CN112619572B - 一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器及其方法 - Google Patents
一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112619572B CN112619572B CN202011614390.3A CN202011614390A CN112619572B CN 112619572 B CN112619572 B CN 112619572B CN 202011614390 A CN202011614390 A CN 202011614390A CN 112619572 B CN112619572 B CN 112619572B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- main channel
- calcium carbonate
- calcium hydroxide
- channel
- suspension
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 335
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 145
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 215
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims abstract description 209
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 209
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 167
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 103
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 52
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 45
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 22
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 21
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 claims description 21
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 18
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 18
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 claims description 18
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical group [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 18
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 claims description 18
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 17
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M sodium octadecanoate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L calcium stearate Chemical compound [Ca+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 235000013539 calcium stearate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000008116 calcium stearate Substances 0.000 claims description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 17
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 75
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 64
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 39
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 26
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 16
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 10
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 9
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 5
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 3
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 3
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 description 2
- 230000001804 emulsifying effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- MOMKYJPSVWEWPM-UHFFFAOYSA-N 4-(chloromethyl)-2-(4-methylphenyl)-1,3-thiazole Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1C1=NC(CCl)=CS1 MOMKYJPSVWEWPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 235000019983 sodium metaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/2415—Tubular reactors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
- C01F11/182—Preparation of calcium carbonate by carbonation of aqueous solutions and characterised by an additive other than CaCO3-seeds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器及其方法，方法如下：将氢氧化钙悬浮液连续从微通道反应器的进口端泵入主通道，同时，将表面改性剂连续从所述支通道泵入主通道；使两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动；将经微孔滤膜过滤后的CO2气体连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，所述分散相被连续的CO2切割成微液滴，得到改性碳酸钙悬浮液；将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到改性纳米碳酸钙。本发明利用微通道反应器技术制备获得纳米碳酸钙的方法，达到制备和改性同步进行的目的，制备出来的碳酸钙分散性能得到很好的改善，是实现集表面改性与成形于一体化操作的一种新工艺技术路线。
Description
技术领域
本发明属于碳酸钙制备领域，具体涉及一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器及其方法。
背景技术
纳米碳酸钙的特点是粒径小，粒径大小只有普通轻质碳酸钙粒径的十分之一；比表面积大，比表面积是普通轻质碳酸钙的8倍大；表面经过活化处理，活化率较高，功能应用前景广泛。目前纳米碳酸钙广泛应用于涂料、塑料、橡胶、胶粘剂、油墨、油漆、化妆品及医药等行业，特别是粒径较小的纳米碳酸钙，以其比表面积大、无毒等优点而被广泛应用，但不同方法制备的纳米碳酸钙粒径大小不同，使得提出可靠制备粒径较小纳米碳酸钙的生产工艺变得尤为重要。
随着纳米碳酸钙的应用，发现纳米碳酸钙有以下几个缺陷：因粒子粒径小导致吸附作用强，粒子相互团聚，在聚合物基体中分散性差；纳米碳酸巧表面具有许多径基，容易吸附水分，未经表面处理的碳酸钙，其表面亲水疏油，呈强极性，在有机介质中难以分散均匀；粒子表面亲水疏油，与聚合物界面结合力较弱，故而在外力冲击时，材料性能表现下降。
为了充分发挥纳米碳酸钙的优势特点，需要对纳米级碳酸钙采取有效改性，提高其在复合材料中的分散性和与基体间亲和力，进而拓宽纳米碳酸钙的应用领域。但是现有制备改性纳米碳酸钙的工艺中，制备得到的改性纳米碳酸钙存在粒径大小不均、颗粒团聚、分散和改性效果差等问题，因此，亟需提供一种能够克服上述问题的改性纳米碳酸钙的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的缺陷，基于微通道反应技术，提供了一种耦合纳米粒改性与制备、能够高效连续得到粒径分布窄的改性纳米碳酸钙及其微通道反应器和方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
本发明的第一目的在于提供了一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器，其包括均为直管的主通道、支通道和气体通道；
在靠近所述主通道进口端的管道上，沿同一径向横截面的周向上连通有至少两个支通道；每个支通道均向进口端倾斜，且支通道轴线与主通道轴线之间的夹角为45°～60°；在所述主通道中部的管道上，沿同一径向横截面的周向上连通有至少两个气体通道，每个气体通道的轴线均与主通道轴线垂直。
作为优选，所述主通道、支通道和气体通道的横截面均为矩形，且宽度为300～330μm，深度为400～550μm。
作为优选，所述支通道和气体通道的数量相同，且位置一一对应。
本发明的第二目的在于提供了一种基于上述任一所述微通道反应器制备改性纳米碳酸钙的方法，其具体如下：
S1：将生石灰和水按照1:(5～20)的质量比搅拌进行消化反应，反应1～2h后过滤除渣，得到氢氧化钙浆料；向所述氢氧化钙浆料中加水，使其固含量调节至1～20％，随后加入晶型控制剂，充分搅拌后，制得均质的氢氧化钙悬浮液；
S2：将所述氢氧化钙悬浮液连续从所述微通道反应器的进口端泵入主通道，同时，将表面改性剂连续从所述支通道泵入主通道；氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相；通过控制氢氧化钙悬浮液和表面改性剂的泵入流速，使两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动；
S3：将经微孔滤膜过滤后的CO2气体连续从所述气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，所述分散相被连续的CO2切割成微液滴；微液滴中，CO2立即溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙；随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，并从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液；
