一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣的制備方法，屬于無機(jī)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)以活性污泥為原料，通過裂解，重復(fù)溶析，從活性污泥中提取出的腐殖酸，變廢為寶，摻雜于碳酸鈣中，本發(fā)明專利技術(shù)將腐殖酸摻雜碳酸鈣粉用氫氧化鈉堿化提純得到腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉，腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉與混合羧酸單體進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，提高納米碳酸鈣在水性體系的分散性能，本發(fā)明專利技術(shù)納米碳酸鈣表面引入的腐殖酸基聚羧酸在水性體系是一種表面活性物質(zhì)和螯合性物質(zhì)，非極性一端與納米碳酸鈣顆粒的疏水表面結(jié)合，極性的羧酸基團(tuán)朝外，增強(qiáng)納米碳酸鈣顆粒與水的親和性，避免高粘度水性體系中納米碳酸鈣顆粒聚集而發(fā)生沉降，具有廣闊的應(yīng)用前景。

Preparation of nano-calcium carbonate with high suspension in water-borne system

The invention discloses a preparation method of highly suspended nano-calcium carbonate in water-borne system, which belongs to the technical field of inorganic material preparation. The present invention takes activated sludge as raw material, through cracking, repeated dissolution, humic acid extracted from activated sludge, turns waste into treasure, and doped in calcium carbonate. The present invention purifies humic acid-doped calcium carbonate powder with sodium hydroxide to obtain sodium humate-doped calcium carbonate powder, and sodium humate-doped calcium carbonate powder and mixed carboxylic acid monomer for graft copolymerization to improve nano carbonate. The humic acid-based polycarboxylic acid introduced on the surface of nano-calcium carbonate is a surface active substance and chelating substance in the water system. The non-polar end is bound to the hydrophobic surface of nano-calcium carbonate particles, the polar carboxylic acid group is outward, the affinity between nano-calcium carbonate particles and water is enhanced, and the nano-calcium carbonate particles in the high viscosity water system are avoided. It has broad application prospects that granules accumulate and subside.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣的制備方法
本專利技術(shù)公開了一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣的制備方法，屬于無機(jī)材料制備

技術(shù)介紹
