高通量环隙式微反应器制备纳米碳酸钙研究

发布时间：2017-07-07 04:03

  本文关键词：高通量环隙式微反应器制备纳米碳酸钙研究

  更多相关文章： 纳米碳酸钙 微反应器 膜分散 过饱和度 混合尺度 疏水化改性

【摘要】：纳米碳酸钙以其价格低廉、无毒、无味、污染小等优点广泛应用于橡胶,塑料,造纸,油墨,涂料及日化与医药等领域。目前国内制备纳米碳酸钙多采用间歇式鼓泡碳化法,该法虽然操作简单、投资少,但混合尺度大、混合不均匀、过饱和度低,所制备的纳米碳酸钙粒径较大,分布较宽,只适用于低端产品。纳米颗粒制备的关键技术在于小的混合尺度和高的过饱和度,而微反应器作为一种高性能混合反应器,其混合均匀、混合尺度低,非常适合制备纳米材料,但是由于其通量小、易堵塞等缺点大大限制了工业化生产。因此,开发一种既具备高性能混合效果、又具有大通量的微反应器具有重要意义。本文的研究内容如下：1.对由清华大学骆广生课题组设计开发的一种高通量环隙式微反应器进行了结构参数优化。通过分析微孔膜孔径、微孔膜材质、微通道高度、微通道长度对纳米碳酸钙粉体的影响,确定微反应器较优的结构参数为：使用孔径为5μm的高分子有机烧结膜,微通道高度为2.5 mm,微通道长度为3.5 cm。2.以二氧化碳气体为分散相,氢氧化钙浆液为连续相,利用高通量环隙式微反应器成功实现了纳米碳酸钙粒径40-80m之间的可控制备。研究了反应条件,包括浆液放置时间、不同氢氧化钙原料、分散相流量、连续相流量、分散相浓度、连续相浓度、反应温度、碳化时间和晶型控制剂,对制备纳米碳酸钙的影响,并与传统鼓泡法制备的纳米碳酸钙进行对比。同时实验对反应过程中浆液的pH值及反应结束后浆液的沉降速率进行了检测。结果表明,较优的反应条件为：反应前对氢氧化钙浆液放置两天以上,采用分析纯氢氧化钙,分散相流量为3 m3·h-1·,连续向流量为5 m3·h-1,氢氧化钙初始浓度为1.8%,二氧化碳浓度为30%,反应温度在10—20℃之间；添加晶型控制剂六偏磷酸钠有助于锁链状纳米碳酸钙的生成;高通量环隙式微反应器制备纳米碳酸钙有效克服了返碱问题。纳米碳酸钙表征结果显示：本文所制备的纳米碳酸钙为方解石型晶体结构,粒径分布窄、分散性良好,其比表面积在29 m2·g-1左右。3.对高通量环隙式微反应器所制备的纳米碳酸钙进行了疏水化改性研究,探索了改性剂种类、改性时间、改性温度、改性剂用量对纳米碳酸钙吸油值与活化度的影响。结果显示,在所选的三种改性剂中,硬脂酸钠的改性效果最佳；纳米碳酸钙的活化度随着改性剂用量、改性温度、改性时间的增加而提高；吸油值随活化度的增加而迅速减小,在活化度接近100%时,减小幅度趋于平缓。使用硬脂酸钠改性的最佳条件为用量2.5%,改性温度60℃,改性时间45 min。改性后的碳酸钙样貌及粒径大小并未改变,但分散性更好。
【关键词】：纳米碳酸钙 微反应器 膜分散 过饱和度 混合尺度 疏水化改性
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.32;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1. 绪论11-23
• 1.1 碳酸钙概况11-18
• 1.1.1 纳米碳酸钙的应用12-13
• 1.1.2 碳酸钙的分类13-14
• 1.1.3 碳酸钙的制备方法14-18
• 1.2 微反应器介绍18-22
• 1.2.1 微反应器的优点18-19
• 1.2.2 微反应器的局限性19-20
• 1.2.3 膜分散微反应的基本原理20-21
• 1.2.4 微反应器在制备纳米材料中的应用21-22
• 1.3 本文主要研究内容22-23
• 2. 微反应器结构及对纳米碳酸钙的影响23-34
• 2.1 实验材料和方法23-27
• 2.1.1 实验试剂及仪器23-24
• 2.1.2 高通量环隙式微反应的结构设计24-25
• 2.1.3 实验装置及制备过程25-26
• 2.1.4 碳化过程分析26-27
• 2.1.5 产物分析及表征27
• 2.2 实验结果与讨论27-33
• 2.2.1 膜孔径对制备纳米碳酸钙的影响27-28
• 2.2.2 膜材质对制备纳米碳酸钙过程的影响28-30
• 2.2.3 微通道高度对碳酸钙粒径的影响30-31
• 2.2.4 微通道长度对碳酸钙粒径的影响31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 3. 反应条件对纳米碳酸钙的影响34-53
• 3.1 实验材料和制备过程34-35
• 3.1.1 实验材料34-35
• 3.1.2 实验制备过程35
• 3.1.3 产物分析及表征35
• 3.2 实验结果与讨论35-49
• 3.2.1 浆液放置时间对纳米碳酸钙的影响35-37
• 3.2.2 氢氧化钙原料对纳米碳酸钙的影响37
• 3.2.3 分散相流量对碳酸钙制备的影响37-39
• 3.2.4 连续相流量对碳酸钙制备的影响39-40
• 3.2.5 碳化时间对颗粒平均粒径的影响40-41
• 3.2.6 Ca(OH)_2初始浓度对碳酸钙粒径的影响41-42
• 3.2.7 CO_2浓度对碳酸钙粒径的影响42-43
• 3.2.8 反应温度对碳酸钙粒径的影响43-46
• 3.2.9 晶型控制剂对纳米碳酸钙的影响46-47
• 3.2.10 微反应法与鼓泡法制备纳米碳酸钙比较47-48
• 3.2.11 制备过程中浆液PH的变化情况48
• 3.2.12 纳米碳酸钙熟浆的沉降速率48-49
• 3.3 纳米碳酸钙的结果表征49-51
• 3.3.1 纳米碳酸钙的TEM和SEM表征49-51
• 3.3.2 纳米碳酸钙的XRD图51
• 3.4 本章小结51-53
• 4. 纳米碳酸钙的表面改性53-61
• 4.1 实验材料及方法53-54
• 4.1.1 实验原料及仪器53-54
• 4.2 活化度和吸油值的测定方法54-55
• 4.2.1 活化度的测定方法54-55
• 4.2.2 吸油值的测定方法55
• 4.3 脂肪酸盐改性纳米碳酸钙机理55-56
• 4.4 结果讨论56-59
• 4.4.1 硬脂酸钠用量对活化度和吸油值的影响56-57
• 4.4.2 改性时间对活化度和吸油值的影响57-58
• 4.4.3 改性温度对活化度与吸油值的影响58-59
• 4.4.4 改性剂种类对活化度与吸油值的影响59
• 4.5 改性纳米碳酸钙的TEM表征59-60
• 4.6 本章小结60-61
• 5. 总结61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 创新点62
• 5.3 不足之处62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 攻读学位斯间发表的学术论文69-70

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