CH3COONa-NH4OH-H2O体系下磷石膏矿化CO2-联产高纯CaCO3

基于我国面临CO₂减排与磷石膏资源化利用的巨大压力，本文提出助剂循环使用的CO₂矿化与磷石膏资源化利用过程耦合的学术思想，立题以磷石膏为原料，研究醋酸钠体系下氨水强化磷石膏浸出液矿化CO₂联产高纯CaCO₃的反应过程。实验过程中系统讨论了不同工艺条件对磷石膏中Ca²⁺的浸出及浸出液矿化CO₂反应效能的影响，并系统表征了反应条件对矿化产物晶粒尺寸、结构与形貌的影响。结果表明：低温常压条件下1t磷石膏可以矿化吸收208kg的CO₂，同时联产472kg纯度为99.63%的球形球霰石。通过调节矿化反应条件可有效调控矿化产物的晶粒尺寸；提高反应温度和延长反应时间有利于亚稳态的球霰石向热力学更稳定的文石和方解石转化。实验过程中实现了醋酸钠的循环利用与回收。本文为磷石膏的资源化利用与高纯CaCO₃的制备提供了新的思路。     

电石渣制备球霰石型CaCO3的影响因素研究

为了高附加值利用电石渣以及封存CO₂,以电石渣为原料，使用多种添加剂，常压制备了球状球霰石。利用粉末X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪等考察了添加剂种类、反应温度、电石渣中杂质、反应体系对合成CaCO₃中球霰石的影响。结果表明，甘氨酸和丝氨酸对诱导生成球霰石的效果显著，反应温度的增加不利于球霰石的生成，电石渣中的杂质Al₂O₃和SiO₂可以诱导Ca(OH)₂矿化CO₂体系形成方解石。不同反应体系会影响所制备球霰石的晶体大小，电石渣-CO₂体系制备的晶体尺寸最小。在15℃的电石渣-CO₂反应体系中，通过添加甘氨酸可以制备单分散的表面有粗糙突起的球霰石型CaCO₃。以上研究结果为利用电石渣等碱性工业废渣制备高附加值球霰石，同时安全有效封存大量CO₂温室气体提供了一种简便方法。     

二水硫酸钙间接矿化二氧化碳CTAB对碳酸钙晶型的影响

提升产品附加值对改善二氧化碳矿化过程的经济性具有重要意义。在二水硫酸钙与碳酸铵溶液进行间接矿化反应过程中,采用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为晶型调节剂,可以获得球霰石晶型的碳酸钙。系统研究了反应时间、反应温度、CTAB加入量对碳酸钙晶型和形貌的影响,通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和红外光谱（FT-IR）对碳酸钙的晶型、形貌进行了表征。结果表明：反应过程为先形成亚稳定相的球霰石,再向热力学最稳定的方解石相转化;添加CTAB能够明显地增强球霰石的稳定性;较低温度有利于球霰石的形成;在反应温度为30 ℃、二水硫酸钙和碳酸铵加入量均为0.1 mol/L、CTAB加入量为0.54 mmol/L条件下,碳酸钙中球霰石占比高达80%以上;CTAB在球霰石表面上的吸附降低了其表面能,从而抑制了球霰石向方解石的转化。     

二氧化碳鼓泡碳化法制备碳酸钙的研究

以氯化钙为钙源,硝酸锌为添加剂,与二氧化碳鼓泡碳化反应制备碳酸钙,探究了各因素对鼓泡碳化法制备碳酸钙的影响,运用单一因素变量法对鼓泡碳化法做了优化。利用XRD,SEM研究了氨水含量、CO₂流量、碳化温度、碳化时间、硝酸锌添加量对碳酸钙形貌、结构的影响及机制。结果表明,当氨水体积分数为2.4%、CO₂流量为180 mL/min、碳化时间为30 min、碳化温度为30 ℃、硝酸锌添加量为0.002 mol时,可制得形貌为球形,且为单一晶型、结晶完善的碳酸钙颗粒。并设计了正反滴实验,验证并完整提出了CaCl₂-CO₂-CaCO₃体系中碳化反应作用机理。     

