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基本信息

項(xiàng)目名稱：
碳酸鈣基復(fù)合鈦白制備研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
在CO2氣體濃度和晶型控制劑H2SO4加入量不變的條件下，采用間歇鼓泡碳化法制備碳酸鈣基復(fù)合鈦白，研究了Ca(OH)2初始濃度、CO2氣體流量的優(yōu)化參數(shù)。結(jié)果表明：TiO2顆粒比較穩(wěn)定地鑲嵌在碳酸鈣基體上，隨反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行，pH值逐漸由13下降到7左右，隨CO2氣體流量增加，反應(yīng)總時(shí)間減少；隨Ca(OH)2初始濃度增加，反應(yīng)總時(shí)間增加，復(fù)合鈦白平均粒徑增大，最佳初始濃度為10.5%～12%。
詳細(xì)介紹：
鈦白粒子的顏料性能通過(guò)光學(xué)性能體現(xiàn)，光學(xué)性能主要取決于TiO2粒子的表面性質(zhì)，因此，TiO2粒子內(nèi)核對(duì)光學(xué)性能幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)。如果能使用一種廉價(jià)易得的白色材料(CaCO3)取代TiO2二次粒子內(nèi)核，則鈦白單位成本將大大降低。 碳酸鈣基復(fù)合鈦白的生產(chǎn), 主要是在輕鈣生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上, 用CO2 不完全碳酸化后得到主體碳酸鈣沉淀, 加入TiO2 顆粒鑲嵌于碳酸鈣顆粒表層, 通過(guò)脫水、干燥、破碎和分級(jí)得到復(fù)合鈦白產(chǎn)品。 碳化包覆方法屬于化學(xué)方法，與物理方法不同之處在于：將0.3μm TiO2單個(gè)顆粒鑲嵌在幾μm左右的碳酸鈣單個(gè)顆粒上?？梢韵胂?，由這種一次復(fù)合粒子形成的二次復(fù)合粒子，其均勻度很高，能夠充分發(fā)揮TiO2固有的顏料特性。 但到目前為止, 碳酸鈣基復(fù)合鈦白合成的基礎(chǔ)性研究還不夠完善, 本研究在實(shí)驗(yàn)室采用間歇鼓泡碳化法制備碳酸鈣基復(fù)合鈦白, 跟蹤整個(gè)反應(yīng)過(guò)程, 獲得了pH 值、反應(yīng)液溫度、CO2 氣體流量等參數(shù)與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系以及Ca(OH)2 濃度與反應(yīng)時(shí)間和碳酸鈣基復(fù)合鈦白粒徑的關(guān)系,。結(jié)果表明: 在CO2氣體濃度和晶型控制劑H2SO4加入量不變的條件下, 采用間歇鼓泡碳化法制備碳酸鈣基復(fù)合鈦白。TiO2顆粒比較穩(wěn)定地鑲嵌在碳酸鈣基體上, 隨反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行, pH 值逐漸由13 下降到7 左右, 隨CO2 氣體流量增加, 反應(yīng)總時(shí)間減少; 隨Ca(OH)2 初始濃度增加, 反應(yīng)總時(shí)間增加, 復(fù)合鈦白平均粒徑增大, 最佳Ca(OH)2初始濃10.5%-12% 。

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

目的：1.提高自己的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力；2.帶動(dòng)身邊的同學(xué)提高學(xué)校的科研氛圍；3.制備一種性能滿足要求的低成本復(fù)合鈦白粉。 思路：1. 鈦礦資源的日益緊缺和鈦白成本的居高不下；2.尋求一種低成本的鈦白粉替代品；3.查閱資料文獻(xiàn)，制備出碳酸鈣基復(fù)合鈦白粉，并確定各種制備優(yōu)化參數(shù)；4.整理資料并發(fā)表論文，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