納米碳酸鈣又稱超微細(xì)碳酸鈣，標(biāo)準(zhǔn)的名稱即超細(xì)碳酸鈣。納米碳酸鈣是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型超細(xì)固體粉末材料，其粒度介于0.01～0.1μm之間。由于納米碳酸鈣粒子的超細(xì)化，其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子效應(yīng)。納米碳酸鈣的生產(chǎn)工藝主要運(yùn)用炭化法，主要有間歇碳化法、連續(xù)噴霧碳化法、超重力碳化法等生產(chǎn)方法。重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝主要是粉碎、超細(xì)粉碎、分級(jí)和表面改性。輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝一般以石灰石為原料，經(jīng)煅燒、消化、碳化、分離、干燥、分級(jí)、包裝等工序制備沉淀碳酸鈣產(chǎn)品。納米碳酸鈣在國(guó)外已有五十年的應(yīng)用歷史，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、造紙、化學(xué)建材、油墨、涂料、密封膠與膠粘劑等行業(yè)。納米碳酸鈣應(yīng)用最成熟的行業(yè)是塑料工業(yè)主要應(yīng)用于高檔塑料制品。主要應(yīng)用范圍：PVC型材，管材；電線、電纜外皮膠粒；PVC薄膜的生產(chǎn)，造鞋業(yè)制造（如PVC鞋底及裝飾用貼片）等。適合用于工程塑料改性、PP、PE、PA、PC等。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高和環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，水性涂料和水性膠黏劑分別是目前涂料膠黏劑領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展方向之一，而納米碳酸鈣由于其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了普通碳酸鈣所不具有的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)。納米碳酸鈣在水性涂料中不僅可作為增白的體質(zhì)顏料，增容降低成本，提高涂料油漆的光澤，提高產(chǎn)品的光澤度、干燥性和遮蓋力，同時(shí)還具有補(bǔ)強(qiáng)作用。但是，由于納米碳酸鈣粒度小，具有極大的比表面積和較高的比表面能，極易發(fā)生粒子團(tuán)聚使粒徑變大，最終使用時(shí)影響納米微粒所具有的功能。納米碳酸鈣在水中分散性差、易團(tuán)聚特點(diǎn)已經(jīng)成為其在涂料和膠粘劑等工業(yè)應(yīng)用的瓶頸。因此，專利技術(shù)一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣對(duì)無機(jī)材料制備
具有積極意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)主要解決的技術(shù)問題，針對(duì)目前水性體系中納米碳酸鈣，與水性體系相容性差、易結(jié)塊、難以分散，使納米碳酸鈣應(yīng)用于涂料及膠粘劑行業(yè)困難的缺陷，提供了一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣的制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：（1）收集污水處理廠的活性污泥，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)活性污泥pH，置于高壓蒸汽鍋中裂解，自然冷卻至室溫后，得到裂解污泥懸浮液；（2）將裂解污泥懸浮液置于高速離心機(jī)中，離心處理，去除下層沉淀得到上層液，將上層液用硫酸溶液調(diào)節(jié)pH，靜置沉淀，收集上層清液得到污泥裂解液；（3）用鹽酸調(diào)節(jié)污泥裂解液的pH，靜置18～24h，得到混合液，將混合液置于高速冷凍離心機(jī)中，離心處理，收集下層固體，將固體用水洗滌3～5次后，置于冷凍干燥機(jī)中，冷凍干燥，再將冷凍干燥后的固體和碳酸鈣混合研磨3～4h，過篩得到腐殖酸摻雜碳酸鈣粉；（4）將腐殖酸摻雜碳酸鈣粉與氫氧化鈉粉末混合，得到混合粉末，取30～45g混合粉末溶于裝有200～250mL蒸餾水的燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中，加熱升溫，保溫，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液置于高速離心機(jī)中，離心處理15～20min，去除下層沉淀，收集上層清液；（5）用鹽酸調(diào)節(jié)上層清液pH，靜置沉淀10～12h，過濾分離得到濾渣，再用氫氧化鈉溶液洗滌濾渣直至洗滌液pH，將洗滌后的濾渣放入鼓風(fēng)干燥機(jī)中，干燥，得到腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉；（6）向裝有回流冷凝裝置和滴液漏斗的三口燒瓶中加入30～35g腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉、100～120mL蒸餾水，加熱升溫，將丙烯酸與馬來酸酐混合得到混合單體，將70～80mL混合單體用滴液漏斗滴入三口燒瓶中，滴加完畢后用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7～8，再加入4～5g鹽酸多巴胺和50～55mL三羥甲基氨基甲烷溶液，保溫處理2～3h，過濾分離得到沉淀物，烘干后用納米高壓脈沖粉碎機(jī)粉碎后過篩得到水性體系中高懸浮納米碳酸鈣。