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纳米碳酸钙是一种新型功能性无机材料,作为填充剂和补强剂被广泛应用于塑料、橡胶、油墨、造纸、涂料等行业。在碳酸钙的碳化法制备过程中,碳化过程对晶体的形貌、粒度及分散性能等质量指标有显著影响,从而决定着产物的应用价值。因此,优化纳米碳酸钙的制备条件、研究碳酸钙的碳化结晶过程机理,具有重要的意义。本文以工业级生石灰为原料,经消化、陈化过程,采用间歇鼓泡碳化法制备纳米碳酸钙,对制备条件进行了优化;并对晶型导向剂进行了分类筛选,研究了晶型导向剂对纳米碳酸钙形貌的影响,制得了立方形纳米碳酸钙;最后对纳米碳酸钙的碳化、结晶过程机理进行了探讨。本文主要运用SEM、XRD、FT-IR和激光粒度分析等手段,对纳米碳酸钙的形貌、粒度和晶型进行了表征,主要研究内容和讨论结果如下:1、以工业级生石灰为原料,经消化、陈化过程,采用间歇鼓泡碳化法制备纳米碳酸钙,对碳化温度、Ca(OH)2浆液浓度、碳化气流量、CO2气体浓度和陈化时间等制备条件进行了优化。研究结果表明:碳化温度和Ca(OH)2浆液浓度对纳米碳酸钙的形貌和粒度有显著影响;超声能有效改善产品颗粒的团聚现象,且随着超声频率的增大,产品粒径变小。纳米碳酸钙的最佳制备条件为:碳化温度为20℃,Ca(OH)2浆液浓度为0.3mol/L,CO2气体浓度为55%,碳化气流量为300L/h,超声频率为60 kHz,且在碳化完成后,浆液放置陈化时间以0.5 h为宜。在该条件下制备的纳米碳酸钙颗粒为圆形,平均粒径为45 nm,粒径分布为 30～80nm。2、对晶型导向剂进行分类筛选,讨论了晶型导向剂对纳米碳酸钙形貌的影响。研究表明,晶型导向剂的加入使得碳酸钙晶体生长更完善,颗粒分散性提高。其中,钠盐和直链糖类晶型导向剂对制备立方形纳米碳酸钙作用效果较好。制备了平均粒径为50 nm、粒径分布较窄(大约36～72 nm)、颗粒规整的立方形纳米碳酸钙。3、SEM和XRD分析结果表明,碳化反应的初期主要生成活性很高的非晶态碳酸钙粒子,并吸附在Ca(OH)2颗粒表面形成以Ca(OH)2为主体的线性中间体;随着反应的进行,线状物不断增多。随后线性中间体中的Ca(OH)2逐渐溶解、反应并消失,晶粒逐渐长大最终生成立方形纳米碳酸钙颗粒。4、采用密度泛函理论对方解石和文石的晶体结构进行了初步优化。结果表明,方解石晶胞比文石晶胞能量高;在方解石的7个晶面中,(104)与(110)晶面是相对最稳定的;晶型导向剂NaCl的加入促进了方解石晶体的生成,且NaCl分子主要吸附在方解石(104)晶面上;NaCl分子在方解石(104)晶面上稳定的吸附构型为:一个Cl原子吸附在两个Ca原子上。