[发明专利]一种微纳分级孔结构碳酸钙中空微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种微纳分级孔结构碳酸钙中空微球的制备方法，该方法是在匀速搅拌条件下，先将氯化钙/聚乙烯吡咯烷酮(CaCl₂/PVP)混合溶液滴加到十二烷基磺酸钠(SDSN)溶液中，再向所述SDSN溶液中滴加碳酸钠/聚乙烯吡咯烷酮(Na₂CO₃/PVP)混合溶液进行反应后，静置陈化；所得产物经洗涤、干燥后，置于高温下煅烧，即得；该方法对微纳分级孔结构碳酸钙中空微球形貌可控，可以获得大小分布均匀，同时具有微米级和纳米级孔洞的碳酸钙中空微球，且方法简单、高效，反应条件温和，满足工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种微纳分级孔结构碳酸钙中空微球的制备方法，属于无机纳米功能材料制备技术领域。

背景技术

微纳分级孔结构材料作为一种功能材料，因其具有特殊的光、电、磁、催化和力学性能，一直是材料科学的前沿研究领域之一。微纳分级孔结构材料是指在其材料内部形成微米级的空腔而在其材料表面形成纳米孔的一种具有分级孔的核壳结构材料，其分级结构通常由纳米粒子相互组装排列构成。微纳分级孔结构材料具有密度低，比表面积大，稳定性好，表面可渗透性好等特性，在催化、污染物吸附、微纳米器件、新能源材料、生物医学及气敏材料等领域有着广阔的应用前景。

碳酸钙作为一种用途广泛的化工产品，因原料低廉易得、生产工艺简单、性能稳定等特点，使其在橡胶、塑料、造纸、涂料、纺织、食品、牙膏等领域得到广泛应用。而具有微纳分级孔结构的碳酸钙中空微球由于其兼具微米孔及纳米孔的特性，使其具有比表面积高，孔体积大和孔径可调，特殊的形貌结构以及优良的化学稳定性和热稳定性等性质，使得碳酸钙的应用范围进一步扩大，在制药学、生物学及吸附过滤等方面具有潜在的应用前景，已成为国内外研究的热点。

目前，多孔碳酸钙微球的制备主要是利用溶液合成方法，借助球形模板剂及各种添加剂的调控作用，制备出形貌和结构有效可控的碳酸钙粒子。但添加剂与模板剂多为表面活性剂与高聚物，在实验中存在一些不足，如添加剂对实验条件要求比较苛刻，使得材料制备工艺复杂；模板剂与无机材料壳层间作用力弱，在包覆过程中需要对材料表面进行改性；且部分表面活性剂相容性较差。因此，选择合适的模板剂是实现碳酸钙简易制备及形貌可控的必要前提。

发明内容

针对现有技术中多孔碳酸钙微球的制备方法存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种通过PVP和SDSN复合模板剂对微纳分级孔结构碳酸钙中空微球的形貌调控，可以获得大小分布均匀，且同时具有微米级和纳米级孔洞的碳酸钙中空微球的方法，该方法简单、高效，反应条件温和，满足工业化生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种微纳分级孔结构碳酸钙中空微球的制备方法，该制备方法是在匀速搅拌及40～60℃温度条件下，先将CaCl₂/PVP混合溶液滴加到SDSN溶液中，再向所述SDSN溶液中滴加Na₂CO₃/PVP混合溶液进行反应后，静置陈化；所得产物经洗涤、干燥后，置于350～450℃温度下煅烧，即得。

本发明的技术方案以CaCl₂和Na₂CO₃作为反应原料，采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基磺酸钠(SDSN)组合使用作为模板剂，通过化学沉淀反应得到碳酸钙晶体，碳酸钙晶体以自组装方式获得碳酸钙中空微球前躯体，PVP和SDSN与碳酸钙晶体之间的相容性好，作用力强，能很好地控制碳酸钙晶体的生长，最终得到形貌较好的具有微纳分级孔结构的碳酸钙中空微球；克服了现有的模板剂与无机材料壳层间因作用力弱及相容性差等不足，而导致的碳酸钙晶体形貌难以控制的缺陷。

优选的方案，将CaCl₂/PVP混合溶液滴加到SDSN溶液中的时间为0.5～1小时，滴加完成后，搅拌的时间为1～2小时。