步驟（1）所述的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，調(diào)節(jié)活性污泥pH為10.8～11.2，高壓蒸汽鍋中裂解時(shí)間為50～60min，控制高壓蒸汽鍋溫度為120～130℃，壓力為5～6MPa。步驟（2）所述的離心轉(zhuǎn)速為6000～7000r/min，離心處理時(shí)間為5～8min，硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，調(diào)節(jié)上層液pH為4～5，靜置沉淀時(shí)間為12～18h。步驟（3）所述的鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，用鹽酸調(diào)節(jié)污泥裂解液的pH為2～3，離心轉(zhuǎn)速為9000～10000r/min，冷凍干燥溫度為-40～-20℃，冷凍干燥時(shí)間為10～12h，冷凍干燥后的固體和碳酸鈣混合質(zhì)量比為1︰5，所過篩規(guī)格為400目。步驟（4）所述的腐殖酸摻雜碳酸鈣粉與氫氧化鈉粉末混合質(zhì)量比為4︰1，水浴鍋中，加熱升溫后溫度為90～100℃，保溫時(shí)間為2～3h，離心轉(zhuǎn)速為4000～4500r/min。步驟（5）所述的鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，調(diào)節(jié)上層清液pH為2～3，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，洗滌后洗滌液pH為7.8～8.2，鼓風(fēng)干燥機(jī)溫度為80～90℃，干燥時(shí)間為3～4h。步驟（6）所述的加熱升溫后溫度為45～50℃，丙烯酸與馬來酸酐混合質(zhì)量比為5︰1，滴液漏斗滴加速率為5～7mL/min，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，調(diào)節(jié)三口燒瓶體系pH為7～8，三羥甲基氨基甲烷溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，所過篩規(guī)格為400目。本專利技術(shù)的有益效果是：（1）本專利技術(shù)將活性污泥用氫氧化鈉溶液堿化處理后，放入高壓蒸汽鍋中裂解得到裂解污泥懸浮液，經(jīng)過高速冷凍離心處理，收集上層液，用硫酸酸化上層液，沉淀得到污泥裂解液，再用鹽酸酸化污泥裂解液，經(jīng)冷凍離心收集得到下層固體，再將固體經(jīng)過洗滌、冷凍干燥后與碳酸鈣混合，研磨得到腐殖酸摻雜碳酸鈣粉，將腐殖酸摻雜碳酸鈣粉與氫氧化鈉粉末混合溶于蒸餾水中，加熱升溫反應(yīng)得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液經(jīng)離心收集得到上層清液，用鹽酸酸化上層清液后，經(jīng)過靜置沉淀、過濾、洗滌、干燥得到腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉，將腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉溶于蒸餾水中，向其中加入混合單體，經(jīng)過堿化后添加引發(fā)劑，引入親水性羧酸基團(tuán)，再通過多巴胺鹽酸和三羥甲基氨基甲烷溶液在納米碳酸鈣顆粒表面形成聚多巴胺膜，保溫處理得到水性體系中高懸浮納米碳酸鈣，本專利技術(shù)以活性污泥為原料，通過裂解，重復(fù)溶析，從活性污泥中提取出的腐殖酸，變廢為寶，摻雜于碳酸鈣中，有利于在納米碳酸鈣表面引入親水性羧酸基團(tuán)，隨后利用多巴胺鹽酸和三羥甲基氨基甲烷溶液的自聚合，形成碳酸鈣顆粒包覆膜，從而改善納米碳酸鈣與水性體系的相容性，使水性體系中納米碳酸鈣顆粒分散性能提高，避免水性體系中納米碳酸鈣結(jié)塊，產(chǎn)生沉淀；（2）本專利技術(shù)將腐殖酸摻雜碳酸鈣粉用氫氧化鈉堿化提純得到腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉，腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉與混合羧酸單體進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，混合羧酸單體在引發(fā)劑作用下，其雙鍵部分會(huì)與腐殖酸結(jié)構(gòu)中的半醌基發(fā)生聚合生成醚鍵，形成聚羧酸水性體系分散劑，聚羧酸基團(tuán)親水性極強(qiáng)且本身具有較大的空間結(jié)構(gòu)，在水性體系中會(huì)產(chǎn)生較大的空間位阻，有利于提高納米碳酸鈣在水性體系的分散性能，降低水性體系中納米碳酸鈣之間顆粒的親和性，使水性體系的流動(dòng)性得到提高，另外本專利技術(shù)納米碳酸鈣表面引入的腐殖酸基聚羧酸在水本