超重力反应结晶法制备不同形貌碳酸钙及其模板应用

摘要

碳酸钙是一种重要的无机化工原料，作为填充剂和补强剂，被广泛用于油墨、造纸、涂料等领域。随着社会不断发展，人们对于碳酸钙品质的要求越来越高，尤其是在特定形貌的轻质碳酸钙方面。已知碳酸钙粒子的形貌与粒度，对其功能与应用领域有着重要影响。因而针对不同形貌碳酸钙制备工艺的研究，已成为各国相关科学工作者的研究重点。
　　本文采用超重力反应结晶法，选取不同晶型控制剂和模板剂，制备了晶须、球状以及花瓣片状三种不同形貌的碳酸钙;在普通重力场中，利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与十二烷基磺酸钠(SDS)形成的有机聚合物为软模板，制备了中空球形的碳酸钙。对制备过程中的反应温度、超重力水平、反应物浓度等因素进行探究，得到了最佳的制备工艺条件。
　　研究发现，以Ca(OH)2悬浮液和CO2为原料，磷酸为晶型控制剂，采用超重力反应结晶法制备碳酸钙晶须的实验中，碳化温度70℃，旋转床转速1400r·min-1，Ca(OH)2初始悬浮液浓度80g·L-1，干燥时长70h为本实验体系的最佳制备工艺条件，可制得平均短径为144nm，长径比19.4，文石型含量为97.5％且形貌完整的碳酸钙晶须。
　　其次，以CaCl2与CO2为原料，可溶性淀粉为模板剂，氨水为pH调节剂，采用超重力反应结晶法制备出平均粒径为14.01μm，且形貌单一的球形碳酸钙;以CaCl2与CO2为原料，氨水为pH调节剂，采用超重力反应结晶法制备出平均粒径为510nm，且形貌单一的花瓣片状碳酸钙。以CaCl2与Na2CO3为原料，自制有机聚合物为软模板，采用复分解法制备出平均粒径为4μm，且形貌单一的中空球形碳酸钙;上述研究结果对不同形貌碳酸钙的工业化生产具有一定的指导意义。
　　由于碳酸钙颗粒具有廉价易得、形貌多样、无毒、易消除等诸多优点，作为模板剂被广泛用于特定形貌碳材料的制备。在制备的四种形貌碳酸钙中选取晶须状和中空球形两种形貌碳酸钙为模板剂，分别负载聚多巴胺薄膜(PDA)，经过高温碳化、水洗等处理后，制备出晶须状和中空球形两种形貌的多孔碳材料。在不同碳化温度下，制得了形貌规整的一系列多孔碳材料。
　　在高温碳化过程中，碳酸钙不仅起到形貌支撑作用，其分解释放的CO2还具有高效扩孔功效。在700℃碳化温度下制备的晶须状多孔碳，BET与Langmuir比表面积分别为819.9m2·g-1，1193.0m2·g-1，产率为46.0％;在750℃碳化温度下制备的中空球形多孔碳，BET与Langmuir比表面积分别为742.2m2·g-1，1082.2m2·g-1，产率为50.48％。与纯PDA高温碳化的BET20.6m2·g-1，相比有了极大的提升，为新型多孔碳材料的简易制备提供了新思路。

目录

声明

摘要

符号说明

1．1 研究背景

1．1．1 碳酸钙的理化性质

1．1．2 碳酸钙分类

1．2 碳酸钙制备技术

1．2．1 碳酸钙制备方法

1．2．2 碳化法简述

1．3 超重力技术简介

1．3．1 超重力技术发展简介

1．3．2 旋转填充床结构及机理

1．3．3 旋转填充床特点

1．4 不同形貌碳酸钙的性质及应用

1．4．1 碳酸钙晶须

1．4．2 球形碳酸钙

1．4．3 片状碳酸钙

1．4．4 中空球形碳酸钙

1．5 碳酸钙形貌控制技术

1．5．1 模板法

1．5．2 晶型控制剂法

1．6 多孔碳材料

1．6．3 特定形貌多孔碳材料的制备

1．7 实验内容及研究意义

1．7．1 研究目的和意义

1．7．2 研究内容

第二章 不同形貌碳酸钙的制备

2．1 碳酸钙晶须的制备

2．1．1 实验部分

2．1．2 结果与讨论

2．1．3 小结

2．2 球形碳酸钙的制备

2．2．1 实验部分

2．2．2 结果与讨论

2．2．3 小结

2．3 花瓣片状碳酸钙的制备

2．3．1 实验部分

2．3．2 结果与讨论

2．3．3 小结

2．4 中空球形碳酸钙的制备

2．4．1 实验部分

2．4．2 结果与讨论

2．4．3 小结

2．5 本章小结

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验设备

3．2．3 新型多孔碳材料的制备

3．3 本章小结

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

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