CN108516573B - 一种高效制备微米级正六边形碳酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效制备微米级正六边形碳酸钙的方法，该方法基于氯化钙水溶液，采用NH3·H2O‑NH4Cl溶液作为缓冲溶液和沉淀剂，可溶性锌盐为晶型控制剂，通入CO2气体，制备出形貌规整、边长为4.5～10μm的正六边形碳酸钙。本发明制备方法简单，产率较高，所得微米级正六边形碳酸钙属于轻质碳酸钙，可用作橡胶、塑料、造纸、涂料和油墨等行业的填料，用于有机合成、冶金、玻璃和石棉等生产中，也可用作牙粉、牙膏及其它化妆品的原料。

Description

一种高效制备微米级正六边形碳酸钙的方法
技术领域
本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种利用无机钙源在pH稳定的缓冲溶液体系下吸收CO2，制备出大量微米级正六边形碳酸钙的方法。
背景技术
由于价廉优质而被广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、医用品领域的碳酸钙是一种重要的矿物质，也是工业生产上的有机物基质材料中用量最大的无机填料。目前，制备的碳酸钙有立方形、纺锤形、链状以及中空球形等，不同形状的碳酸钙产品有着不同的用途。与其他形貌的碳酸钙相比，片状碳酸钙在造纸工业中的应用尤为显著。例如，片状碳酸钙粉体添加至涂料中，可大大提高其流动性与分散性，另外将其添加至纸张中可提高纸张的光洁度、白度、不透明度和松厚度等性能。因此，国外已经将片状碳酸钙粉体用于高性能纸张的生产，而国内受碳酸钙制备技术的影响，仍处于起步阶段。根据片的形状特征可分为正方形、六边形或多边形片状碳酸钙，片状碳酸钙难以用常规碳化方式制备，故人们通常采用多步碳化或添加特定试剂的方法达到形貌控制目的。据报道，通过分段控制碳化过程中CO2气量合成碱式碳酸钙，然后在300～650℃进行热处理，得到粒径0.2～5.0μm、厚度0.05～0.5μm的六方片状碳酸钙。该法制备过程比较复杂，在碳化过程中加入有机膦或硼化物可使碳酸钙呈多边片状结构，然而有机膦毒性较大，硼化物虽低毒价廉，但反应速率较慢，生成的片状产物形貌也不规则。采用碳酸氢铵复分解法制得的片状碳酸钙粒径较小，仅为50nm左右。Kojima等采用加热蒸发饱和碳酸钙溶液的方法，得出各种形式的片状碳酸钙，过程耗能很大，故难以工业应用。总之，目前尚未有关大尺度、均一的正六边形片状碳酸钙的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以可溶性锌盐为晶型控制剂，高效制备微米级正六边形碳酸钙的方法。
针对上述目的，本发明所采用的技术方案是：向pH为10的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液中加入氯化钙，搅拌至氯化钙完全溶解，然后加入可溶性锌盐，使所得溶液中钙离子的浓度为0.2～0.8mol/L，可溶性锌盐添加量为氯化钙质量的0.5％～3％，再向所得溶液中连续通入CO2气体，在60～70℃下反应1～2小时，离心、洗涤，得到微米级正六边形碳酸钙。
上述的可溶性锌盐是氯化锌或硝酸锌。
上述制备方法中，优选使所得溶液中钙离子浓度为0.3～0.5mol/L。
上述制备方法中，进一步优选可溶性锌盐的添加量为氯化钙质量的1％～3％。
本发明以氯化钙作为钙源，以NH3·H2O-NH4Cl为缓冲溶液和沉淀剂，并以氯化锌为晶型控制剂，利用缓冲溶液体系提供稳定的碱性环境，氯化钙解离出来Ca2+能够与碱性缓冲溶液中OH-反应生成Ca(OH)2，氯化锌能很好的溶解于氯化钙溶液中，更有利于反应的进行，通过调控氯化锌的添加量，同时在密封条件下，与通入的CO2气体反应生成形貌规整，边长为4.5～10μm的正六边形碳酸钙，制备方法简单，产率较高。
附图说明
图1是实施例1得到的微米级正六边形碳酸钙的XRD谱图
图2是实施例1得到的微米级正六边形碳酸钙的扫描电镜照片。
图3是图2的局部放大图。
图4是实施例2得到的微米级正六边形碳酸钙的扫描电镜照片。
图5是实施例3得到的微米级正六边形碳酸钙的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但是本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
将5.40g氯化铵加入250mL烧杯中，并加入20mL去离子水，磁子搅拌均匀后，加入35mL浓氨水溶液，搅拌均匀，倒入100mL容量瓶中，并向其中加入去离子水稀释至100mL，得到pH＝10的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液。将得到的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液倒入250mL烧杯中，加入5.55g纯度为99％以上的氯化钙固体，磁子搅拌均匀后，加入0.1665g氯化锌固体，所得溶液中钙离子的浓度为0.5mol/L。然后将得到的溶液倒入250mL平底烧瓶，并将其放入电热恒温水浴锅中，加热至65℃，同时在密封条件下采用导管向钙离子溶液中连续通入CO2气体，反应2小时后，用去离子水反复离心、洗涤，得到微米级正六边形碳酸钙。由图1的XRD图可知，所得产品为碳酸钙。由图2和图3的二次电子像可知，制备得到大量的正六边形碳酸钙，且尺寸均一，其边长为4.5～7.2μm。
实施例2
本实施例中，加入0.0555g氯化锌固体，其他步骤与实施例1中相同，得到微米级正六边形碳酸钙(见图4)，其边长为4.8～9.7μm。
实施例3
本实施例中，反应时间缩短至1小时，其他步骤与实施例1相同，得到微米级正六边形碳酸钙(见图5)，其边长为5.2～7.6μm。

Claims (3)

1.一种高效制备微米级正六边形碳酸钙的方法，其特征在于：向pH为10的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液中加入氯化钙，搅拌至氯化钙完全溶解，然后加入可溶性锌盐，使所得溶液中钙离子的浓度为0.2～0.8 mol/L，可溶性锌盐添加量为氯化钙质量的0.5%～3%，再向所得溶液中连续通入CO2气体，在60～70 ℃下反应1～2小时，离心、洗涤，得到微米级正六边形碳酸钙；
上述的可溶性锌盐是氯化锌或硝酸锌。
2.根据权利要求1所述的高效制备微米级正六边形碳酸钙的制备方法，其特征在于：使所得溶液中钙离子浓度为0.3～0.5 mol/L。
3.根据权利要求1所述的高效制备微米级正六边形碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述可溶性锌盐的添加量为氯化钙质量的1%～3%。
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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"Studies of pH buffer systems to promote carbonate formation for CO2 sequestration in brines";Qi Liu et al.;《Fuel Processing Technology》;20120220;第98卷;第7页右栏第2.2节 *
"Superstructures of Calcium Carbonate Crystals by Oriented Attachment";Nicole Gehrke et al.;《Crystal Growth & Design》;20050607;第05卷(第04期);第1317页第3-4段、第1318页第3-4段以及图1 *

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