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：（1）收集污水處理廠的活性污泥，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)活性污泥pH，置于高壓蒸汽鍋中裂解，自然冷卻至室溫后，得到裂解污泥懸浮液；（2）將裂解污泥懸浮液置于高速離心機(jī)中，離心處理，去除下層沉淀得到上層液，將上層液用硫酸溶液調(diào)節(jié)pH，靜置沉淀，收集上層清液得到污泥裂解液；（3）用鹽酸調(diào)節(jié)污泥裂解液的pH，靜置18～24h，得到混合液，將混合液置于高速冷凍離心機(jī)中，離心處理，收集下層固體，將固體用水洗滌3～5次后，置于冷凍干燥機(jī)中，冷凍干燥，再將冷凍干燥后的固體和碳酸鈣混合研磨3～4h，過篩得到腐殖酸摻雜碳酸鈣粉；（4）將腐殖酸摻雜碳酸鈣粉與氫氧化鈉粉末混合，得到混合粉末，取30～45g混合粉末溶于裝有200～250mL蒸餾水的燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中，加熱升溫，保溫，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液置于高速離心機(jī)中，離心處理15～20min，去除下層沉淀，收集上層清液；（5）用鹽酸調(diào)節(jié)上層清液pH，靜置沉淀10～12h，過濾分離得到濾渣，再用氫氧化鈉溶液洗滌濾渣直至洗滌液pH，將洗滌后的濾渣放入鼓風(fēng)干燥機(jī)中，干燥，得到腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉；（6）向裝有回流冷凝裝置和滴液漏斗的三口燒瓶中加入30～35g腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉、100～120mL蒸餾水，加熱升溫，將丙烯酸與馬來酸酐混合得到混合單體，將70～80mL混合單體用滴液漏斗滴入三口燒瓶中，滴加完畢后用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7～8，再加入4～5g鹽酸多巴胺和50～55mL三羥甲基氨基甲烷溶液，保溫處理2～3h，過濾分離得到沉淀物，烘干后用納米高壓脈沖粉碎機(jī)粉碎后過篩得到水性體系中高懸浮納米碳酸鈣。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：（1）收集污水處理廠的活性污泥，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)活性污泥pH，置于高壓蒸汽鍋中裂解，自然冷卻至室溫后，得到裂解污泥懸浮液；（2）將裂解污泥懸浮液置于高速離心機(jī)中，離心處理，去除下層沉淀得到上層液，將上層液用硫酸溶液調(diào)節(jié)pH，靜置沉淀，收集上層清液得到污泥裂解液；（3）用鹽酸調(diào)節(jié)污泥裂解液的pH，靜置18～24h，得到混合液，將混合液置于高速冷凍離心機(jī)中，離心處理，收集下層固體，將固體用水洗滌3～5次后，置于冷凍干燥機(jī)中，冷凍干燥，再將冷凍干燥后的固體和碳酸鈣混合研磨3～4h，過篩得到腐殖酸摻雜碳酸鈣粉；（4）將腐殖酸摻雜碳酸鈣粉與氫氧化鈉粉末混合，得到混合粉末，取30～45g混合粉末溶于裝有200～250mL蒸餾水的燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中，加熱升溫，保溫，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液置于高速離心機(jī)中，離心處理15～20min，去除下層沉淀，收集上層清液；（5）用鹽酸調(diào)節(jié)上層清液pH，靜置沉淀10～12h，過濾分離得到濾渣，再用氫氧化鈉溶液洗滌濾渣直至洗滌液pH，將洗滌后的濾渣放入鼓風(fēng)干燥機(jī)中，干燥，得到腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉；（6）向裝有回流冷凝裝置和滴液漏斗的三口燒瓶中加入30～35g腐殖酸鈉摻雜碳酸鈣粉、100～120mL蒸餾水，加熱升溫，將丙烯酸與馬來酸酐混合得到混合單體，將70～80mL混合單體用滴液漏斗滴入三口燒瓶中，滴加完畢后用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7～8，再加入4～5g鹽酸多巴胺和50～55mL三羥甲基氨基甲烷溶液，保溫處理2～3h，過濾分離得到沉淀物，烘干后用納米高壓脈沖粉碎機(jī)粉碎后過篩得到水性體系中高懸浮納米碳酸鈣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水性體系中高懸浮納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：方建波，章紅英，王素香，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：方建波，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32