一種基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑生產(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于文石型納米碳酸鈣晶須領(lǐng)域，具體涉及一種基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑生產(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳酸鈣材料原料廣泛，價格低廉，是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中的重要原料之一，它廣泛應(yīng)用于造紙、塑膠、日用化工、化妝品、油墨等領(lǐng)域。碳酸鈣材料具有方解石、文石、球霰石三種晶型。其中方解石在常溫常壓下比較穩(wěn)定，但文石型碳酸鈣晶須以其低廉的成本，可以代替昂貴的SiC、鈦酸鉀晶須而作為一種新型材料，具有隔熱性能好、強度高、模量高等優(yōu)點，且與基體樹脂的相容性較好，可以改善填充體系的加工和力學(xué)性能，并且能夠提高和改進(jìn)日用塑料等復(fù)合材料。因此，多年來一直有學(xué)者在研宄文石型碳酸鈣的功能與性質(zhì)，文石型碳酸鈣也因此被廣泛地應(yīng)用于塑料、汽車和飛機零件部位、電部件制造、陶瓷刀具、光潔度高的結(jié)構(gòu)部件、化工、能源等領(lǐng)域。由于碳酸鈣是土地的主要成分之一，且在酸性條件下能分解，因此用其制成的塑料易降解，利于垃圾處理，具有重要的環(huán)保意義。
[0003]目前研宄制備文石型碳酸鈣晶須的方法主要有碳酸化法、復(fù)分解法、尿素水解法、碳酸氫鈣加熱分解法。在制備碳酸鈣文石型晶須的過程中有諸多影響因素，如溫度、溶液的PH值、反應(yīng)物的用量比等，所以如何選擇正確的控制劑已成為反應(yīng)是否成功的關(guān)鍵要素之
O
[0004]其中，碳酸化法已經(jīng)廣泛地用來制備碳酸鈣晶須產(chǎn)品，大體的工藝路線如下: 先將方解石型碳酸鈣煅燒得到活性氧化鈣粉末，氧化鈣粉末被充分消化，同時加入約
MgCl2溶液得到懸濁液。然后將懸濁液充分?jǐn)嚢璨⒓訜嶂?0。C左右，然后以一定流量通入CO2氣體進(jìn)行碳酸化反應(yīng)，生成碳酸鈣晶須。實驗中當(dāng)pH值降到7或7以下時，可認(rèn)為反應(yīng)結(jié)束。然后再將沉淀過濾、洗滌，在100 ° C烘干，即可得到碳酸鈣晶須。例如，中國專利CN 101935865 A公開了一種高長徑比碳酸鈣晶須的制備方法:采用生石灰為原料，水氯鎂石為晶型控制劑，通過0)2的碳酸化反應(yīng)制備碳酸鈣晶須，然后循環(huán)利用母液制備碳酸鈣晶須，從而完成多級生長高長徑比的碳酸鈣晶須，產(chǎn)品直徑為I ~ 2 μ m，長度為10 ~ 40μπι。雖然此類晶型控制劑可以實現(xiàn)碳酸鈣晶須的生產(chǎn)，但是文獻(xiàn)報道中的碳酸鈣晶須多是微米尺寸，未能達(dá)到納米級別。因此，如何實現(xiàn)納米尺寸的碳酸鈣晶須的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，仍然是碳酸鈣領(lǐng)域中值得研宄的熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在利用丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑的方法制備高品質(zhì)的碳酸鈣納米晶須。所要解決的技術(shù)問題是提供一種操作簡便、能夠規(guī)?；a(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案: 步驟一:稱取適量丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉并溶于水，控制混合溶液濃度為0.5% ~ 20%，即可得到二元復(fù)合晶型控制劑；
步驟二:將上述丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉二元復(fù)合晶型控制劑與Ca (OH)2I液攪拌混合，在30 ~ 90 ° C下通入CO2氣體進(jìn)行碳酸化反應(yīng)，升高碳酸化溫度，反應(yīng)過程采用pH計監(jiān)測體系的PH變化，當(dāng)該溶液pH達(dá)到7附近時，停止碳酸化反應(yīng)；
步驟三:反應(yīng)結(jié)束后，將碳酸鈣產(chǎn)物進(jìn)行過濾，用水洗滌，然后經(jīng)過氣流烘干，烘干溫度50° C ~ 120 ° C，即可得到納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品。
[0007]步驟四:將含有丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉二元復(fù)合晶型控制劑的濾液回收，反復(fù)使用。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進(jìn)一步包括所述步驟一中丁基萘磺酸鈉的濃度為
0.5% ~ 20%，硫酸鈉的濃度為0.5% ~ 20%ο
