[发明专利]一种棒状方解石型碳酸钙晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳酸钙晶体的制备方法。

背景技术

碳酸钙是一种重要的生物矿物和一种环境友好型材料，其广泛存在于生物体内，其强度可以比单一的矿物晶体高1000～3000倍，以及特殊的光学性能、力学性能和较强的抗撕裂能力等。并且碳酸钙来源广泛丰富、价格低廉、具有无毒、无味、填充量大等诸多优点。因此，碳酸钙在工业领域有着广泛的应用，目前主要应用于橡胶、油墨、塑料、造纸、涂料、医药、环保、食品等工业。

近年来，对于无机材料的大小和形貌的调控已成为碳酸钙能否被广泛应用的关键因素。与控制碳酸钙的粒径相比，对于碳酸钙形貌的调控难度更大些。目前仿生合成出的碳酸钙形貌有球形、链状、立方形、针状、纺锤形、片状、无定形等多种形状。不同形貌的碳酸钙应用领域也不相同。如立方状的碳酸钙加入到油漆中较容易分散；链状的碳酸钙加入到塑料、橡胶中，能够起到补强效果。

棒状碳酸钙其用作塑胶材料中可制成被环境消纳的塑料。但是目前的棒状碳酸钙的制备方法复杂，价格高、晶粒尺寸不好控制。

发明内容

本发明是要解决目前的棒状碳酸钙的制备方法复杂，价格高以及晶粒尺寸不好控制的问题，从而提供一种棒状方解石型碳酸钙晶体的制备方法。

本发明的一种棒状方解石型碳酸钙晶体的制备方法按以下步骤进行：

一、将Ca(OH)₂配置成质量浓度为6％～10％的水溶液，然后将其置于20℃～60℃恒温水浴锅中，在50r·min^-1～300r·min^-1的转速下搅拌的同时以0.2L·min^-1～0.8L·min^-1的速度通入CO₂气体10min～20min，得到混合液；

二、先将PASP配置成质量浓度为4％的PASP水溶液，然后加入到步骤一得到的混合液中，反应1.5h～2h后停止通入CO₂，气体得到悬浊液；

三、将步骤二得到的悬浊液用去离子水洗涤2～4次，然后用无水乙醇洗涤2～4次，洗涤后得到的产物进行一次抽滤，最后在60℃～100℃的恒温下真空干燥12h～36h，即得到碳酸钙晶体。

其中上述步骤二中的PASP的制备方法如下：

1)、制备咪唑硫酸氢盐[Hmim]HSO₄：将8.2gN-甲基咪唑(7.9mL，0.1mmol)加入到250mL三颈瓶中，将其置于0℃的冰水浴中，在搅拌速度为400r/min下滴加10.2g质量分数为98％的浓硫酸和10mL水的混合溶液，并于30min内滴加完成，然后将三颈瓶从冰水浴中取出，在室温条件下以400r/min的速度搅拌2h，将所得产物在75℃下进行旋转蒸发，最终得到无色透明离子液体[Hmim]HSO₄；

2)、聚合反应：

①、制备PSI：将12mL[Hmim]HSO₄离子液体加入到250mL三口烧瓶中，将其置于电子恒温油浴锅中，分四次加入共8g的L-Asp，然后在油浴温度为200℃和搅拌速度为800r·min^-1下恒温搅拌反应2h，后得到红褐色PSI；

②、分离：在温度为20℃条件下，向步骤2)里①得到的红褐色PSI中加入250mL去离子水，搅拌1h后静置沉淀至固液出现分层现象，倒去上层液体后抽滤分离出黄褐色固体，并用去离子水3次洗涤以保证没有残留离子液体，洗涤后的产物在温度为80℃恒温干燥至恒重，得到黄褐色PSI中间体；

③、提纯：在质量分数为10％的NaOH溶液中进行PSI中间体的水解，PSI中间体完全水解为黄棕色透明液体PASP的钠盐，然后向黄棕色透明液体PASP的钠盐中滴加体积分数为10％的盐酸溶液调节pH值，pH值调至3.0～3.5之间，再加入100mL乙醇萃取沉析后得到淡黄色固体，在温度为80℃下对黄色固体进行恒温干燥至恒重，即得到PASP。

本发明制备的棒状方解石型碳酸钙晶体具有如下优点：

(1)在碳化法合成碳酸钙的过程中，采用滞后投加PASP方法合成棒状碳酸钙；通过控制Ca²⁺离子浓度，水浴温度和搅拌速度，可以调控棒状方解石碳酸钙晶体的晶粒尺寸。

(2)本发明制备的碳酸钙晶体，晶型为方解石，形状为棒状，粒径最小为400nm。