S4：将所述改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到改性纳米碳酸钙。
作为优选，所述过滤除渣采用的是150～200目筛。
作为优选，所述晶型控制剂为质量分数1％的六偏磷酸钠溶液，加入晶型控制剂后的搅拌时间为30～60min。
作为优选，所述表面改性剂为硬脂酸钠、硬脂酸钙或缩合磷酸盐中的一种。
作为优选，所述氢氧化钙悬浮液以0.002～0.0045m/s的流速连续泵入主通道，表面改性剂以0.005～0.011m/s的流速连续泵入主通道，质量浓度为30％的CO2以0.015～0.144m/s的流速连续通入主通道。
作为优选，将所述氢氧化钙浆料的固含量调节至3％，其制备得到的氢氧化钙悬浮液以0.0035m/s的流速连续泵入主通道；表面改性剂以0.005m/s的流速经支通道连续泵入主通道，CO2以0.086m/s的流速经气体通道连续通入主通道。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1)本发明利用微通道反应器内部的流动规律，能够制备出呈单一排列的改性纳米碳酸钙颗粒；通过微通道反应器反应体积单元小而产生的尺寸效应，就能够对纳米碳酸钙进行分散，能够有效避免纳米碳酸钙的团聚，整个制备过程中无需添加分散剂，纳米碳酸钙颗粒之间就可以达到较好的分散效果；而且由于氢氧化钙外部包裹着表面改性剂，因此氢氧化钙和二氧化碳反应生成碳酸钙后能够迅速与表面改性剂发生改性反应，进一步阻止了纳米碳酸钙颗粒之间的团聚发生。
2)本发明利用微通道反应器，通过调节氢氧化钙和表面改性剂的泵入流速，能够实现对改性纳米碳酸钙粒径大小的可控；而传统的机械搅拌无法实现对改性纳米碳酸钙粒径大小的调控。
3)本发明的微通道反应器混合尺度小，因其反应体积单元小而产生的尺寸效应，有利于产物爆炸性成核，提高反应过程中的传质效率，较大程度上加快了反应进程。微通道反应器比表面积极大，碳化反应剧烈，极大的提高了二氧化碳利用率。在物料初始摩尔量一定的前提下，微反应器混合时，所需的反应时间可成倍缩短，减小了生产周期，提高了生产率。当CO2以恒定的流速连续流入微通道反应器支道，使得分散相与CO2之间形成气-液相界面，通过控制气-液两相流型，能够控制制备得到粒径均一、尺寸可控的纳米碳酸钙。
4)本发明利用微通道反应器技术制备获得纳米碳酸钙的方法，达到制备和改性同步进行的目的，制备出来的碳酸钙分散性能得到很好的改善，是实现集表面改性与成形于一体化操作的一种新工艺技术路线。
附图说明
图1为本发明微通道反应器的结构示意图；
图2为本发明制备方法的流程示意图；
图中附图标记为：主通道1、支通道2和气体通道3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，为本发明提供的一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器，该微通道反应器包括主通道1、支通道2和气体通道3，其中，主通道1、支通道2和气体通道3均为直管结构。在主通道1管道靠近其进口端的一侧上，沿主通道1同一径向横截面的周向上连通有至少两个支通道2。每个支通道2的结构均相同，即支通道2的管道均向进口端倾斜，且支通道2轴线与主通道1轴线之间的夹角为45°～60°。在位于主通道1中部一段的管道上，沿主通道1同一径向横截面的周向上连通有至少两个气体通道3，且每个气体通道3的轴线均与主通道1的轴线垂直。
为了使实际应用时能够更好的利用该微通道反应器制备改性纳米碳酸钙，应当将该微通道反应器中主通道1、支通道2和气体通道3的管道设计的相对较小，从而能够通过该微通道的尺寸效应，不仅能够利于产物爆炸性成核、提高反应过程中的传质效率、较大程度上加快了反应进程，还能够对纳米碳酸钙进行分散，能够有效避免纳米碳酸钙的团聚，整个制备过程中无需添加分散剂，纳米碳酸钙颗粒之间就可以达到较好的分散效果。因此，在实际应用时，可以将主通道1、支通道2和气体通道3的管道横截面均设置为矩形，且宽度为300～330μm，深度为400～550μm。
除此之外，为了使CO2气体在通入主管道1时能够更好的与氢氧化钙悬浮液和表面改性剂实现微混合状态，可以将支通道2和气体通道3的设置成相同数量，且两者的位置也是一一对应的关系，这样可以使得表面改性剂和CO2气体均从同一位置与氢氧化钙悬浮液相接触。当CO2气体通入主通道1时，由于气体冲力的作用能够快速将主通道内形成外部包裹着表面改性剂的氢氧化钙液滴群，CO2气体先快速与氢氧化钙反应生成碳酸钙，随后迅速与外部包裹的表面改性剂发生改性反应，避免了碳酸钙之间团聚现象的发生，使得到的改性材料改性更加均匀完全。不仅克服了现有技术中CO2气体与氢氧化钙悬浮液先混合再加表面改性剂时团聚现象的发生，还克服了现有技术中氢氧化钙悬浮液与表面改性剂先混合再与CO2反应产生改性不均匀的缺点，这是因为，氢氧化钙悬浮液与表面改性剂需要在高转速条件下才能达到乳化效果使两者分散均匀，而这一点在实际应用时是很难实现的，若是表面改性剂分散不均匀将会导致改性不均匀。此外，若是将CO2气体与表面改性剂同时通入氢氧化钙悬浮液机械搅拌的话，不仅无法达到本发明中通过改变通入流速实现粒径可控的效果，同时高速乳化产生的耗能也明显提高。
如图2所示，利用上述微通道反应器制备改性纳米碳酸钙的方法，具体如下：
S1：将生石灰和水按照1:(5～20)的质量比进行搅拌，使两者进行消化反应，反应1～2h后，通过150～200目筛对两者的产物进行过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。向得到的氢氧化钙浆料中加水，使其固含量达到1～20％，随后加入晶型控制剂搅拌时间为30～60min，充分搅拌后，制得均质的氢氧化钙悬浮液。
在实际应用时，晶型控制剂可以采用质量分数为1％的六偏磷酸钠溶液。
S2：将S1中得到的氢氧化钙悬浮液以0.002～0.0045m/s的流速连续从本发明设计的微通道反应器的进口端泵入主通道1，同时，将表面改性剂以0.005～0.011m/s的流速连续从微通道反应器的支通道2泵入主通道1。由于微通道反应器中各管道的尺寸较小，因此氢氧化钙悬浮液在主通道1与支通道2的交汇处被通入的表面改性剂包裹，氢氧化钙悬浮液及外部包裹的表面改性剂共同形成分散相。通过控制氢氧化钙悬浮液和表面改性剂的泵入流速，使两者在主通道1内交汇后呈稳定的分层流流态流动，即两相之间形成液-液相界面。
