[发明专利]一种利用超声气溶胶制备中空纳米碳酸钙的方法

说明书

本发明涉纳米中空材料的制备技术领域，具体涉及一种利用超声气溶胶制备中空纳米碳酸钙的方法，包括如下步骤：1)二氧化碳的干燥；2)二氧化碳的计量；3)二氧化碳的加热；4)氢氧化钙液滴的碳化。本发明中利用该方法制得中空纳米碳酸钙可以作为包覆其他组分的载体颗粒；另外，利用超声气溶胶发生装置中的氢氧化钙乳液液滴在干热、过量的二氧化碳气氛中生成氢氧化钙溶液气溶胶，在气溶胶液滴表面生成碳酸钙结晶形成壳层，与此同时，在碳化过程中氢氧化钙乳液滴的表面水分蒸发，使氢氧化钙乳液液滴失水，最终形成中空纳米碳酸钙。

技术领域

本发明涉纳米中空材料的制备技术领域，具体涉及一种利用超声气溶胶制备中空纳米碳酸钙的方法。

背景技术

中空纳米碳酸钙由于其粒径小、比表面积大、无毒等优点在生物医药、环境、化学、食品等领域有广泛的应用。在纳米碳酸钙的生产工艺中，对产品质量影响关键的工序之一是碳化工艺。碳化是决定碳酸钙晶体形貌和粒径大小的控制工序。目前，我国各种纳米碳酸钙生产技术的工艺流程基本一致，其根本区别在于碳化工艺及其设备不同。根据碳化过程的不同，我国纳米碳酸钙的生产方法大致可分为如下几种：传统的低温间歇式鼓泡化法，连续喷雾碳化法，带搅拌器的反应釜碳化法，超重力反应结晶法等。

1. 低温间歇鼓泡碳化技术

该法具有投资少操作简单、技术含量低、但生产不连续、自动化程度低、二氧化碳利用率不高、塔壁结垢清洗的劳动强度大、单套装置的生产规模少、产品粒度分布宽；不同批次产品的重现性差等特点，该法是国内目前应用最广泛的生产纳米碳酸钙的方法，这也是国产纳米碳酸钙产品质量普遍不如进口产品质量稳定的重要原因。

2. 常温连续喷雾碳化技术

该工艺的喷雾碳化与后续工艺的喷雾干燥合称“双喷工艺”。但由于“双喷工艺”操作技术较复杂、需要较高浓度的碳化气，高浓度氢氧化钙悬浮液喷嘴雾化效果不稳定、喷头易于堵塞等问题难以解决，以及如何提高二氧化碳的利用率，如何克服碳化时黏壁、如何实现在线检测控制碳化率等问题。因此，“双喷工艺”在全国推广应用20年来，在国内应用并不普遍，仅在湖南金信化工有限责任公司还硕果仅存一套生产装置，其产品目前仅为亚微米级的微细碳酸钙。

3. 低温带搅拌器的反应釜碳化技术

但该法仍属于间歇法生产，且设备投资大，操作复杂，单机生产能力少，由于受设备制造技术的限制，反应釜的高径比较少(约为2:1)，其气泡上升过程的距离较短，故二氧化碳的利用率较低。

4. 超重力法快速反应技术

在无需添加晶体生长抑制剂的条件下，该法就能最终得到平均粒径达15-30 nm的纳米碳酸钙。该工艺产品平均粒径小、粒径分布均匀，不同批次产品的重现性好、且碳化反应时间仅为传统方法的1/4-1/10，由于不需要使用晶体生长抑制剂，使产品纯度明显提高，生产物料成本有所下降，达国际先进水平。其不足之处是：该工艺技术复杂，电能消耗很高，产量较低。二氧化碳利用率较低，清洗过程复杂。因而性价比较低，适用于生产附加值较高产品。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种利用超声气溶胶制备中空纳米碳酸钙的方法，利用该方法制得中空纳米碳酸钙具有规则的中空结构，可以作为包覆其他组分的载体颗粒；另外，利用超声气溶胶发生装置中的氢氧化钙乳液在干热、过量的二氧化碳气氛中生成氢氧化钙溶液气溶胶，在气溶胶液滴表面生成碳酸钙结晶形成壳层，与此同时，在碳化过程中氢氧化钙乳液滴的表面水分蒸发，使氢氧化钙乳液液滴失水，最终形成中空纳米碳酸钙。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种利用超声气溶胶制备中空纳米碳酸钙的方法，包括如下步骤：

1）二氧化碳的干燥：将二氧化碳气源中的二氧化碳进行降压使气压维持在0.1-6.0MPa，通入干燥装置中除去二氧化碳气体中的水分，得到干燥的二氧化碳气体，备用；