效能工况、污染物处理等领域中具有广阔的应用前景。

本文介绍了微纳米碳酸钙的制备方法以及分析技术，并结合介绍其在各领域中的应用。

一、微纳米碳酸钙的制备微纳米碳酸钙的制备主要有两种方法，即水法法和乳液法。

1.水法制备水法制备的微纳米碳酸钙基于晶体形态材料的改性，主要利用化学改性的方法，产生的微纳米碳酸钙的粒径小、表面积大、吸附性能强，具有优良的功能性能。

主要步骤：（1）选择合适的质量比，用碳酸钙粉末缩成细屑；（2）将碳酸钙细屑加入适量的氯化钠溶液，并将其搅拌至完全溶解；（3）再将其加入含有氨基有机酸的溶液，并置于温度为60℃的水浴中调节pH值，使之成核；（4）将温度提高至90℃，调整反应时间至2h，使微碳酸钙经历继续反应；（5）将微碳酸钙加入水溶液并进行搅拌，使其粒径微小，并用离心来分离微碳酸钙；（6）将微碳酸钙粉末置于空气中进行干燥，完成水法制备。

2.乳液法制备乳液法制备的微纳米碳酸钙以乳液的形式产生，该法简便快速，碳酸钙微粒的粒径均匀，其形态可控，更容易表现出特性化的性能。

主要步骤：（1）制备乳液：准备固定比例的碳酸钙粉末、有机聚氧乙烯醚和水，充分搅拌，令其混合成乳状状液；（2）预处理乳液：将搅拌好的乳液通过高压泵经过高压处理，以获得粒径小的碳酸钙微粒；（3）离心回收：将乳液经过离心处理，以提高粒子的纯度；（4）干燥回收：将得到的微粒置于空气中进行干燥，即可得到所需的微碳酸钙。

二、微纳米碳酸钙的分析微纳米碳酸钙的粒径一般处于几十纳米到1微米之间，常见的分析技术有：电子显微镜(SEM)、扫描尺度X射线衍射(SXRD)、紫外可见(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、分子吸收分析(TGA)、激光粒度仪(LPS)等。

（1）电子显微镜(SEM)SEM是用电子代替光子，在表面分析粒度和形貌上实现1000倍以上的放大和高分辨率，能分析微纳米碳酸钙的形貌和图案，较好地确定微碳酸钙的表征尺寸。

纳米碳酸钙的制备和应用技术纳米碳酸钙在众多领域的应用相当广泛，它具有很强的生物相容性和可降解性能。

因此，纳米碳酸钙的制备和应用技术成为了研究和开发的热门选项。

本文就从制备和应用两个角度，对纳米碳酸钙的相关技术展开探讨。

一、纳米碳酸钙的制备技术1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米碳酸钙制备方法，其优点是简便易操作、反应速度快、控制性好。

首先，将所需原料经过适当的处理（如溶解、乳化等）得到一种亚微米级别的胶体溶液。

随后在适当的条件下采用热、化学、光等方式对溶胶进行凝胶化处理，待凝胶化结束后，对凝胶进行干燥、烧结等处理即可得到所需产物。

2. 水相沉淀法水相沉淀法是一种比较常用的制备纳米碳酸钙的方法，其过程相对简单，且所需原料容易寻找。

该方法的具体实施过程为，将Ca2+和CO3 2-的水溶液混合，搅拌反应，沉淀产物后进行洗涤、干燥或烧结等处理得到所需产物。

3. 水热法水热法是制备纳米碳酸钙颗粒的经典方法之一，该方法适用于生成一定规模的均匀颗粒。

具体方法是在水中加入适量的氢氧化钙和碳酸氢钠，搅拌反应后直接通过调节反应温度和时间来控制所得产物的大小和形貌。

二、纳米碳酸钙的应用技术1. 生物医学领域纳米碳酸钙在生物医学领域中的应用主要是基于其良好的生物相容性和可降解性能而实现的，比如在骨骼修复、药物输送、医学成像等方面。

研究表明，纳米碳酸钙颗粒具有较低的毒性和对身体无害的特点，可以作为骨骼修复材料或药物携带平台，用于治疗骨质疏松症、癌症等疾病。

2. 环保领域纳米碳酸钙在环保领域中的应用主要涉及农业、水处理、环保建材等方面。

在农业方面，由于其具有优异的土壤改良能力，可以降低土壤酸化程度、改善土壤结构和肥力，从而提高农业产量。

在水处理方面，碳酸钙可以通过与重金属离子形成络合物，有效地降低水中重金属离子含量，净化水源。

在环保建材方面，纳米碳酸钙透明、耐候性强，可以应用于玻璃、涂料、纸张等产品的制造。

3. 食品工业纳米碳酸钙在食品工业中的应用主要体现在食品增稠剂、酸化剂等方面。

纳米碳酸钙生产工艺纳米碳酸钙是一种具有极小颗粒大小的碳酸钙粉末，其平均粒径一般小于100纳米。

它具有较大的比表面积和更好的分散性，可广泛应用于塑料、橡胶、纸张、涂料、油漆等领域。

纳米碳酸钙的生产工艺主要包括物料准备、破碎、磨矿、分级、乳化和精细加工等几个关键步骤。

首先，物料准备是生产纳米碳酸钙的关键步骤之一。

主要原料为优质石灰石，经过破碎、干燥和筛选等处理，获得适合后续生产的颗粒物料。

接下来是破碎工艺。

用颚式破碎机将石灰石块破碎成合适的碎石。

然后，采用粉碎机将碎石再次细碎，获得符合工艺要求的石块颗粒。

然后进行磨矿处理。

将破碎后的石块送入磨机中进行研磨，使用球磨机进行湿磨磨矿。

通过湿磨磨矿可以更好地保持颗粒的形状，并且能够减少加工过程中对颗粒的损伤，提高纳米碳酸钙的质量。

分级是纳米碳酸钙生产过程中的重要步骤。

通过使用高效的离心分离器和微粉分离器对磨矿后的酸钙颗粒进行分级。

经过离心分离和除尘处理之后，可以获得粒径较小的纳米碳酸钙颗粒。

在乳化工艺中，将分级后的纳米碳酸钙颗粒通过乳化剂处理，使其进一步细化颗粒的大小和提高均匀度。

乳化工艺可通过高速剪切、离心力等作用对颗粒进行细化处理，使纳米碳酸钙的颗粒大小更加均一。

最后是精细加工。

经过前面步骤处理后的纳米碳酸钙颗粒已经基本达到了要求，但还需进行精细加工以进一步改善其品质。

此时可以通过流化床、真空滤波机等设备对纳米碳酸钙进行干燥处理，去除过多的水分，提高产品的稳定性和耐候性。

纳米碳酸钙生产工艺的关键就是控制各个步骤中的温度、浓度、时间等参数，确保原料的稳定性和产品的质量。

此外，为了保证产品的安全和环保性，应注意减少生产过程中的废水、废气和废渣的排放。

综上所述，纳米碳酸钙的生产工艺包括物料准备、破碎、磨矿、分级、乳化和精细加工等关键步骤。

通过合理控制各个工艺参数，可以获得颗粒大小均匀、质量稳定的纳米碳酸钙产品，满足不同应用领域的需求。