在实际应用时，表面改性剂可以采用硬脂酸钠、硬脂酸钙或缩合磷酸盐中的一种，也可以根据需要选择其他表面改性剂进行对碳酸钙的改性操作。
S3：将经微孔滤膜过滤后质量浓度为30％的CO2气体以0.015～0.144m/s的流速连续从微通道反应器的气体通道3通入主通道1，在主通道1与气体通道3的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴，氢氧化钙悬浮液、CO2气体和表面改性剂三者呈微混合状态。在微液滴中，CO2立即溶于氢氧化钙悬浮液形成的碳酸钙，碳酸钙再与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。由于本发明利用微通道反应器技术，在通入CO2气体形成碳酸钙之前，表面改性剂就已经将氢氧化钙悬浮液完全包裹了，因此，相比于常规的技术路线，避免了碳酸钙表面由于未改性呈亲水性而导致聚集的发生，能够明显降低纳米颗粒间的吸附作用，有效减小纳米碳酸钙在制备成形过程中纳米颗粒之间的团聚效应。
在制备过程中，随着CO2的连续通入，最终会在主通道的后半段内形成稳定的改性碳酸钙液滴群，并从主通道1的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。
S4：将S3中得到的改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，最终得到粒径为30～100nm的改性纳米碳酸钙。
由于氢氧化钙浓度、CO2气体和表面改性剂三者的流速均会影响最终得到的改性纳米碳酸钙材料的粒径及表面改性效果。通过实验发现，在制备过程中，将氢氧化钙浆料的固含量调节至3％，其制备得到的氢氧化钙悬浮液以0.0035m/s的流速连续泵入主通道1；表面改性剂以0.005m/s的流速连续泵入主通道1，CO2以0.086m/s的流速连续通入主通道1，能够使制备得到的改性纳米碳酸钙的粒径为47nm、表面改性均匀性效果最好。
本发明利用微通道反应器技术，氢氧化钙悬浮液以恒定的流速连续泵入微通道反应器主道，控制石灰浆悬浮液在主道内的层流流态，同时表面改性剂以恒定的流速连续泵入微通道反应器支道，使得主通道内的氢氧化钙悬浮液层流外层被表面改性剂充分包裹。该设计有利于主通道液相流在CO2气流连续流入形成气-液相界面反应完成后，表面改性剂直接包裹纳米碳酸钙。
常规的技术中，若是在高浓度氢氧化钙条件下制备纳米碳酸钙，由于CO2在高浓度氢氧化钙中扩散速率减慢，碳化时间延长，生成的碳酸钙粒径大，且碳酸钙表面因未改性呈亲水性而聚集，从而导致该工艺条件下制备的碳酸钙粒径总体上偏大，容易堵塞通道。而本发明利用微通道反应器技术制备获得纳米碳酸钙的方法，在形成纳米碳酸钙前端通入氢氧化钙和表面改性剂，形成表面改性剂包裹氢氧化钙的分散相，能够提高微通道反应器中氢氧化钙的反应浓度范围，减小碳酸钙粒径大小，在降低堵塞通道的风险上，具有明显优势。
实施例1
将生石灰和水按质量比为1:20的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至3％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.0035m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.005m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.07m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为60nm的改性纳米碳酸钙。
实施例2
将生石灰和水按质量比为1:5的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至18％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.003m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.007m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.095m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为88nm的改性纳米碳酸钙。
对比例1
将生石灰和水按质量比为1:30的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至2％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.0035m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.005m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.077m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为74nm的改性纳米碳酸钙。
但该工艺条件下，由于氢氧化钙的浓度低，单位时间内生成的纳米碳酸钙颗粒数量明显减少，纳米碳酸钙的产量降低。
对比例2
将生石灰和水按质量比为1:2的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至20％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.0024m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.006m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.08m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为117nm的改性纳米碳酸钙。
但在该制备过程中，由于CO2在20％的高浓度氢氧化钙中扩散速率减慢，延长了碳化时间，且制备过程中由于粒径大，从而导致该工艺条件下制备的碳酸钙粒径总体上偏大。
实施例3