CO2碳化法制备微米级球霰石型食品碳酸钙的研究

采用CO2碳化法制备了微米级球霰石型食品级碳酸钙,探讨了碳化温度、Ca2+浓度、混合气中CO2浓度等制备工艺参数对碳酸钙晶型和形貌的影响,探讨了氨水用量、碳化时间对碳酸钙产率的影响,并采用FT-IR、XRD和SEM对制备的碳酸钙进行了表征。结果表明,碳化温度升高、混合气中CO2浓度降低,制备的碳酸钙晶型由球霰石型转变为方解石型;Ca2+浓度增加,制备的碳酸钙颗粒尺寸增大,碳化时间增加,产率先增加后减小。最佳制备条件为碳化温度20℃,Ca2+浓度0.3 mol/L,混合气中CO2浓度30%,[氨水]/2[Ca2+]摩尔比为1.1,碳化时间为24 min,制备的微米级球霰石型碳酸钙颗粒分布均匀,平均粒径为3.79μm,产率>99%,重金属含量低于国家标准《食品添加剂GB1898-2007轻质碳酸钙》的要求。     

磷石膏脱硫钙渣浸取液中杂质对碳酸钙晶型的影响

磷石膏脱硫钙渣是磷石膏化学分解后产生的以氧化钙为主要成分的尾渣。以氯化铵溶液浸取磷石膏脱硫钙渣并碳化浸取液以制备轻质碳酸钙是一种有效利用磷石膏脱硫钙渣中钙资源的方法。本文分析了该方法在不同氯化铵浓度下浸取液的组成、钙浸出率及pH,同时为了研究浸取液中NH₄⁺、铁、铝、镁等对产品碳酸钙晶型的影响,配制了含有杂质离子的NH₄Cl-NH₃·H₂O溶液,比较了其碳化产品与相同条件下脱硫钙渣碳化产品的晶型差异。结果表明,随氯化铵浓度升高,浸取液pH降低,铝含量降低,铁、镁含量升高。在氯化铵浓度范围内,NH₄⁺对球霰石形成有促进作用,而铁、镁杂质对方解石形成有促进作用,由于铝离子存在形态不同,铝在1mol/L时对形成球霰石有促进作用,在大于1mol/L时对形成方解石有促进作用。当氯化铵浓度小于4mol/L时,各种杂质相互作用形成球霰石晶型,氯化铵浓度等于4mol/L时,各种杂质相互作用形成球霰石和方解石混合晶型。     

以白云石为原料氨碱法制备球霰石及其生成机理研究

采用仿Solvay氨碱法,以白云石为起始原料,在碱性环境下制备出高球霰石含量的碳酸钙。XRD和SEM表征结果显示,碳化温度为20~40 ℃时的产品为球霰石;40~60 ℃时的产品为方解石;60~90 ℃时的产品为文石。球霰石的高倍SEM发现产品有许多微孔结构,对产品进行比表面积测定为32.653 m²/g,孔径为2.972 nm,为生物分子的装载提供了良好的空间。对球霰石的形成机理分析表明,NH₄⁺-NH₃缓冲体系不仅可以增加碳酸钙的过饱和度,还可以改善溶液环境,为球霰石的生长提供了一个良好的溶液环境,溶液中微量的Mg²⁺起到了促进完好晶型形成的作用。     

