[发明专利]一种碳酸钙微粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机盐材料技术领域，具体涉及一种碳酸钙微粒的制备方法。 

背景技术

碳酸钙是自然界最广泛存在的无机矿物之一。一方面，作为重要的无机化工材料，碳酸钙以其原料广、无毒性、填充量大、补强性能优良等特点而被广泛应用于建材、橡胶、塑料、涂料、造纸、日用化工等行业。另一方面，作为生物矿物的主要无机成分之一（如无脊椎动物的贝壳），碳酸钙以其高度有序的结构和良好的力学性能在生物体内起着生物体内存在的结构支撑、保护等功能（S. Mann, G. A. Ozin, Nature1996, 382, 313）。碳酸钙在自然界中存在有三种晶型：方解石（最稳定），文石，球霰石（最不稳定）。在工业应用中，三种晶型的碳酸钙都有各自的用途，且碳酸钙颗粒也会由于其尺寸、形貌上的不同而分别应用于不同的行业。 

目前制备碳酸钙颗粒按照碳酸源的不同可以分为两类：二氧化碳气体作为碳酸源，可溶性碳酸盐作为碳酸源。工业上运用比较多的碳酸钙制备方法便是属于前者，但是大规模的工业生产方法往往存在着形貌难以控制的问题。近年来，利用体外仿生的办法，通过有机物的对结晶过程的调控来制备不同晶型和不同有序堆积结构的碳酸钙材料受到研究人员的广泛关注。采用的有机添加剂多种多样，有小分子还有分子量几十万的大分子；有天然的高分子也有合成的高分子；有可溶性的添加剂也有不溶的自组装单分子膜等（F. C. Meldrum, H. Colfen, Chem. Rev.2008, 108, 4332）。这些添加剂被认为可以调节碳酸钙生长的微环境，从而得到结构不同性能各异的碳酸钙微粒。其中羧基、羟基的添加剂是被研究得比较多的一类添加剂，也被证明这类添加剂确实比较有利于得到具有有序结构的碳酸钙晶体（M. Donnet, A. Aimable et. al.J. Phys. Chem. B, 2010, 114, 12058; H. Endo, D. Schwahn, H. Colfen, J. Chem. Phys,2004, 120, 9410）。GO 是一种新型的二维碳纳米结构，在GO片层上有比较丰富的羟基、羧基等含氧集团，可能对碳酸钙晶体的结晶生长过程存在调控作用，但是到目前为止，还没有相关的报道。 

本发明证明了GO确实有利于得到有序结构的碳酸钙形貌，且GO调控下得到的碳酸钙颗粒相比于没任何添加剂下得到的碳酸钙颗粒具有更好的热稳定性能。另外，本发明提供了一种体外矿化的方法，通过调节碳酸源类型、碳酸源浓度、温度、溶液pH、钙离子浓度、有机质浓度、反应时间等参数可以得到一系列具有独特形貌结构和尺寸分布的碳酸钙微粒。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高热稳定性能碳酸钙微粒的制备方法。 

本发明提出的碳酸钙微粒的制备方法，具体步骤如下： 

1、玻璃仪器的预处理：为了得到结构独特粒径均匀的碳酸钙微粒，所用到的玻璃仪器须进行一定的预处理。首先将玻璃仪器在有机溶剂中超声处理5分钟-2小时，然后在酸/过氧化物/水按比例配制成的混合液体中浸泡2小时-7天，取出，采用有机溶剂、水清洗，干燥，待用；

2、溶液的配制：将添加剂配制成浓度为0.0005-1克/升的溶液，加入浓度为0.001-2摩尔/升的钙盐，配制成钙盐/聚合物的混合溶液，静止，调节溶液的pH值为5-12，取出10¹～10³毫升装于烧杯或者烧瓶中，备用；

3、选择不同碳酸源制备碳酸钙微粒：

i)选择碳酸盐缓慢分解得到的二氧化碳气体作为碳酸源：在10-60℃温度下，将装有经研磨的碳酸盐的烧杯放置于密闭体系中， 碳酸盐的质量为1-300克，碳酸盐的细度为4-400目，烧杯上覆盖一层薄膜以控制其分解产生二氧化碳的速率；同时将步骤(2)中装有混合溶液烧杯的杯口覆上一层薄膜，薄膜上刺有几个洞孔，将烧杯放入密闭体系中；反应10分钟-30天；将烧杯取出，以便对所得产物进行分离；