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進(jìn)一步包括所述步驟二中丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉二元復(fù)合晶型控制劑的使用量為4%?15%。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進(jìn)一步包括所述步驟二中Ca(OH)2I液質(zhì)量百分比濃度為9%。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進(jìn)一步包括所述步驟二中碳酸化中使用的0)2氣體可以是純凈的CO2氣體，也可是CO 2與空氣的混合氣體；按照純CO2計算，其在碳酸酸化反應(yīng)中的通入速度為40 ~ 1400 mL min'
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進(jìn)一步包括所述步驟二中碳酸化溫度為30。C?90。C。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進(jìn)一步包括所述步驟二中碳酸酸化反應(yīng)結(jié)束時的pH為6.5 ~ 8.5，優(yōu)選pH在7.0左右。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
1、本發(fā)明以丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的混合物為二元復(fù)合晶型控制劑，成功地利用CO2碳酸化法合成了納米碳酸鈣晶須。
[0015]2、本發(fā)明所得到的碳酸鈣晶須具有結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，且具有純度高、晶型好、長徑比尚、品質(zhì)好等特點。
[0016]3、本發(fā)明反應(yīng)周期短，易于操作，對反應(yīng)條件要求不高，可實現(xiàn)納米碳酸鈣晶須的規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0017]圖1為丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑(濃度為4%)制備的碳酸鈣納米晶須的掃描電鏡(SEM)照片。
[0018]圖2為丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉二元復(fù)合晶型控制劑(濃度為12%)制備的碳酸鈣納米晶須的透射電鏡(TEM)照片。
[0019]圖3為丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉二元復(fù)合晶型控制劑(濃度為15%)制備的碳酸鈣納米晶須的透射電鏡(TEM)照片。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0021]實施例1
取2.5L精制的Ca (OH)2漿液(質(zhì)量百分比濃度為9%)，放入容積為5L的不銹鋼反應(yīng)釜中。然后，加入含有丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的溶液(基于氫氧化鈣完全反應(yīng)所生成的碳酸鈣的質(zhì)量，使用量為4%)。然后，封閉反應(yīng)釜，開啟電動攪拌，通入CO2氣體(流速為700 mLmirT1)，升高碳酸化溫度至30。C。待料液的pH降至7左右，停止反應(yīng)。接下來，通過過濾、水洗等步驟，得到的碳酸鈣濾餅在50 ° C下烘干，即可制備納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品。最后，使用掃描電鏡(SEM)對碳酸鈣產(chǎn)品的形貌、尺寸等結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行測試，SEM結(jié)果如圖1所示。該產(chǎn)品具有明顯的一維納米結(jié)構(gòu)特征，其直徑為40 ~ 50 nm，長度為500 ~ 800 nm，因而具有較大的長徑比10 ~ 20。
[0022]實施例2
取2.5L精制的Ca (OH)2漿液(質(zhì)量百分比濃度為9%)，放入容積為5L的不銹鋼反應(yīng)釜中。然后，加入含有丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的溶液(基于氫氧化鈣完全反應(yīng)所生成的碳酸鈣的質(zhì)量，使用量為12%)。然后，封閉反應(yīng)釜，開啟電動攪拌，通入CO2氣體(流速為900 mLmirT1 )，升高碳酸化溫度至80。C。待料液的pH降至7左右，停止反應(yīng)。接下來，通過過濾、水洗等步驟，得到的碳酸鈣濾餅在120 ° C下烘干，即可制備納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品。最后，采用透射電鏡(TEM)進(jìn)行碳酸鈣產(chǎn)品的形貌、尺寸等結(jié)構(gòu)特征的測試，TEM結(jié)果如圖2所示。該產(chǎn)品具有明顯的一維納米結(jié)構(gòu)特征，其直徑為20 ~ 30 nm，長度為200 ~ 300 nm，具有較大的長徑比10 ~15。
[0023]實施例3