鈦白粒子的顏料性能通過(guò)光學(xué)性能體現(xiàn)，光學(xué)性能主要取決于TiO2粒子的表面性質(zhì)，因此，TiO2粒子內(nèi)核對(duì)光學(xué)性能幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)。如果能使用一種廉價(jià)易得的白色材料取代TiO2二次粒子內(nèi)核，則鈦白單位成本將大大降低。 目前, 碳酸鈣基復(fù)合鈦白合成的基礎(chǔ)性研究還不夠完善, 本研究在實(shí)驗(yàn)室采用間歇鼓泡碳化法制備碳酸鈣基復(fù)合鈦白, 碳化法在國(guó)外剛處于起步階段，在國(guó)內(nèi)顏料研究領(lǐng)域還處于空白。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

TiO2復(fù)合顏料的應(yīng)用性能指標(biāo)與TiO2顏料略有降低（白度除外），但從在涂料、塑料等領(lǐng)域的應(yīng)用情況看，完全可以滿足中低檔用戶的需求，作為一種新材料，在普通涂料、塑料、造紙等應(yīng)用領(lǐng)域，本TiO2復(fù)合顏料新產(chǎn)品可以部分替代銳鈦型鈦白。這就可以大大減少TiO2的消耗，減少環(huán)境壓力，降低成本。

學(xué)術(shù)論文摘要

碳酸鈣基復(fù)合鈦白的生產(chǎn), 主要是在輕鈣生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上, 用CO2 不完全碳酸化后得到主體碳酸鈣沉淀, 加入TiO2 顆粒鑲嵌于碳酸鈣顆粒表層, 通過(guò)脫水、干燥、破碎和分級(jí)得到復(fù)合鈦白產(chǎn)品。 碳化包覆方法屬于化學(xué)方法，與物理方法不同之處在于：將0.3μm TiO2單個(gè)顆粒鑲嵌在幾μm左右的碳酸鈣單個(gè)顆粒上。由這種一次復(fù)合粒子形成的二次復(fù)合粒子，其均勻度很高，能夠充分發(fā)揮TiO2固有的顏料特性。 本研究在實(shí)驗(yàn)室采用間歇鼓泡碳化法制備碳酸鈣基復(fù)合鈦白, 跟蹤整個(gè)反應(yīng)過(guò)程, 獲得了pH 值、反應(yīng)液溫度、CO2 氣體流量等參數(shù)與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系以及Ca(OH)2 濃度與反應(yīng)時(shí)間和碳酸鈣基復(fù)合鈦白粒徑的關(guān)系,。結(jié)果表明: 在CO2氣體濃度和晶型控制劑H2SO4加入量不變的條件下, 采用間歇鼓泡碳化法制備碳酸鈣基復(fù)合鈦白。TiO2顆粒比較穩(wěn)定地鑲嵌在碳酸鈣基體上, 隨反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行, pH 值逐漸由13 下降到7 左右, 隨CO2 氣體流量增加, 反應(yīng)總時(shí)間減少; 隨Ca(OH)2 初始濃度增加, 反應(yīng)總時(shí)間增加, 復(fù)合鈦白平均粒徑增大, 最佳Ca(OH)2初始濃10.5%-12% 。

獲獎(jiǎng)情況

《四川化工》第13卷 2010年 第5期 獲得攀枝花學(xué)院課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽一等獎(jiǎng)

鑒定結(jié)果

情況屬實(shí)

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)工作者，從上世紀(jì)七十年代就開(kāi)始從事鈦白粉代用品的研究和探索工作, 并取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)先后開(kāi)發(fā)了以云母、高嶺土、滑石、硅灰石、碳酸鈣等為核心的復(fù)合鈦白粉，分別用于化妝品、涂料和造紙等行業(yè)。目前，我國(guó)復(fù)合鈦白粉的研究開(kāi)發(fā)還處于初級(jí)階段，產(chǎn)品性能不佳，一般只能代替鈦白粉的 10%～30%，其主要原因是產(chǎn)品的遮蓋力等性能太低。
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