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(yīng)用領(lǐng)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(dòng)性、溶解性及比表面積大等特點(diǎn)，在塑料、橡膠、食品與造紙等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。
目前，球形碳酸鈣主要制備方法有復(fù)分解法和碳化法。復(fù)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(huì)引入大量的雜質(zhì)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(jìn)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(yīng)結(jié)晶法是一種新型的制備納米材料的方法，其本質(zhì)是通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大離心力，模擬出超重力場(chǎng)的環(huán)境。超重力反應(yīng)器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)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(shí)快速更新相界面，相間的傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)塔器設(shè)備高出1~3個(gè)數(shù)量級(jí)，微觀混合和傳質(zhì)過程得到極大強(qiáng)化，故反應(yīng)時(shí)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(diǎn)。超重力反應(yīng)器由于良好的微觀混合和傳質(zhì)效果，被廣泛地應(yīng)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(zhǎng)而成的，但球霰石作為熱力學(xué)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(yīng)過程中引入NH4+不僅可以在結(jié)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(zhuǎn)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(huì)發(fā)生解離并與Ca2+結(jié)合形成晶種模板，在晶種模板的影響下也會(huì)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(huì)在碳酸鈣結(jié)晶過程中產(chǎn)生特定的功能并對(duì)形貌進(jìn)行修飾。
劉晨民等使用價(jià)格低廉的谷氨酸與氯化銨作為添加劑，研究在超重力場(chǎng)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(jié)果表明：
?。?）使用超重力反應(yīng)結(jié)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。
?。?）反應(yīng)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(zhǎng)，反應(yīng)進(jìn)程中溶液中大量存在的NH4+給球霰石的形成提供了一個(gè)良好的環(huán)境，超重力反應(yīng)器對(duì)液體的高速切割防止了氫氧化鈣原料過度包覆的可能，實(shí)現(xiàn)了球形碳酸鈣的可控制備。
資料來源：《劉晨民,劉曦曦,陳小鵬,等.超重力反應(yīng)結(jié)晶碳化法制備球形碳酸鈣[J].化工進(jìn)展,2021,40(11):6323-6331》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
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