将生石灰和水按质量比为1:5的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至20％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.004m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.007m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.1m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为93nm的改性纳米碳酸钙。
对比例3
将生石灰和水按质量比为1:20的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至0.5％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.0035m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.008m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.110m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为78nm的改性纳米碳酸钙。
但该工艺条件下，由于氢氧化钙的浓度太低，单位时间内生成的纳米碳酸钙颗粒数量明显减少，纳米碳酸钙的产量大幅度降低，该工艺条件不适用于大规模工业生产。
对比例4
将生石灰和水按质量比为1:5的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至30％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.002m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.005m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.07m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为115～126nm的改性纳米碳酸钙。
但在该制备过程中，由于CO2在高浓度氢氧化钙中扩散速率减慢，延长了碳化时间，且制备过程中由于粒径大，且碳酸钙表面因未改性呈亲水性而聚集，从而导致该工艺条件下制备的碳酸钙粒径总体上偏大。
对比例5
将生石灰和水按质量比为1:10的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至8％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.007m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.008m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.144m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为125nm的改性纳米碳酸钙。
该工艺条件下，氢氧化钙悬浮液与表面改性剂依然可以形成分层流，但长时间难以维持稳定。此外，由于表面改性剂在交汇处受到较大阻力，导致包裹氢氧化钙悬浮液困难，包裹时间延长，导致单位时间内包裹的氢氧化钙浓度升高，碳化时间延长，从而导致该工艺条件下制备的碳酸钙粒径总体上偏大。
实施例4
将生石灰和水按质量比为1:20的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至4％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.004m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.011m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.144m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为55nm的改性纳米碳酸钙。
实施例5
将生石灰和水按质量比为1:20的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至3％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.0035m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.005m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.086m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，分散相被连续的CO2切割成微液滴。微液滴中，CO2在极短时间内溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙。随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，随着微通道反应器中流体的连续注入，液滴群从主通道的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液。将改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为47nm的改性纳米碳酸钙。
对比例6
将生石灰和水按质量比为1:15的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至5％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.0035m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.02m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。
控制氢氧化钙悬浮液与表面改性剂两相流速恒定，在主通道与支通道的交汇处，由于表面改性剂对氢氧化钙悬浮液的剪切力增大，氢氧化钙悬浮液在两侧剪切力作用下，被切割呈一定长度的液柱，此时氢氧化钙悬浮液与表面改性剂无法形成稳定分层流，氢氧化钙被表面改性剂包裹严实，导致CO2难以与表面改性剂内部的氢氧化钙反应，从而无法生成纳米碳酸钙。
