CN105883876A - 一种纳米层状结构方解石碳酸钙的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳酸钙无机矿物的制备方法，尤其涉及一种具有层状结构的方解石碳酸钙晶体的制备方法。此方法包括如下步骤：1)将碳酸钠和氨基酸加入去离子水中，搅拌溶解；2)向该溶液中加入适量氨基酸，搅拌溶解，混合均匀；3)向该混合溶液中滴加水溶性钙盐并搅拌得到浑浊溶液；4)将浑浊溶液转移至密封容器中，并置于恒温烘箱中恒温加热陈化；5)将恒温结束后的混合溶液进行离心分离，洗涤，得到层状结构的方解石碳酸钙晶体。本发明制备的层状结构球霞石型碳酸钙与球状结构相比，比表面积较大，活性较高，适用于橡胶、塑料、造纸、油墨、建材以及涂料等行业；且制备过程简单，反应条件容易控制，易于实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于是一种关于合成特殊层状结构碳酸钙的方法，具体涉及碳酸钙无机矿物的制备方法，尤其涉及一种具有层状结构的方解石碳酸钙晶体的制备方法。
背景技术
碳酸钙是一种典型的生物矿物材料和重要的工业原料。作为无机填充剂(又称无机填料)，被广泛应用于橡胶、塑料、建材、纸张、涂料、油漆、医药、化妆品、油墨等工业。作为一种常见的生物矿化材料，碳酸钙分布普遍，廉价易得，且通过矿化过程，碳酸钙往往以长程有序、结构优异的形式存在。碳酸钙有多种晶型，主要包括方解石、文石、球霞石三种晶型，其中方解石晶型最稳定[Zhou，G.T.；Yu，J.C.；Wang，X.C.；Zhang，L.Z.New.J.Chem.2004，28，1027-1031.]。
在自然界中存在着许多天然生物矿化材料，如人的牙齿及骨骼，这些材料大多以有机-无机复合的形式存在，是基于碳酸钙材质的最重要且最具有研究价值的材料之一[Aizenberg，J.；Lambert，G.；Weiner，S.；Addadi，L.J.Am.Chem.Soc.2002，124，32-39.]。
到目前为止，人们提出了很多用于制备碳酸钙微晶的方法，水溶性的添加剂被认为是一种很有效的方式，如加入金属离子、离子表面活性剂、高分子、生物大分子等[Liu，D.；Yates，M.Z.Langmuir 2006，22，5566-5569.]，都被应用于碳酸钙复合物的制备。
尽管这些研究对于碳酸钙复合材料的制备起到了极大的推动作用，但是，利用氨基酸作为添加剂对碳酸钙纳米晶体的成核和生长进行控制的研究鲜见报道。
层状结构的碳酸钙晶体具有光滑的表面，且具有较高的白度和机械强度，可以很好地应用作造纸、塑料、油墨、涂料等的添加剂。所以探索层状碳酸钙微纳米晶体的控制合成具有重大的理论意义和实际应用价值。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题是提供一种工艺简单、操作安全、成本低的层状方解石碳酸晶体的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种微米层状方解石碳酸钙晶体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将氯化钙(CaCl2)溶于去离子水中，置于20～35℃环境下，搅拌5～15min得澄清透明的A液。
(2)向澄清透明的A液中加入0～5g L-脯氨酸，继续保持20～35℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
(3)将碳酸氢铵(NH4HCO3)直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于20～35℃环境下，电磁搅拌5～15min，得溶液C。
(4)将溶液C装入反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，50～180℃静置1～12h。
(5)将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持20～60℃，干燥4～24h。
以上各个物质的质量或者体积是以无水氯化钙1.0～10.0g为基准计算的，对于其他质量的无水氯化钙，以上各个物质的质量或者体积做一致地调整，这些是本领域技术人员能够理解或者操作的″
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用简单的水热法得到层状方解石碳酸钙晶体的工艺：该方法工艺简单、操作安全、成本低、重复性好，适宜规模化生产；所得层状方解石碳酸钙晶体分散性好，尺寸分布均一。
附图说明
图1为实施例1中层状方解石碳酸钙晶体的扫描电子显微镜照片；
图2为实施例1中层状方解石碳酸钙晶体的XRD图片(C：方解石)；
具体实施方式：
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述″
实施例1
①称取1.24g氯化钙(CaCl2)，溶于50ml蒸馏水中，置于30℃环境下，搅拌10min得澄清透明的A液。
②向澄清透明的A液中加入2.5g L-脯氨酸，继续保持30℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
③称取8.0g碳酸氢铵(NH4HCO3)，直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于30℃环境下，电磁搅拌10min，得溶液C。
④将溶液C装入25ml体积的反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，80℃静置3h。
⑤将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持40℃，干燥10h。
实施例2
①称取1.24g氯化钙(CaCl2)，溶于50ml蒸馏水中，置于30℃环境下，搅拌10min得澄清透明的A液。
②向澄清透明的A液中加入0g L-脯氨酸，继续保持30℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
③称取8.0g碳酸氢铵(NH4HCO3)，直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于30℃环境下，电磁搅拌10min，得溶液C。
④将溶液C装入25ml体积的反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，80℃静置3h。
⑤将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持40℃，干燥10h。
实施例3
①称取1.24g氯化钙(CaCl2)，溶于50ml蒸馏水中，置于30℃环境下，搅拌10min得澄清透明的A液。