碳化法制备球霰石碳酸钙微球及形成机理

以CaCl₂-NH₃-CO₂为反应体系,采用分散鼓泡碳化法制备出单分散纯球霰石型碳酸钙微球。用扫描电镜（SEM、FE-SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等手段对样品进行了表征。考察了反应初始pH、反应终止pH、反应初始温度、二氧化碳气体流速等因素对产物颗粒形貌和粒径的影响,并探讨了球霰石微球的形成机理。实验结果表明,与直接鼓泡碳化法相比,分散鼓泡碳化法形成的二氧化碳气泡数量多、大小均匀,能增大溶液中二氧化碳的过饱和度,有利于制备高纯度的单分散球霰石微球;反应初始温度低、二氧化碳气体流速大,均有利于球霰石的生成。最佳反应条件：反应初始pH为10.0,反应终止pH为7.0,二氧化碳气体流速为1 L/min。     

脲酶驱动不同晶型碳酸钙微纳米颗粒的制备

巴氏芽孢八叠球菌（Sporosarcina pasteurii）产生的脲酶可水解尿素,生成的CO₂与氯化钙反应获得碳酸钙晶体,不同形式的脲酶溶液对碳酸钙晶型有显著影响。用发酵液上清液中的脲酶催化,可以获得由纳米级球霰石自组装成的介孔空心微米纯球霰石;用菌体中的脲酶催化可获得100%的方解石。红外光谱分析表明,细胞破碎后的粗脲酶溶液获得的椭圆形碳酸钙受到富含羟基物质的影响。进一步探究了脲酶活性和反应物浓度对球霰石的影响,并发现获得的纯球霰石在7 d内非常稳定,有望作为药物载体使用。     

流化床阻垢系统对CaCO3非稳定晶型影响机制研究

研究了不同回流速率和Ca²⁺浓度在流化床反应器中对结垢过程碳酸钙(Ca CO₃)晶型的影响因素及相关机制。结果表明，流化床水力扰动可以阻止结晶前驱物向稳定相方解石转变。Ca²⁺质量浓度为2 000 mg/L时，回流速率提升促进非稳定相球状霰石和文石增长，最高占比可达90%以上(10 m/h)，控制Ca CO₃结晶终止于亚稳阶段。回流速率为8 m/h时，Ca²⁺浓度升高利于非稳定相玫瑰状及球状霰石生成，霰石含量可达90%以上，证明高钙浓度利于抑制霰石向方解石转变，形成有效阻垢。     

仿生碳化中天冬氨酸对碳酸钙晶型和形貌的影响

采用天冬氨酸(Asp)作为晶型诱导剂,采用碳化法合成了球霰石型碳酸钙。研究了二氧化碳通气速率、反应温度、天冬氨酸浓度对碳酸钙晶型和形貌的影响,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光粒度仪分析了产物的晶型特征。结果表明,二氧化碳通气速率对碳酸钙的晶型几乎没有影响,仅影响颗粒的形貌,其中球霰石物质的量分数达到95%,团聚颗粒尺寸随着二氧化碳通气速率的增加而增大;反应温度对碳酸钙晶型的影响较小,对颗粒的形貌、尺寸没有影响,在低温段(20℃)形成的球霰石物质的量分数约为96%,随着温度升高至60℃球霰石物质的量分数降低至87%;天冬氨酸的浓度显著影响碳酸钙的晶型,天冬氨酸浓度越低球霰石含量越低,并且碳酸钙颗粒的形貌由球形逐渐转变为针状,其尺寸也逐渐减小。研究结果对球霰石型碳酸钙的工业化生产提供了较好的借鉴。     

球霰石型纳米碳酸钙椭球形颗粒的合成

以氧化钙为原料,在非水体系下采用二氧化碳碳化法制备球霰石型纳米碳酸钙椭球形颗粒。探究了碳化温度、氧化钙用量、二氧化碳流速和溶剂种类对纳米碳酸钙晶型、颗粒形貌的影响,并优化了工艺条件。采用XRD、SEM、FT-IR和TEM等对产物进行表征,并探讨了合成机理。结果表明：4个因素对纳米碳酸钙的形貌均有影响,碳化温度对晶型影响较大。以甲醇作为溶剂和模板,当碳化温度为5 ℃,氧化钙用量为2.8 g（每100 mL甲醇）,二氧化碳流速为100 mL/min时,可制得球霰石型纳米碳酸钙椭球形颗粒。     

