[发明专利]一种杂质自诱导制备纳米棒状碳酸钙的方法

说明书

本发明属功能材料制备技术领域，为克服现有用电石渣制备棒状纳米碳酸钙中电石渣除杂以及外加晶型控制剂造成工艺复杂，成本高的问题，提供一种杂质自诱导制备纳米棒状碳酸钙的方法。利用电石渣中杂质的自诱导，直接将电石渣和CO₂进行气‑液‑固三相连续反应制备具有棒状晶体形态的纳米碳酸钙。使用该方法处理1吨电石渣可消耗0.58吨CO₂以及生成棒状纳米碳酸钙1.5吨。因电石渣中氧化铁杂质的影响，诱导产物自组装为棒状的晶体形态，既可作为造纸填料也可作为纸张涂布材料，且其生产工艺简单、生产成本较低，可实现了工业化生产。本发明消纳大量电石渣等工业固体废弃物，降低原料成本，保护生态环境，实现固废资源综合利用。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种杂质自诱导制备纳米棒状碳酸钙的方法。

背景技术

电石渣是电石与水反应制备乙炔气体的废渣，一吨电石产生约1.5吨的电石渣。电石渣含水量低，粒径小并具有较高的反应活性，溶于水后（pH大于12）呈强碱性，随意堆放会造成土地盐碱化，污染地下水以及造成扬尘等威胁到环境安全和人体健康。而在CO₂的存储及利用技术中，CO₂矿化也被认为是一种最有潜力的方向。纳米碳酸钙具有很高的热力学稳定性、较高的机械强度，是一种重要的无机非金属材料。与重质碳酸钙和轻钙相比较，棒状纳米碳酸钙作为一种填料可被用于纸张，橡胶和塑料中，增强其强度和韧性。

近年来，国内外研究者对于棒状纳米碳酸钙的制备作了大量研究。如中国发明专利CN101570344A公开了一种文石晶型碳酸钙制备方法，该发明是将石灰与水进行消化后做熟化处理，以针状氢氧化镁晶体为晶种制备出粒径为1~2um的棒状碳酸钙。该发明中，石灰与水消化后的熟化时间长，工艺复杂，生产成本较高。中国发明专利CN106517285B公开了一种棒状纳米碳酸钙的制备方法，该发明是将石灰与热水混合后经过研磨，除渣后得到氢氧化钙乳液，然后加入晶型控制剂后再与CO₂在反应塔中反应，最终得到棒状纳米碳酸钙。该工艺复杂繁琐，且额外使用了添加剂，使得成本增加。

因此，探索更为简单的工艺以及更低成本和更高质量的棒状纳米碳酸钙技术的研究与开发是具有很好的经济效益和社会效益的。

发明内容

本发明为克服现有用电石渣制备棒状纳米碳酸钙中电石渣除杂以及外加晶型控制剂造成工艺复杂，成本高的问题，提供了一种杂质自诱导制备纳米棒状碳酸钙的方法，该方法无需外加其他的添加剂，通过研究利用电石渣中的氧化铁杂质对产物的诱导制备棒状纳米碳酸钙，工艺简单，经济效益高；既解决固废堆积污染环境的问题，实现了固废资源综合利用，又得到了高实用价值的棒状纳米碳酸钙。

本发明由如下技术方案实现的：一种杂质自诱导制备纳米棒状碳酸钙的方法，利用电石渣中杂质的自诱导，直接将电石渣和CO₂进行气-液-固三相连续反应制备具有棒状晶体形态的纳米碳酸钙。

具体步骤如下：

（1）电石渣浆液的制备：将电石渣过200目筛，得到粉体；按固液比为1-10:100加入蒸馏水，搅拌10min，使其分散均匀，得到电石渣浆液；

（2）碳化反应：将步骤(1)得到的电石渣浆液，边搅拌边通入CO₂，CO₂的流量为200-500 mL/min，搅拌速度的范围在400-800 rpm/min；用pH计全程测量反应过程中的pH，当碳化反应pH达到6.5-7.5，关闭CO₂气体，搅拌停止，反应结束，得到碳酸钙悬浮液；

（3）将步骤（2）得到的碳酸钙悬浮液静置、过滤、干燥后得到棒状纳米碳酸钙产品。

步骤（1）所述的固液比为1:100、3:100、5:100、7:100或10:100。