对比例7
将生石灰和水按质量比为1:10的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至8％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.0035m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.005m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.2m/s流速连续从气体通道通入主通道，在主通道与气体通道的交汇处，连续的CO2对分散相两侧剪切力过大，难以形成微液滴，两相流速较大，导致CO2与氢氧化钙溶液的接触时间短，由于反应时间不足，难以生成碳酸钙。随着微通道反应器通道中流体的连续注入，表面改性剂包裹的氢氧化钙悬浮液未来得及与CO2反应，而直接流出主通道。
对比例8
将生石灰和水按质量比为1:20的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至3％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.0025m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道，此时氢氧化钙悬浮液在主道内呈层流流态，同时，表面改性剂以0.005m/s的流速连续泵入微通道反应器的支通道。氢氧化钙悬浮液在主通道与支通道的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相，氢氧化钙悬浮液和表面改性剂两者在主通道内交汇后呈稳定的分层流流态流动。将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.01m/s流速连续从气体通道通入主通道，控制分散相与CO2两相流速恒定，在主通道与气体通道的交汇处，由于CO2流速过低，对分散相的剪切力不足以克服与分散相之间的表面张力，此时分散相难以被连续的CO2切割成微液滴，氢氧化钙被表面改性剂包裹严实，导致CO2难以与表面改性剂内部的氢氧化钙反应，从而无法生成纳米碳酸钙。
对比例9
本实施例中利用常规的十字形微通道进行制备纳米碳酸钙，与本发明中的微通道区别在于，常规微通道没有前端改性支道，而是氢氧化钙直接与CO2在微通道内进行微混合反应。本实施例的具体操作如下：
将生石灰和水按质量比为1:20的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至2％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.0045m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道。同时，将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.06m/s流速连续从气体通道通入主通道，控制氢氧化钙悬浮液与CO2两相流速恒定，氢氧化钙悬浮液流至十字交叉口处，氢氧化钙悬浮液被连续的CO2切割成微液滴，氢氧化钙悬浮液与CO2形成气-液相界面，极短时间内CO2溶解于氢氧化钙溶液中，氢氧化钙与CO2反应生成纳米碳酸钙。随着CO2连续切割，不断生成纳米碳酸钙微液滴，最终形成稳定的纳米碳酸钙液滴群，随着微通道反应器通道中流体的连续注入，生成的纳米碳酸钙连续从通道流出。将纳米碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为82nm的纳米碳酸钙。后续对生成的纳米碳酸钙进行改性，本实施例中使用操作简单的传统机械化学改性法，硬脂酸钠作为改性剂，改性温度为80℃条件下，改性1h，制备获得改性纳米碳酸钙。微通道制备的纳米碳酸钙粒径小，对于粒径较小的纳米碳酸钙，在机械搅拌混合条件下，表面亲水的纳米碳酸钙之间易发生聚集现象，导致改性剂分散效果不佳，且表面改性均匀性差。
对比例10
本实施例中利用常规的十字形微通道进行制备纳米碳酸钙，与本发明中的微通道区别在于，常规微通道没有前端改性支道，而是氢氧化钙直接与CO2在微通道内进行微混合反应。本实施例的具体操作如下：
将生石灰和水按质量比为1:5的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至18％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.007m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道。同时，将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.09m/s流速连续从气体通道通入主通道，控制氢氧化钙悬浮液与CO2两相流速恒定，氢氧化钙悬浮液流至十字交叉口处，氢氧化钙悬浮液被连续的CO2切割成微液滴，氢氧化钙悬浮液与CO2形成气-液相界面，极短时间内CO2溶解于氢氧化钙溶液中，氢氧化钙与CO2反应生成纳米碳酸钙。随着CO2连续切割，不断生成纳米碳酸钙微液滴，最终形成稳定的纳米碳酸钙液滴群，随着微通道反应器通道中流体的连续注入，生成的纳米碳酸钙连续从通道流出。将纳米碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为114nm的纳米碳酸钙。在制备过程中，由于CO2在高浓度氢氧化钙中扩散速率减慢，延长了碳化时间，且制备过程中由于粒径大，且碳酸钙表面因未改性呈亲水性而聚集，从而导致该工艺条件下制备的碳酸钙粒径总体上偏大，容易堵塞通道。
对比例11
本实施例中利用常规的十字形微通道进行制备纳米碳酸钙，与本发明中的微通道区别在于，常规微通道没有前端改性支道，而是氢氧化钙直接与CO2在微通道内进行微混合反应。本实施例的具体操作如下：
