碳酸鈣常見(jiàn)的形態(tài)主要有無(wú)規(guī)則形、紡錘形、球形、片形和立方體形等,不同形態(tài)的碳酸鈣其應(yīng)用領(lǐng)域和功能各不相同,其中,球形碳酸鈣憑借良好的分散性、流動(dòng)性、溶解性及比表面積大等特點(diǎn),在塑料、橡膠、食品與造紙等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。
目前,球形碳酸鈣主要制備方法有復(fù)分解法和碳化法。復(fù)分解法雖可制得形貌規(guī)整、分散度好的球形碳酸鈣,但這種方法原料較貴且會(huì)引入大量的雜質(zhì)離子,不適合工業(yè)化生產(chǎn)。碳化法是工業(yè)上最為常用的方法,傳統(tǒng)碳化法主要分為間歇式碳化法與連續(xù)噴霧式碳化法。雖然碳化法的成本較低,可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn),但傳統(tǒng)碳化法制備球形碳酸鈣存在粒徑分布不均勻、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。
超重力反應(yīng)結(jié)晶法是一種新型的制備納米材料的方法,其本質(zhì)是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大離心力,模擬出超重力場(chǎng)的環(huán)境。超重力反應(yīng)器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子將液體打成液絲、液滴或液膜,液體比表面積急劇增大,與此同時(shí)快速更新相界面,相間的傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)塔器設(shè)備高出1~3個(gè)數(shù)量級(jí),微觀混合和傳質(zhì)過(guò)程得到極大強(qiáng)化,故反應(yīng)時(shí)間相比于傳統(tǒng)碳化法較短,產(chǎn)品具有粒度小、粒徑分布窄、產(chǎn)品純度高、形貌更為規(guī)整等優(yōu)點(diǎn)。超重力反應(yīng)器由于良好的微觀混合和傳質(zhì)效果,被廣泛地應(yīng)用于納米材料的制備。 
球形碳酸鈣在多數(shù)情況下是由球霰石生長(zhǎng)而成的,但球霰石作為熱力學(xué)上不穩(wěn)定的晶型,在潮濕環(huán)境與水溶液中難以穩(wěn)定存在,需要使用一些特殊的方法才能穩(wěn)定獲得。研究表明在碳化反應(yīng)過(guò)程中引入NH4+不僅可以在結(jié)晶過(guò)程中抑制方解石的生成,向利于碳酸鈣晶型往球霰石方向轉(zhuǎn)變,而且NH4+的氛圍又能夠使生成的球霰石在溶液中穩(wěn)定存在。
與NH4+不同的是,酸性氨基酸在溶液中會(huì)發(fā)生解離并與Ca2+結(jié)合形成晶種模板,在晶種模板的影響下也會(huì)使得生成的碳酸鈣出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)晶相,并且合適的氨基酸的引入會(huì)在碳酸鈣結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生特定的功能并對(duì)形貌進(jìn)行修飾。
劉晨民等使用價(jià)格低廉的谷氨酸與氯化銨作為添加劑,研究在超重力場(chǎng)中球形碳酸鈣的可控制備,并考察兩種添加劑在碳酸鈣合成中的作用,結(jié)果表明:
(1)使用超重力反應(yīng)結(jié)晶碳化法,在L-谷氨酸與氯化銨添加量分別為氫氧化鈣4%和20%、超重力因子為161.0的最優(yōu)條件下,可以制得粒徑約為500nm、球形度較高的純球霰石碳酸鈣。
(2)反應(yīng)開(kāi)始前,L-谷氨酸與溶液中鈣離子形成模板影響了碳酸鈣的成核與生長(zhǎng),反應(yīng)進(jìn)程中溶液中大量存在的NH4+給球霰石的形成提供了一個(gè)良好的環(huán)境,超重力反應(yīng)器對(duì)液體的高速切割防止了氫氧化鈣原料過(guò)度包覆的可能,實(shí)現(xiàn)了球形碳酸鈣的可控制備。
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