基本信息
- 项目名称：
- 碳酸钙基复合钛白制备研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在CO2气体浓度和晶型控制剂H2SO4加入量不变的条件下，采用间歇鼓泡碳化法制备碳酸钙基复合钛白，研究了Ca(OH)2初始浓度、CO2气体流量的优化参数。结果表明：TiO2颗粒比较稳定地镶嵌在碳酸钙基体上，随反应时间的进行，pH值逐渐由13下降到7左右，随CO2气体流量增加，反应总时间减少；随Ca(OH)2初始浓度增加，反应总时间增加，复合钛白平均粒径增大，最佳初始浓度为10.5%～12%。
- 详细介绍：
- 钛白粒子的颜料性能通过光学性能体现，光学性能主要取决于TiO2粒子的表面性质，因此，TiO2粒子内核对光学性能几乎没有贡献。如果能使用一种廉价易得的白色材料(CaCO3)取代TiO2二次粒子内核，则钛白单位成本将大大降低。 碳酸钙基复合钛白的生产, 主要是在轻钙生产工艺基础上, 用CO2 不完全碳酸化后得到主体碳酸钙沉淀, 加入TiO2 颗粒镶嵌于碳酸钙颗粒表层, 通过脱水、干燥、破碎和分级得到复合钛白产品。 碳化包覆方法属于化学方法，与物理方法不同之处在于：将0.3μm TiO2单个颗粒镶嵌在几μm左右的碳酸钙单个颗粒上。可以想象，由这种一次复合粒子形成的二次复合粒子，其均匀度很高，能够充分发挥TiO2固有的颜料特性。 但到目前为止, 碳酸钙基复合钛白合成的基础性研究还不够完善, 本研究在实验室采用间歇鼓泡碳化法制备碳酸钙基复合钛白, 跟踪整个反应过程, 获得了pH 值、反应液温度、CO2 气体流量等参数与反应时间的关系以及Ca(OH)2 浓度与反应时间和碳酸钙基复合钛白粒径的关系,。结果表明: 在CO2气体浓度和晶型控制剂H2SO4加入量不变的条件下, 采用间歇鼓泡碳化法制备碳酸钙基复合钛白。TiO2颗粒比较稳定地镶嵌在碳酸钙基体上, 随反应时间的进行, pH 值逐渐由13 下降到7 左右, 随CO2 气体流量增加, 反应总时间减少; 随Ca(OH)2 初始浓度增加, 反应总时间增加, 复合钛白平均粒径增大, 最佳Ca(OH)2初始浓10.5%-12% 。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：1.提高自己的创新能力和动手能力；2.带动身边的同学提高学校的科研氛围；3.制备一种性能满足要求的低成本复合钛白粉。 思路：1. 钛矿资源的日益紧缺和钛白成本的居高不下；2.寻求一种低成本的钛白粉替代品；3.查阅资料文献，制备出碳酸钙基复合钛白粉，并确定各种制备优化参数；4.整理资料并发表论文，指导生产实践。
科学性、先进性及独特之处
- 钛白粒子的颜料性能通过光学性能体现，光学性能主要取决于TiO2粒子的表面性质，因此，TiO2粒子内核对光学性能几乎没有贡献。如果能使用一种廉价易得的白色材料取代TiO2二次粒子内核，则钛白单位成本将大大降低。 目前, 碳酸钙基复合钛白合成的基础性研究还不够完善, 本研究在实验室采用间歇鼓泡碳化法制备碳酸钙基复合钛白, 碳化法在国外刚处于起步阶段，在国内颜料研究领域还处于空白。
应用价值和现实意义
- TiO2复合颜料的应用性能指标与TiO2颜料略有降低（白度除外），但从在涂料、塑料等领域的应用情况看，完全可以满足中低档用户的需求，作为一种新材料，在普通涂料、塑料、造纸等应用领域，本TiO2复合颜料新产品可以部分替代锐钛型钛白。这就可以大大减少TiO2的消耗，减少环境压力，降低成本。
学术论文摘要
- 碳酸钙基复合钛白的生产, 主要是在轻钙生产工艺基础上, 用CO2 不完全碳酸化后得到主体碳酸钙沉淀, 加入TiO2 颗粒镶嵌于碳酸钙颗粒表层, 通过脱水、干燥、破碎和分级得到复合钛白产品。 碳化包覆方法属于化学方法，与物理方法不同之处在于：将0.3μm TiO2单个颗粒镶嵌在几μm左右的碳酸钙单个颗粒上。由这种一次复合粒子形成的二次复合粒子，其均匀度很高，能够充分发挥TiO2固有的颜料特性。 本研究在实验室采用间歇鼓泡碳化法制备碳酸钙基复合钛白, 跟踪整个反应过程, 获得了pH 值、反应液温度、CO2 气体流量等参数与反应时间的关系以及Ca(OH)2 浓度与反应时间和碳酸钙基复合钛白粒径的关系,。结果表明: 在CO2气体浓度和晶型控制剂H2SO4加入量不变的条件下, 采用间歇鼓泡碳化法制备碳酸钙基复合钛白。TiO2颗粒比较稳定地镶嵌在碳酸钙基体上, 随反应时间的进行, pH 值逐渐由13 下降到7 左右, 随CO2 气体流量增加, 反应总时间减少; 随Ca(OH)2 初始浓度增加, 反应总时间增加, 复合钛白平均粒径增大, 最佳Ca(OH)2初始浓10.5%-12% 。
获奖情况
- 《四川化工》第13卷 2010年 第5期 获得攀枝花学院课外学术科技竞赛一等奖
鉴定结果
- 情况属实
参考文献
- [1] 肖品东. 纳米沉淀碳酸钙工业化技术[ M ] . 化学工业出版社,2004: 131- 134. [2]邹建新, 杨成, 彭富昌. 复合钛白的制备技术现状与趋势[ J] . 轻金属, 2008, ( 8) : 47- 50. [3] 姚超, 俞志敏. 超细碳酸钙制备的研究[ J ] . 无机盐工业, 2000, 32( 1) : 3- 5. [4] Wen Y, Xiang L, Jin Y. Synthesis of plate-like calcium carbonate via carbonation Youte[J]. Materials Letters, 2003, 57( 2) : 2565-2571. [5] 胡庆福, 胡晓波, 刘宝树. 纳米级碳酸钙制备及其应用[ J ] . 非金属矿, 2000, 23( 4) : 24- 26. [6] 次立杰, 赵建录. 超细碳酸钙微粉的制备与研究[ J] . 河北化工,2005, 3( 11) : 16- 17. [7] 陈先勇, 周贵云, 唐琴. 纳米碳酸钙制备的研究[ J] . 湖北民族学院学报( 自然科学版) , 2004, 22( 4) : 21- 23. [8] 郑岚, 卫志贤, 刘荣杰. 立方形超细碳酸钙的制备研究[ J ] . 无机盐工业, 1998, 30( 6) : 5- 7.
同类课题研究水平概述
- 美国、英国、德国、日本等工业发达国家的科学工作者，从上世纪七十年代就开始从事钛白粉代用品的研究和探索工作, 并取得了较大的经济效益。近年来先后开发了以云母、高岭土、滑石、硅灰石、碳酸钙等为核心的复合钛白粉，分别用于化妆品、涂料和造纸等行业。目前，我国复合钛白粉的研究开发还处于初级阶段，产品性能不佳，一般只能代替钛白粉的 10%～30%，其主要原因是产品的遮盖力等性能太低。
