碳酸鈣常見的形態(tài)主要有無規(guī)則形、紡錘形、球形、片形和立方體形等,不同形態(tài)的碳酸鈣其應用領域和功能各不相同,其中,球形碳酸鈣憑借良好的分散性、流動性、溶解性及比表面積大等特點,在塑料、橡膠、食品與造紙等領域有著重要的應用。
目前,球形碳酸鈣主要制備方法有復分解法和碳化法。復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引入大量的雜質離子,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)效率低等問題。
超重力反應結晶法是一種新型的制備納米材料的方法,其本質是通過高速旋轉產(chǎn)生巨大離心力,模擬出超重力場的環(huán)境。超重力反應器內高速旋轉的填料轉子將液體打成液絲、液滴或液膜,液體比表面積急劇增大,與此同時快速更新相界面,相間的傳質速率比傳統(tǒng)塔器設備高出1~3個數(shù)量級,微觀混合和傳質過程得到極大強化,故反應時間相比于傳統(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。超重力反應器由于良好的微觀混合和傳質效果,被廣泛地應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而成的,但球霰石作為熱力學上不穩(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過程中引入NH4+不僅可以在結晶過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發(fā)生解離并與Ca2+結合形成晶種模板,在晶種模板的影響下也會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在碳酸鈣結晶過程中產(chǎn)生特定的功能并對形貌進行修飾。
劉晨民等使用價格低廉的谷氨酸與氯化銨作為添加劑,研究在超重力場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,結果表明:
(1)使用超重力反應結晶碳化法,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)反應開始前,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,反應進程中溶液中大量存在的NH4+給球霰石的形成提供了一個良好的環(huán)境,超重力反應器對液體的高速切割防止了氫氧化鈣原料過度包覆的可能,實現(xiàn)了球形碳酸鈣的可控制備。
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