取2.5L精制的Ca (OH)2漿液(質(zhì)量百分比濃度為9%)，放入容積為5L的不銹鋼反應(yīng)釜中。然后，加入含有丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的溶液(基于氫氧化鈣完全反應(yīng)所生成的碳酸鈣的質(zhì)量，使用量為15%)。然后，封閉反應(yīng)釜，開啟電動攪拌，通入CO2氣體(流速為900 mLmirT1 )，升高碳酸化溫度至80。C。待料液的pH降至7左右，停止反應(yīng)。接下來，通過過濾、水洗等步驟，得到的碳酸鈣濾餅在120 ° C下烘干，即可制備納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品。最后，采用透射電鏡(TEM)進(jìn)行碳酸鈣產(chǎn)品的形貌、尺寸等結(jié)構(gòu)特征的測試，TEM結(jié)果如圖3所示。該產(chǎn)品具有明顯的一維納米結(jié)構(gòu)特征，其直徑為20 ~ 30 nm，長度為200 ~ 300 nm，具有較大的長徑比10 ~15。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑生產(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，其方法如下: 步驟一:稱取適量丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉并溶于水，溶液濃度為0.5% ~ 20%，即可得到二元復(fù)合晶型控制劑； 步驟二:將上述丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉二元復(fù)合晶型控制劑與Ca (OH)2I液攪拌混合，在30 ~ 90 ° C下通入CO2氣體進(jìn)行碳酸化反應(yīng)，升高碳酸化溫度，反應(yīng)過程采用pH計監(jiān)測體系的PH變化，當(dāng)該溶液pH達(dá)到7附近時，停止碳酸化反應(yīng)； 步驟三:反應(yīng)結(jié)束后，將碳酸鈣產(chǎn)物進(jìn)行過濾，用水洗滌，然后經(jīng)過氣流烘干，烘干溫度50° C ~ 120 ° C，即可得到納米碳酸鈣晶須產(chǎn)品； 步驟四:將含有丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉二元復(fù)合晶型控制劑的濾液回收，反復(fù)使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑生產(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟一中丁基萘磺酸鈉的濃度為0.5% ~ 20%，硫酸鈉的濃度為0.5% ~ 20%ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑生產(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉二元復(fù)合晶型控制劑的使用量為4%?15%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑生產(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中Ca(OH)2I液質(zhì)量百分比濃度為9%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑生產(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中碳酸化中使用的CO2氣體可以是純凈的CO2氣體，也可是CO2與空氣的混合氣體；按照純CO2計算，其在碳酸酸化反應(yīng)中的通入速度為40 ~ 1400 mL mirf1。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑生產(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中碳酸化溫度為30° C?90° C。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑生產(chǎn)納米碳酸鈣晶須的方法，其特征是，所述步驟二中碳酸酸化反應(yīng)結(jié)束時的PH為6.5 ~ 8.5，優(yōu)選pH在7.0左右。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑制備納米碳酸鈣晶須的方法。該制備方法采用Ca(OH)2漿液為原料，通過CO2碳酸化法制備碳酸鈣納米晶須，采用丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的混合物為二元復(fù)合晶型控制劑。該方法的特征是：利用丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的二元復(fù)合晶型控制劑，控制合成碳酸鈣納米晶須；含有丁基萘磺酸鈉與硫酸鈉的濾液可回收循環(huán)使用。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝方法簡單，具有操作簡單，合成周期短等優(yōu)點，適合于納米碳酸鈣晶須的規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。
【IPC分類】C30B29/62, C30B7/14, C30B29/22
【公開號】CN104975348
【申請?zhí)枴緾N201510425661
【發(fā)明人】陳祥迎, 黃海平
【申請人】常州碳酸鈣有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年7月20日