[发明专利]一种利用长链叔胺制备纳米碳酸钙的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米碳酸钙的方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

由于纳米材料表现出许多与传统材料不同的特殊性质，因而在化学化工、生物医学、复合材料、信息、光电转化等领域展示了广阔的应用前景。纳米碳酸钙已广泛应用于塑料、橡胶、油墨、造纸、医药、食品等领域。由于其具有多种晶体形状(球形、立方形、链状、片状等)和结晶构造(非晶质、方解石型、文石型、球霰石型)，可根据各自性能应用于不同行业，制备晶型、形貌及尺寸可控的碳酸钙纳米粒子己成为这一领域的研究热点和难点。

目前，合成纳米碳酸钙的方法主要有复分解法、碳化法、微乳液法、溶胶-凝胶法等，其中表面活性剂软膜板制备纳米微粒具有操作简单、粒径大小可控、粒子分散性好、分布窄、易于实现连续化生产操作等特点，与传统的化学制备法相比，具有明显的优势。但该方法在操作中需要使用大量表面活性剂以及油相，如何除去表面活性剂，分离回收它们，是一个亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统表面活性剂软膜板制备纳米碳酸钙方法中，后处理过程中难以脱除模板剂，且表面活性剂难于回收利用的问题。

长链叔胺不是表面活性剂，向长链叔胺和水的浑浊混合液中通入CO₂后，叔胺可被质子化而形成长链叔胺碳酸氢盐，该碳酸氢盐能自组装形成胶束溶液。本发明以长链叔胺通入CO₂后原位形成具有表面活性剂的长链叔胺碳酸氢盐为模板剂，在该模板剂下合成得到纳米碳酸钙。反应结束后，长链叔胺碳酸氢盐接触空气后易分解，在30-60℃下形成无表面活性的叔胺，叔胺与纳米碳酸钙颗粒间相互作用力较小，能直接用水和丙酮交替洗涤颗粒即可脱除吸附在介孔碳酸钙颗粒上的叔胺，避免了传统表面活性剂软膜板脱除的难题；滤液除去丙酮、水后可回收得到长链叔胺。因此利用长链叔胺则解决了难以脱除模板剂和回收模板剂的问题。

所采用的是长链叔胺，分子结构式如下：

R₁=原子数为6～18的烷基，R₂=原子数为6、8、12的烷基

利用长链叔胺合成介孔SiO₂的方法按以下步骤进行：首先取1-500mmol的长链叔胺加入到1L水中，在1atm-5atm的CO₂压力环境下搅拌至完全澄清，向其中加入1-500mM的氨水，1-2500mM氯化钙，在1atm-5atm的CO₂压力环境下，5-60℃下反应1小时～6天。反应结束后，通入空气，在30-60℃下搅拌10-30分钟，至反应液浑浊分层。离心分离，白色固体产物用水和丙酮依次洗涤数次后得到纳米碳酸钙；溶液静置分层，油层除去丙酮和少量水，回收得到长链叔胺。

本发明反应条件温和，反应过程中无有害气体产生，反应结束后直接洗涤即可去除模板剂，操作简便，且长链叔胺可重复利用，节约成本、减少污染。

附图说明

图1是实施方案例1中，合成结束后交替用水和丙酮各洗涤5次所得产物的X射线衍射图。

图2是实施方案例1中，合成结束后交替用水和丙酮各洗涤5次所得产物的扫描电镜图。

图3是实施方案例2中，合成结束后交替用水和丙酮各洗涤5次所得产物的扫描电镜图，图中碳酸钙为方块状形貌。

具体实施方式

实施方式例1：取1.15g N，N-二甲基正十二胺于瓶中，加入36g去离子水，在1.2atm CO₂压力下搅拌至溶液完全澄清，然后向溶液中加入0.5g氨水，入2.0g氯化钙，在1.2atm CO₂压力下，20℃下反应6小时。反应结束后，通入空气，在40℃下搅拌，反应液逐渐浑浊分层，离心分离，得到白色固体，用水和丙酮依次洗涤白色固体5次后真空干燥即得纳米碳酸钙；滤液静置分层，油层除去丙酮和少量水，回收得到N,N-二甲基正十二胺。

对样品进行X射线衍射分析发现，图中的峰位置和峰强度图中与PDF标准衍射图谱(JCPDS05-0586)吻合，可知其结构为方解石型。

对样品进行扫描电镜分析发现所得碳酸钙为树枝状形貌。