碳化法制备多孔碳酸钙的工艺研究

以石灰石为原料，采用碳化法制备多孔碳酸钙。以多孔碳酸钙的比表面积作为评价指标，探究消化时间、消化温度、液固比、模板剂浓度、碳化温度、CO₂流量等对多孔碳酸钙比表面积的影响，得出最佳的制备工艺条件。结果表明，以十二烷基硫酸钠(SDS)为模板剂，在最佳制备条件(消化时间为1 h、消化温度为60℃、液固比(体积质量比，g/m L)为14∶1、SDS浓度为0.1 mol/L、碳化温度为30℃、碳化CO₂流量为400 m L/min)下制备的多孔碳酸钙比表面积可达60.17 m²/g。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等表征手段对所得多孔碳酸钙的颗粒形貌、晶型进行了分析，结果显示在最佳制备工艺条件下制备的多孔碳酸钙颗粒表面粗糙，孔道结构清晰可见，晶型为稳定的方解石型。     

CO2矿化燃煤灰渣基加气混凝土配方研究

为实现燃煤固体废弃物和捕集后CO₂的资源化利用，以煤基废弃物燃煤灰渣、脱硫石膏为主要原料，以矿渣为补充胶凝材料，研究了固废配比、矿化养护压力、矿化养护温度对加气混凝土抗压强度和CO₂固定率的影响。通过XRD、SEM分析了不同矿化养护制度下的晶相结构和微观形貌，通过压汞法研究了不同养护工况对加气混凝土孔隙结构的影响。结果表明，合适的剩余水灰比有助于提高加气混凝土的CO₂固定率和早期抗压强度；CO₂养护压力由0.05 MPa上升至1.00 MPa时，加气混凝土的固碳率提高24.8%,抗压强度先上升后降低，养护压力在0.1 MPa时达到峰值；CO₂养护温度由25℃上升至105℃时，加气混凝土固碳率和抗压强度先上升后下降，固碳率在45℃时达到最大值7.21%,抗压强度在65℃时达最大值3.53 MPa;通过XRD和SEM分析可知，主要矿化产物为碳酸钙，并以方解石和球霰石的形态存在，较高养护压力(≥0.2 MPa)易导致产物界面出现细微裂缝，而随养护温度升高，矿化产物与水化产物同时出现；...     

碳酸钙晶型的二十二酸调控研究

采用复分解法,以氯化钙和碳酸钠为原料,采用SEM、XRD、FTIR、TG等方法研究二十二酸对合成碳酸钙的晶型和表面性质的影响。结果表明,加入二十二酸之后,碳酸钙的晶体结构由方解石变成球霰石,形貌由不规则的立方状形变成了球形;碳酸钙表面全部被活化,由亲水性变成疏水性;二十二酸的羧基和Ca⁽²⁺⁾发生了化学结合反应,使碳酸钙的晶型和表面性质发生了变化。     

脱硫石膏制备碳酸钙晶体的生长成核过程研究

以脱硫石膏资源化循环利用为目的,碳酸铵、添加剂(二水合柠檬酸三钠、硫酸、十六烷基溴化铵)为原料,在程序搅拌控制条件下制备碳酸钙晶体,利用XRD和微机差热天平对产物的组成、晶型和热稳定性进行分析。添加二水合柠檬酸三钠和十六烷基溴化铵得到的是单一的方解石型碳酸钙;而添加硫酸得到的是方解石、球霰石和文石3种晶型共存的碳酸钙晶体。最佳的程序搅拌方案是实验开始前40 min以450 r/min的速率快速搅拌,提高扩散速率和化学反应速率;然后以350 r/min速率搅拌40 min,为晶型生长成核做准备;最后40 min以250 r/min速率搅拌,促进完整碳酸钙晶型的形成。     