将生石灰和水按质量比为1:20的比例搅拌进行消化，反应1h后，过200目筛过滤除渣，得到氢氧化钙浆料。将氢氧化钙浆料固含量调至3％，投加1％的六偏磷酸钠溶液充分搅拌，制得均质氢氧化钙悬浮液。氢氧化钙悬浮液以0.006m/s的流速连续泵入微通道反应器的主通道。同时，将经微孔滤膜过滤后的CO2气体以0.065m/s流速连续从气体通道通入主通道。控制氢氧化钙悬浮液与CO2两相流速恒定，氢氧化钙悬浮液流至十字交叉口处，氢氧化钙悬浮液被连续的CO2切割成微液滴，氢氧化钙悬浮液与CO2形成气-液相界面，极短时间内CO2溶解于氢氧化钙溶液中，氢氧化钙与CO2反应生成纳米碳酸钙。随着CO2连续切割，不断生成纳米碳酸钙微液滴，最终形成稳定的纳米碳酸钙液滴群，随着微通道反应器通道中流体的连续注入，生成的纳米碳酸钙连续从通道流出。将纳米碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为98nm的纳米碳酸钙。该工艺条件下，由于CO2在较低的氢氧化钙中扩散速率加快，碳化反应主要在氢氧化钙浓度的控制下进行，低浓度氢氧化钙条件下，碳化反应速率较低，碳化时间延长，导致该工艺条件下制备的碳酸钙粒径总体上偏大，且碳酸钙主要在靠近通道下游区域生成。
对比例12
配制1％的氢氧化钙溶液，平均分成A、B两份。将A与2％的硬脂酸钠表面改性剂在30000rpm条件下，高速乳化5min得到C，再将C与B混合均匀得到D。将D作为分散相，30％浓度的CO2为连续相透过微孔膜，同时进入十字形微通道反应器进行碳化反应。将D作为分散相，以0.006m/s恒定流速连续泵入微通道反应器主道，同时，30％浓度的CO2为连续相透过微孔膜，以0.065m/s恒定流速连续流入微通道反应器两侧支道。控制D与CO2两相流速恒定，当D流至十字交叉口处，与CO2形成气-液相界面，D被连续的CO2切割成微液滴，CO2溶解于D中的氢氧化钙溶液中，氢氧化钙与CO2反应生成改性纳米碳酸钙。随着CO2连续切割，不断生成改性纳米碳酸钙微液滴，最终形成纳米碳酸钙液滴群，随着微通道反应器通道中流体的连续注入，生成的改性纳米碳酸钙连续从通道流出。将改性纳米碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到粒径为60～80nm的改性纳米碳酸钙。
该工艺条件下，制备得到的改性纳米碳酸钙表面改性效果取决于前端混合及乳化效果。实验发现，通过前端机械改性形成的纳米碳酸钙液滴群连续性较差，导致制备的改性纳米碳酸钙粒径分布均匀性较差，制备的产品受前端高速混合效率影响较大，且高速乳化改性条件耗能高。而采用本发明中的一体化制备改性纳米碳酸钙工艺，耗能低、表面活性剂用量均一，且粒径分布窄，故表面改性剂包裹均匀性好，表面改性均匀性效果好。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于微通道反应器制备改性纳米碳酸钙的方法，其特征在于，所述微通道反应器包括均为直管的主通道（1）、支通道（2）和气体通道（3）；
在靠近所述主通道（1）进口端的管道上，沿同一径向横截面的周向上连通有至少两个支通道（2）；每个支通道（2）均向进口端倾斜，且支通道（2）轴线与主通道（1）轴线之间的夹角为45°~60°；在所述主通道（1）中部的管道上，沿同一径向横截面的周向上连通有至少两个气体通道（3），每个气体通道（3）的轴线均与主通道（1）轴线垂直；
所述方法具体如下：
S1：将生石灰和水按照1:（5～20）的质量比搅拌进行消化反应，反应1~2 h后过滤除渣，得到氢氧化钙浆料；向所述氢氧化钙浆料中加水，使其固含量调节至1～20%，随后加入晶型控制剂，充分搅拌后，制得均质的氢氧化钙悬浮液；
S2：将所述氢氧化钙悬浮液连续从所述微通道反应器的进口端泵入主通道（1），同时，将表面改性剂连续从所述支通道（2）泵入主通道（1）；氢氧化钙悬浮液在主通道（1）与支通道（2）的交汇处被表面改性剂包裹，共同形成分散相；通过控制氢氧化钙悬浮液和表面改性剂的泵入流速，使两者在主通道（1）内交汇后呈稳定的分层流流态流动；
S3：将经微孔滤膜过滤后的CO2气体连续从所述气体通道（3）通入主通道（1），在主通道（1）与气体通道（3）的交汇处，所述分散相被连续的CO2切割成微液滴；微液滴中，CO2立即溶于氢氧化钙悬浮液，形成的碳酸钙与表面改性剂反应形成改性碳酸钙；随着CO2的连续通入，最终形成稳定的改性碳酸钙液滴群，并从主通道（1）的出口端流出，得到改性碳酸钙悬浮液；
S4：将所述改性碳酸钙悬浮液经过滤、真空干燥后，得到改性纳米碳酸钙；
所述氢氧化钙悬浮液以0.002~0.0045 m/s的流速连续泵入主通道（1），表面改性剂以0.005~0.011 m/s的流速连续泵入主通道（1），质量浓度为30%的CO2以0.015~0.144 m/s的流速连续通入主通道（1）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主通道（1）、支通道（2）和气体通道（3）的横截面均为矩形，且宽度为300~330μm，深度为400~550μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支通道（2）和气体通道（3）的数量相同，且位置一一对应。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过滤除渣采用的是150～200目筛。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶型控制剂为质量分数1%的六偏磷酸钠溶液，加入晶型控制剂后的搅拌时间为30~60min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面改性剂为硬脂酸钠、硬脂酸钙或缩合磷酸盐中的一种。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述氢氧化钙浆料的固含量调节至3%，其制备得到的氢氧化钙悬浮液以0.0035 m/s的流速连续泵入主通道（1）；表面改性剂以0.005 m/s的流速经支通道（2）连续泵入主通道（1），CO2以0.086 m/s的流速经气体通道（3）连续通入主通道（1）。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙的粒径为30~100nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011614390.3A CN112619572B (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器及其方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011614390.3A CN112619572B (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器及其方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112619572A CN112619572A (zh) | 2021-04-09 |
