《方解石顆粒表面納米碳酸鈣生長機制及碳化反應動力學》是依託清華大學，由蓋國勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：方解石顆粒表面納米碳酸鈣生長機制及碳化反應動力學
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：蓋國勝
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
方解石類碳酸鈣礦物是塑膠塗料造紙行業大量使用的廉價白色工業填料，通過表面納米化複合實現高性能化和多品種化，對改善下游產品質量和降低成本具有重要意義。本項目以方解石類碳酸鈣礦物為研究對象，設計採用Ca(OH)2-方解石-CO2氣-液-固三相反應體系，通過對礦物顆粒表面納米碳酸鈣生長機制的影響因素分析與碳化反應動力學研究，解析礦物表面納米顆粒晶型、粒徑與包覆層的控制機理，探索反應過程調控和複合礦物顆粒表面微觀結構變化的規律，從而為方解石複合礦物粉體製備工藝參數的合理選定提供可靠的理論依據。
結題摘要
本項目完成了計畫任務書規定的三項研究內容。通過本項目重新完善了納米碳酸鈣表面包覆反應裝置，為深化研究提供了必備的條件。通過內容之一方解石礦物(GCC)及其他無機非金屬礦物顆粒表面納米顆粒晶形、粒徑、包覆層生長機理分析，最佳化了抑制納米顆粒晶型生長的有效技術措施。通過內容之二複合礦物顆粒製備過程反應物變化規律以及均相成核、非均相成核共存的問題，不僅利用計算機模擬了納米顆粒在礦物顆粒表面包覆的過程，還證實了粒數衡算模型能很好解釋氣-液-固三相中的反應動力學規律，研究表明：粒數衡算模型能很好的適用溶液碳化法製備包覆碳酸鈣體系。包覆反應體系形核過程是小尺寸顆粒粒數變化的主導因素，當投入原料的粒度分布與體系穩定粒度分布不一致時，小尺度的顆粒粒數發生振盪現象。大尺寸顆粒的粒數變化則由顆粒生長與碰撞導致的結合、分解過程共同控制，由於形核速率的變化調控作用，顆粒的生長速率基本維持在一個穩定的值，顆粒的碰撞結合與分裂則與外部條件關係很大，如增加攪拌速率，碰撞結合作用將明顯下降。通過內容之三複合粉體在聚合物中的加工流變性能變化規律研究，解析了複合粉體與聚合物界面結合特點。從不同粒徑碳酸鈣包覆粉體在聚合物體系中的套用效果發現，複合礦物粉體具有許多普通粉體所不具備的特性，複合粉體能夠有效改善下游產品的質量，如提高塑膠的拉伸強度，改善塗料的遮蓋率，增加在紙張中的留著率等。研究表明：利用粒數衡算模型解析氣-液-固三相碳化反應動力學過程，確立了攪拌強度是影響形核速率的主要因素，有效地調控了包覆層的生長，達到預期的研究目標，不僅為無機非金屬複合礦物粉體的製備及後續複合材料設計提供了可靠的理論依據，而且對複合碳酸鈣粉體的工業化奠定了堅實的科學基礎。本研究方向在國家自然科學基金項目的連續支持下已進行了10餘年的套用基礎研究，形成了完善的工藝理論基礎，2012年底得到了國家高技術研究發展計畫(863)的立項支持，將開展大型化包覆改性設備及功能性微納米複合粉體材料的研發。
