Carbonate de calcium nanométrique Désigne les agrégats de microparticules de carbonate de calcium dont la taille des particules est comprise entre 1 et 100 nm. La réduction de la taille des particules modifie la structure cristalline et la structure électronique de surface. Cela crée des effets de surface, des effets de taille et des effets tunnel quantiques macroscopiques, absents des particules plus grosses.
Production
Actuellement, la carbonatation est la principale méthode de production industrielle de nanocarbonate de calcium. Sa matière première est principalement du calcaire à forte teneur en carbonate de calcium. La matière première subit ensuite une calcination, une digestion, une carbonatation, modification, dispersion, séchage et conditionnement pour obtenir le produit final. Le procédé de carbonatation implique quatre réactions chimiques principales : la calcination, la digestion, la carbonatation et la modification. L'étape clé de la production carbonate de nano-calcium La réaction de carbonatation se produit par carbonatation. Selon l'interaction entre la suspension de Ca(OH)2 et le CO2, les méthodes comprennent la carbonatation par lots, la carbonatation par pulvérisation en plusieurs étapes et la carbonatation par supergravité.
Carbonisation par lots
Amélioré grâce à la production de carbonate de calcium léger, le CO₂ est introduit par le bas de la tour. Pendant la carbonatation, des agents de contrôle cristallin sont ajoutés pour contrôler la forme des cristaux et la taille des particules. Des agents précipitants sont ajoutés pour générer la précipitation et la séparation, ce qui permet d'obtenir carbonate de nano-calcium avec différentes tailles de cristaux.
Méthode de carbonisation par pulvérisation en plusieurs étapes
Plusieurs tours de carbonatation sont généralement utilisées pour obtenir du nanocarbonate de calcium par réaction gaz-liquide. Tout d'abord, une suspension de Ca(OH)2 et d'Al2(SO4)3 ou de ZnSO4 est pulvérisée sous forme de gouttelettes depuis le haut de la première tour de carbonatation. Du CO2 est introduit par le bas de la tour, déclenchant la réaction de carbonatation et produisant du liquide de carbonatation. Ensuite, le liquide de carbonatation est pulvérisé sous forme de gouttelettes depuis le haut de la deuxième tour de carbonatation. Du CO2 est introduit par le bas de la tour, déclenchant une réaction de carbonatation secondaire pour produire du nanocarbonate de calcium.
Carbonisation à haute gravité
Un puissant champ de force centrifuge est généré par la rotation à grande vitesse du lit de garnissage, créant un environnement de supergravité. L'émulsion se fragmente alors en gouttelettes très fines, augmentant considérablement la surface de contact gaz-liquide et accélérant la carbonatation. De plus, l'émulsion est hautement dispersée dans le lit de garnissage rotatif à grande vitesse, ce qui limite la croissance cristalline. Même sans ajout d'agents de contrôle cristallin, la taille des particules du nano-carbonate de calcium produit peut atteindre 15 à 30 nm.
Application
Domaines des plastiques et du caoutchouc (renforcement structurel)
L'ajout de nano-carbonate de calcium dans les matériaux composites se limite généralement à 3%-5%, mais son effet de renforcement est équivalent à celui d'un renfort minéral ou en fibre de verre d'environ 30%. Le nanocomposite de nano-carbonate de calcium et de polymères organiques allie la stabilité dimensionnelle et thermique des matériaux inorganiques aux propriétés diélectriques des polymères organiques. De plus, ce matériau composite présente une résistance élevée à l'état fondu, une faible viscosité et une vitesse de cristallisation rapide, ce qui est avantageux pour des procédés tels que le moulage par injection, l'extrusion et le soufflage de polymères organiques.
Revêtement, fabrication du papier, huile lubrifiante
- Ajouté à des revêtements organiques ou aqueux, il offre une surface lisse, uniforme, à séchage rapide et une blancheur élevée. Il peut remplacer le dioxyde de titane et le calcium colloïdal, coûteux, réduisant ainsi l'utilisation de liant dans le matériau de base. Cela permet de suspendre les poudres de rutile plus lourdes et d'éviter la sédimentation, améliorant ainsi l'applicabilité au pinceau et la stabilité grâce à l'effet d'encombrement stérique. Il convient aux finitions automobiles haut de gamme et aux revêtements de châssis.
- Le carbonate de calcium nano modifié présente une bonne dispersibilité et, utilisé dans la fabrication du papier, augmente la blancheur et l'opacité. Il améliore le lissé et la souplesse du papier, améliorant l'absorption et la rétention de l'encre, ce qui le rend idéal pour les papiers couchés de haute qualité.
- Lorsqu'il est ajouté à l'huile lubrifiante, le nanocarbonate de calcium forme un film protecteur monomoléculaire à la surface du métal par adsorption électrostatique. Cela améliore les propriétés anti-usure et anti-frottement de l'huile lubrifiante.
Produits biopharmaceutiques
Le nanocarbonate de calcium présente également une bonne biocompatibilité et une bonne biodégradabilité, ce qui lui confère un potentiel considérable pour l'administration de médicaments, la réparation tissulaire et les applications de biodétection. En particulier dans le développement de médicaments anticancéreux ciblés, les nanocarbonates de calcium peuvent servir de support pour des médicaments hydrophobes et hydrophiles. Sa lente biodégradation permet aux médicaments de rester plus longtemps dans la zone lésée, assurant ainsi une libération prolongée.
Conclusion
Le carbonate de nanocalcium, grâce à ses propriétés physicochimiques uniques, continue d'innover et d'optimiser les procédés de production. Il présente une valeur d'application exceptionnelle dans divers domaines. Grâce aux avancées technologiques continues et à des recherches approfondies, le carbonate de nanocalcium devrait se développer dans des domaines plus émergents. Il apportera des avancées et des surprises à la science des matériaux, à la biomédecine et à d'autres industries. Cela continuera de stimuler un développement de haute qualité dans les secteurs connexes.
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