②向澄清透明的A液中加入0.5g L-脯氨酸，继续保持30℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
③称取8.0g碳酸氢铵(NH4HCO3)，直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于30℃环境下，电磁搅拌10min，得溶液C。
④将溶液C装入25ml体积的反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，80℃静置3h。
⑤将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持40℃，干燥10h。
实施例4
①称取1.24g氯化钙(CaCl2)，溶于50ml蒸馏水中，置于30℃环境下，搅拌10min得澄清透明的A液。
②向澄清透明的A液中加入1.5g L-脯氨酸，继续保持30℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
③称取8.0g碳酸氢铵(NH4HCO3)，直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于30℃环境下，电磁搅拌10min，得溶液C。
④将溶液C装入25ml体积的反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，80℃静置3h。
⑤将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持40℃，干燥10h。
实施例5
①称取1.24g氯化钙(CaCl2)，溶于50ml蒸馏水中，置于30℃环境下，搅拌10min得澄清透明的A液。
②向澄清透明的A液中加入5.0g L-脯氨酸，继续保持30℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
③称取8.0g碳酸氢铵(NH4HCO3)，直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于30℃环境下，电磁搅拌10min，得溶液C。
④将溶液C装入25ml体积的反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，80℃静置3h。
⑤将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持40℃，干燥10h。
实施例6
①称取1.24g氯化钙(CaCl2)，溶于50ml蒸馏水中，置于30℃环境下，搅拌10min得澄清透明的A液。
②向澄清透明的A液中加入2.5g L-脯氨酸，继续保持30℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
③称取8.0g碳酸氢铵(NH4HCO3)，直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于30℃环境下，电磁搅拌10min，得溶液C。
④将溶液C装入25ml体积的反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，40℃静置3h。
⑤将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持40℃，干燥10h。
实施例7
①称取1.24g氯化钙(CaCl2)，溶于50ml蒸馏水中，置于30℃环境下，搅拌10min得澄清透明的A液。
②向澄清透明的A液中加入2.5g L-脯氨酸，继续保持30℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
③称取8.0g碳酸氢铵(NH4HCO3)，直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于30℃环境下，电磁搅拌10min，得溶液C。
④将溶液C装入25ml体积的反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，120℃静置3h。
⑤将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持40℃，干燥10h。
实施例8
①称取1.24g氯化钙(CaCl2)，溶于50ml蒸馏水中，置于30℃环境下，搅拌10min得澄清透明的A液。
②向澄清透明的A液中加入2.5g L-脯氨酸，继续保持30℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
③称取8.0g碳酸氢铵(NH4HCO3)，直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于30℃环境下，电磁搅拌10min，得溶液C。
④将溶液C装入25ml体积的反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，160℃静置3h。
⑤将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持40℃，干燥10h。
Claims (4)
1.一种纳米层状结构方解石碳酸钙的制备方法，其特征是包括下列步骤：
(1)将氯化钙(CaCl2)溶于去离子水中，置于20～35℃环境下，搅拌5～15min得澄清透明的A液。
(2)向澄清透明的A液中加入0～5g L-脯氨酸，继续保持20～35℃搅拌至溶解且混合均匀，得到透明溶液B。
(3)将碳酸氢铵(NH4HCO3)直接加入到搅拌着的透明溶液B当中，置于20～35℃环境下，电磁搅拌5～15min，得溶液C。
(4)将溶液C装入反应釜中，将反应釜置于烘箱当中，50～180℃静置1～12h。
(5)将反应釜从烘箱当中取出，冷却至室温后将反应釜中的溶液C离心，得到白色沉淀，将白色沉淀用蒸馏水洗涤1～3次，再用无水乙醇洗涤1～3次，得到白色沉淀保持20～60℃，干燥4～24h。
2.按权利要求1所述纳米层状结构方解石碳酸钙的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中氯化钙水溶液的浓度为0.1～1.0mol/L。
3.按权利要求1所述纳米层状结构方解石碳酸钙的制备方法，其特征是：所述步骤(3)中碳酸氢铵的浓度为1.0～10.0mol/L。
4.按权利要求1所述纳米层状结构方解石碳酸钙的制备方法，其特征是：所述步骤(4)中所用反应釜的体积为25～100ml。
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