據中商產業研究院發布的《2019-2023年互聯網+納米碳酸鈣行業運營模式及市場前景研究報告》顯示，納米碳酸鈣如今的年需求量已達530萬噸，預測2024年將增長至604萬噸。其內在的、可挖掘的價值投資空間十分巨大。粉體圈小編將以專題的形式陸續向大家進行納米碳酸鈣從制備到改性到應用的相關科普。

球形納米碳酸鈣SEM圖

納米碳酸鈣除了具備納米材料的體積效應、小尺寸效應、量子隧道效應、表面效應、介電限域效應以及量子尺寸效應等特性，還以廣泛豐富的原料和低廉的成本優勢而成為當前生產和使用量最大的納米材料之一。納米碳酸鈣的性能會因晶型、形貌、粒徑等多種因素受到不同程度的影響，而這些又可以通過采用不同的制備方法、加入不同的晶型控制劑等措施進行有效的控制。

納米碳酸鈣是通過化學反應生成的，由于過程可控，所以它們通常形貌比較規則。具體方法包括沉淀法、碳化法、乳液法、溶膠?凝膠法等。

1、沉淀法。沉淀法是為以水溶性碳酸鹽和水溶性鈣鹽為原料，在一定條件下通過復分解反應制備納米碳酸鈣的工藝，其優點為純度較高，缺點為會引入其他的雜質離子，難以進行大規模的工業生產應用。

沉淀法制備納米碳酸鈣

2、碳化法。碳化法是當前工業生產納米碳酸鈣的主要方法，其原料來源廣泛，主要是使用雜質少、高純度的石灰石，經煅燒、消化、陳化、碳化、改性、分散、干燥、包裝等步驟后得到最終產品。碳化法制備納米碳酸鈣的最關鍵步驟為碳化反應，依照Ca（OH）₂漿液和二氧化碳接觸方式的不同，可以將碳化法分為間歇鼓泡碳化法、多級噴霧碳化法、超重力碳化法等工藝。

碳化法制備納米碳酸鈣流程圖

（1）間歇鼓泡碳化法是在生產輕質碳酸鈣的基礎上改進而成，將一定濃度的石灰乳打入碳化塔中，從塔底通入一定量的窯氣進行鼓泡碳化反應，為使反應更加均勻快速，一般在塔底都會安裝攪拌槳和擋板，使窯氣可以更加均勻的進入石灰乳，提升反應速度。通過加入結晶控制劑來控制晶形和粒徑，加入沉淀劑產生沉淀并分離，從而獲得晶型大小不同的納米碳酸鈣。因其設備投資適中且操作較為簡單，是目前最為常用的碳化法。

間歇鼓泡碳化法流程圖

（2）多級噴霧碳化法通常采用多個碳化塔，通過氣液反應獲得納米碳酸鈣。首先，將氫氧化鈣和硫酸鋁或硫酸鋅的混合漿液以霧滴的形式由塔頂噴入第1碳化塔，將二氧化碳由塔底吹入，發生碳化反應，生成碳化液；其次，將碳化液以霧滴的形式由塔頂噴入第2碳化塔，將二氧化碳由塔底吹入，發生二次碳化反應，生成納米碳酸鈣。噴霧碳化法霧滴細小，比表面積大，氣液接觸充分且時間相近，碳化時間短，反應中心能形成多個晶核，生成與生長速度較接近，使納米碳酸鈣產品粒徑均勻、分布較窄，生產效率高，適合規模化生產。

多級噴霧碳化法流程圖

（3）超重力碳化法是通過填料床高速旋轉產生強大離心力場，獲得超重力環境，乳液破碎成極小液滴，極大地增大氣液接觸面，提高碳化速度。此外，乳液在高速旋轉填料床中高度分散，限制晶粒長大，即使不添加結晶控制劑，制備的納米碳酸鈣的粒徑也可達15-30nm。

值得一提的是超重力技術屬于國內外首創并達到國際領先水平，這一技術是從根本上強化了反應器內的傳遞過程和微觀混合過程，相較傳統的碳化法而言，它確保了結晶過程滿足較高的產物過飽和度、產物濃度空間分布均勻，所有晶核生長時間相同等要求。

3、乳液法，又分為微乳液法和乳狀液膜法。微乳液法是將兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，經成核、聚結、團聚、熱處理后得到納米粒子。微乳液分為W/O型、O/W型、O/W/O型。W/O型微乳液水核是制備超細顆粒的主要“微型反應器”，其尺寸大小會隨著增溶水量的增加而增大。在水核內進行化學反應制備超細粒子時，微粒的粒徑會被水核大小控制著，可以通過調節水與表面活性劑的比例來控制碳酸鈣晶體的大小，其大小可控制在幾納米至幾十納米之間。乳狀液膜法是將兩種互不相溶的液體溶劑通過高速攪拌混合制成乳狀液，然后再將制備好的乳狀液分散在含有金屬離子的第三相中，這樣就形成了乳狀液膜體系，其主要應用于金屬分離和廢水處理。但該方法需使用大量表面活性劑和油，故會存在后續分離回收問題，成本也較其他方法來說高許多。

乳狀液膜基本結構及傳質機理示意圖

4、溶膠?凝膠法。該方法將含有碳酸離子和鈣離子進行溶解的化合物、溶膠、凝膠、固化、熱處理生成納米碳酸鈣。在凝膠內生成晶核，形核與長大過程中晶粒位置不改變，可以連續觀察晶核的生成與成長，適合運用于研究結晶過程的研究。其中添加劑的種類和濃度、凝膠的濃度以及鈣離子和碳酸離子的濃度都是影響晶核生成和生長的因素。溶膠?凝膠法的優點為工藝簡單、反應過程易控制、粒徑分布均勻，缺點為生產周期較長。

溶膠-凝膠法制備納米碳酸鈣

納米碳酸鈣因其特殊的結構狀態使其在光學、催化、熔點等多方面表現出特殊的性能，而超細化會使其表面電子結構、晶體結構發生改變，從而使其在性能方面“更上一層樓”。就當前的技術水平來說，通過物理方法將碳酸鈣加工至納米級別是存在非常大的困難的，絕大多數制備納米碳酸鈣采用的都是化學法，而間歇鼓泡碳化法屬于其中技術最為成熟、效果最好的生產方式。但因為納米碳酸鈣極易團聚，表面親水疏油，限制了其的應用方向，為此人們開始研究納米碳酸鈣的改性，以獲得性能不同的各種產品。下一次我們將介紹納米碳酸鈣的改性，有問題和建議的歡迎在評論區探討哦！

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