高分子聚合物分散剂在碳酸钙结晶过程中的抑制性研究及其在洗碗粉中的应用

研究了不同高分子聚合物分散剂对碳酸钙结晶过程的影响,探究了其在洗碗粉中的应用性能。实验表明,三丙烯酸聚合物(以下简称AD810G)存在下形成的晶型为文石型和球霰石型;丙烯酸聚合物(以下简称445N)存在下形成的晶型为方解石型和球霰石型;丙马聚合物(以下简称588G)存在下形成的晶型为方解石型和球霰石型。说明加入的高分子助剂能够影响碳酸钙结晶的晶型,形成稳定存在的亚稳态的文石和球霰石型碳酸钙。通过对比玻璃杯和载玻片的清洗发现,加入分散剂能够有效阻止多次清洗中水垢的产生。     

超重力场中球形碳酸钙的制备及其机理研究

为了突破工业上制备球形碳酸钙的难题,在超重力场中以高浓度的氢氧化钙为原料,以球形度为评价指标,研究制备球形碳酸钙的最优工艺条件。同时通过在不同的碳化时间取样,利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线双晶粉末衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等分析仪器对样品的表面形貌和晶体结构进行表征,研究其成球机理。研究结果表明,添加体积分数为50%的乙醇作为溶剂,加入w=3%的L-天冬氨酸作为晶型控制剂,控制超重力水平为1 400 r×min~(-1)时可制备得粒径分布在600～800 nm的球形碳酸钙;将碳化结束后的碳酸钙浆液进行离心得到产品和滤液,滤液再次作为氢氧化钙的溶剂,补加少量晶型控制剂后进行碳化仍可制备得球形碳酸钙,使体系的溶剂得到了循环利用;其成球机理为,L-天冬氨酸螯合钙离子诱导其向球霰石成核,乙醇-水体系阻止球霰石溶解-重结晶,最后在超重力场环境中生长成为球形碳酸钙,其球霰石含量高达89.89%。     

以可溶性淀粉为晶型调控剂制备多孔球形碳酸钙

利用简单易行的复分解反应,以氯化钙和碳酸钠为合成试剂,以可溶性淀粉（SS）为晶型调控剂,制备出以球霰石晶型为主的碳酸钙多孔微球。通过单因素条件实验,分别考察可溶性淀粉添加量、碳酸钠溶液滴加速度、氯化钙与碳酸钠的物质的量比对碳酸钙形貌和晶型的影响。利用X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）对其晶型、形貌进行表征。研究表明当SS添加量为0.5 g,滴加速度为1.5 mL/min,氯化钙与碳酸钠的物质的量比为1∶1时,可制备获得4~5 μm的多孔球霰石碳酸钙。     

CO2碳酸化石灰岩酸解产物回收乙酸及副产沉淀碳酸钙

乙酸酸解石灰石造腔是一种建造地下储库同时环保地开采石灰岩制备沉淀碳酸钙的新方法。通过耦合乙酸酸解石灰石及酸解产物乙酸钙CO₂碳酸化的工艺过程,研究了乙酸酸解石灰岩的表面反应动力学和乙酸钙CO₂碳酸化的工艺技术条件。采用正交实验分析法,研究了CO₂碳酸化反应中乙酸钙浓度、反应温度、CO₂压力、反应时间对乙酸钙碳酸化反应制沉淀碳酸钙的影响,并通过正交实验确定了最优化操作条件。实验结果表明,乙酸酸解反应速率主要受乙酸浓度控制。CO₂碳酸化反应在当乙酸钙溶液浓度为0.631 mol·L^-1,CO₂压力为5.0 MPa,温度为80℃,反应时间为50 min时CO₂碳酸化效率达到最高（23.13%）,生成的沉淀碳酸钙产品各项指标均符合中国国标优级要求。