| CN112619572B true CN112619572B (zh) | 2022-06-21 |
Family
ID=75286929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011614390.3A Active CN112619572B (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112619572B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113617326B (zh) * | 2021-08-13 | 2023-01-31 | 中北大学 | 一种用于高稳定o/w纳米乳液的制备装置及其制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103614297B (zh) * | 2013-11-20 | 2015-04-15 | 南方医科大学珠江医院 | 仿肝板结构肝细胞三维培养装置及其培养方法 |
| WO2017060876A1 (en) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | King Abdullah University Of Science And Technology | Microfluidic droplet generator with controlled break-up mechanism |
| CN205133627U (zh) * | 2015-11-25 | 2016-04-06 | 成都赫尔墨斯科技有限公司 | 一种组织工程微模块的预处理液制造结构 |
| CN106140340B (zh) * | 2016-08-19 | 2019-02-01 | 北京工业大学 | 基于流动聚焦型微通道合成微乳液滴的微流控芯片 |
| CN110128851B (zh) * | 2019-04-19 | 2020-11-03 | 清华大学 | 一种疏水纳米碳酸钙的制备方法 |
| CN111333096A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-06-26 | 立达超微工业（苏州）有限公司 | 一种超微细碳酸钙粉体的生产工艺 |
-
2020
- 2020-12-30 CN CN202011614390.3A patent/CN112619572B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112619572A (zh) | 2021-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104370289B (zh) | 一种微通道制备粒径均一的纳米二氧化硅的方法 | |
| CN111097360B (zh) | 具有微孔喷嘴结构的非均相反应器 | |
| JP2004535930A (ja) | ナノメートルサイズの粉末及びナノメートルサイズの粒子疎集合体粉末の製造方法 | |
| CN112619572B (zh) | 一种用于制备改性纳米碳酸钙的微通道反应器及其方法 | |
| CN105502462B (zh) | 一种利用微孔管制备纳米碳酸钙的装置及方法 | |
| JP2009518167A5 (zh) | ||
| CN101774623A (zh) | 一种米粒状超细活性碳酸钙的工业化制备方法 | |
| CN104650104B (zh) | 锌离子-卟啉纳米络合物的制备方法 | |
| CN102897815B (zh) | 一种纳米碳酸钙碳酸化反应釜 | |
| CN110172117B (zh) | 一种喷射法制备均粒树脂的技术 | |
| CN103508474A (zh) | 一种微通道沉淀—水热法制备氢氧化镁阻燃剂的方法 | |
| CN106587125A (zh) | 一种轻质碳酸钙的制备方法 | |
| CN101798090B (zh) | 一种制备纳米二氧化硅的方法 | |
| CN106698496A (zh) | 一种亚微米硫酸钡粉体的制备方法 | |
| CN1572361A (zh) | 无机质球状体的制造方法及制造装置 | |
| CN104891545B (zh) | 纳米碳酸钙生产的碳化反应装置及方法 | |
| CN214382597U (zh) | 一种连续制备改性纳米碳酸钙的一体化装置 | |
| CN113213520A (zh) | 一种纳米硫酸钡连续制备方法及系统 | |
| CN102431996A (zh) | 一种单分散大尺寸碳球的制备方法 | |
| Panwar et al. | Atmospheric pressure plasma-assisted green synthesis of amphiphilic SiO2 Janus particles | |
| CN115624928A (zh) | 一种制备纳米碘化亚铜的微反应设备及使用方法 | |
| CN115193314A (zh) | 一种基于微通道的屈服应力型流体内气泡的制备方法 | |
| CN111761072A (zh) | 一种用于超临界水热合成纳米金属粉体的多段射流高效混合装置与方法 | |
| CN113041968B (zh) | 一种微反应器系统内基于Pickering乳液固体输送的方法 | |
| CN204727618U (zh) | 纳米碳酸钙生产的碳化反应用乳化分散机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |