Tóm tắt Luận án Tiến sỹ Hóa vô cơ: Nghiên cứu điều chế NaNO – CaCO3 bằng phương pháp kết tủa trọng trường cao

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Vật liệu nanomet, số vật liệu tiên tiến nay, có tiềm ứng dụng nhiều ngành cơng nghiệp điện tử, quang học, hóa chất, gốm sứ, luyện kim, giấy, môi trường, dược phẩm, chất dẻo,…v.v Hiện nay, vật liệu kích thước nanomet vơ canxi cacbonat, silic đioxit, titan đioxit, clay, cacbon,…vv số loại vật liệu kích thước nanomet khác có nhu cầu lớn đến hàng triệu tấn/năm Trong mười đến mười lăm năm trước, nhà nghiên cứu giới tập trung vào việc tổng hợp, xác định cấu trúc tính chất vật liệu nano Gần đây, yêu cầu cơng nghiệp địi hỏi phải sản xuất vật liệu nano với số lượng lớn bắt buộc nhà nghiên cứu tìm kiếm phát triển phương pháp tổng hợp vật liệu nano với giá thấp cơng suất cao Trên giới có nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu kích thước nanomet thông báo phát triển Các kỹ thuật điều chế phong phú cho loại vật liệu nano, phụ thuộc vào kích thước, hình thái cấu trúc tính chất khác mong muốn có vật liệu điều chế Canxi cacbonat loại vật liệu có nhiều ứng dụng thực tiễn như: làm chất độn công nghiệp sản xuất giấy, chất độn cho cao su, kem đánh răng, chất dẻo, sơn, dược phẩm, mỹ phẩm, keo dán…vv, chất lượng sản phẩm canxi cacbonat đánh giá chủ yếu qua thành phần hóa học đặc trưng vật lý Để tăng cường khả phân tán kết dính canxi cacbonat chất nền, hướng nghiên cứu biến tính bề mặt canxi cacbonat nhóm chức thích hợp giảm kích thước hạt đến cỡ nano mét Khi biến tính phù hợp, khả liên kết chất độn vật liệu tăng lên Cịn giảm kích thước hạt đến kích thước nano mét phân tán tốt hơn, qua cải thiện tính chất sản phẩm Hơn nữa, Việt Nam có nguồn ngun liệu đá vơi dồi dào, chất lượng cao nên cần chế biến ứng dụng, góp phần thúc đẩy phát triển ngành cơng nghiệp khác Hiện nay, có nhiều phương pháp để điều chế biến tính canxi cacbonat như: phương pháp xử lý natri cacbonat amoni cacbonat có nước thải công nghệ sản xuất soda, phương pháp sản xuất bột nhẹ dựa quy trình xử lý nước cứng, phương pháp cacbonat hóa sữa vơi khí CO sử dụng thiết bị phản ứng thơng thường, phương pháp cacbonat hóa dung dịch sữa vơi hệ micell đảo, phương pháp mới: phương pháp kết tủa trọng trường cao…vv, sử dụng tác nhân biến tính vơ cơ, hữu Mỗi phương pháp có ưu điểm nhược điểm khác triển khai lượng lớn, kích thước hình thái hạt thu [1, 2, 5, 44] Trên sở phân tích tài liệu cơng bố, phân tích nhu cầu sản phẩm tính khoa học cần giải quyết, luận án “nghiên cứu điều chế nano CaCO3 phương pháp kết tủa trọng trường cao” nhằm mục đích nghiên cứu khả tổng hợp canxi cacbonat kích thước nano mét khả triển khai lượng lớn Nội dung luận án  Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thiết bị kết tủa trọng trường cao;  Nghiên cứu chế độ cơng nghệ điều chế nano-CaCO3 hình thái lập phương phương pháp kết tủa trọng trường cao;  Nghiên cứu chế độ công nghệ điều chế CaCO3 hình thái hình kim hương pháp kết tủa trọng trường cao;  Nghiên cứu điều chế sản phẩm nano-CaCO3 biến tính bề mặt tác nhân biến tính hữu cơ;  Thử nghiệm sử dụng sản phẩm nano-CaCO3 lĩnh vực sơn, chất dẻo ngành công nghiệp giấy Đóng góp luận án Luận án cơng trình khoa học Việt Nam nghiên cứu phát triển phương pháp kết tủa trọng trường cao có tính hệ thống để điều chế vật liệu nanoCaCO3 hình thái lập phương, CaCO3 hình kim nano-CaCO3/St biến tính bề mặt sử dụng hệ thiết bị kết tủa trọng trường cao luận án tự chế tạo Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Luận án đóng góp vào việc phát triển ứng dụng phương pháp kết tủa trọng trường cao để tổng hợp vật liệu canxi cacbonat kích thước nanomet với hình thái khác khả triển khai lượng lớn Ở Việt Nam, nghiên cứu luận án lần đề cập đến việc nghiên cứu lý thuyết, thiết kế, chế tạo hệ thiết bị kết tủa trọng trường cao góp phần làm rõ sở khoa học phương pháp kết tủa trọng trường cao trình tổng hợp vật liệu nano vơ nói chung nano-CaCO3 nói riêng Khác với phương pháp kết tủa truyền thống, phương pháp trọng trường cao, đặc biệt việc rút ngắn, đơn giản hóa quy trình sản xuất, hạn chế sử dụng nguyên liệu đắt tiền, vv yếu tố thuận lợi để gắn kết thúc đẩy nhanh kết nghiên cứu sang triển khai quy mô lớn Bố cục luận án Luận án bao gồm 123 trang (không kể trang phụ lục) với 50 bảng số liệu, 89 hình vẽ 66 tài liệu tham khảo Luận án bố cục gồm phần mở đầu, phần nội dung, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục Phần nội dung chia làm chương: Chương Tổng quan; Chương Kỹ thuật thực nghiệm phương pháp nghiên cứu; Chương Kết thảo luận Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 CANXI CACBONAT Canxi cacbonat hóa chất phổ biến trái đất với cơng thức hóa học CaCO3 Khối lượng riêng CaCO khoảng 2,6 - 2,83 g/cm3, tích số tan nước Tn = 0,87.10-8 250 C Canxi cacbonat tồn tự nhiên dạng khác như: aragonit, canxit, đá phấn, đá vôi, cẩm thạch hay đá hoa travertin Aragonit canxit dạng phổ biến canxi cacbonat Tùy theo khía cạnh đánh giá ứng lĩnh vực sử dụng, canxi cacbonat chia thành nhiều loại khác hình 1.1 Hình 1.1 Phân loại canxi cacbonat 1.2 ỨNG DỤNG CỦA CANXI CACBONAT Canxi cacbonat sử dụng chủ yếu công nghiệp với số lượng lớn như: làm chất độn công nghiệp sản xuất giấy, chất độn cho cao su, kem đánh răng, chất dẻo, sơn, dược phẩm, mỹ phẩm, keo dán… Ngoài ứng dụng nêu trên, nano-PCC có ưu điểm trội so với PCC truyền thống việc tạo hình dạng, kích thước khác độ phân bố kích thước hạt dải hẹp Hiện nay, người ta sản xuất loại hình thái học đặc trưng PCC, là: dạng hình kim, hình lăng trụ (prismatic), hình khối (cubic), hình nơ hoa hồng (scalenohedral) Mỗi loại PCC với hình dạng, kích thước khác có tính chất vật lý riêng biệt, chọn cho phù hợp với lĩnh vực ứng dụng khác 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHÍNH ĐIỀU CHẾ VÀ BIẾN TÍNH CaCO KÍCH THƯỚC NANO MÉT 1.3.1 Các phương pháp CaCO3 kích thước nano mét 1.3.1.1 Phương pháp điều chế CaCO3 truyền thống 1.3.1.2 Phương pháp cacbonat hóa sữa vơi hệ micell đảo 1.3.1.3 Phương pháp điều chế nano-CaCO3 thiết bị kênh phản ứng vi mô MTMCR 1.4 PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA TRỌNG TRƯỜNG CAO Phương pháp kết tủa trọng trường cao phương pháp mà phản ứng hóa học xảy môi trường trọng lực cao, phận thiết bị quay RPB (rotating packed bed) có tác dụng tạo trọng trường cao nhiều lần trọng trường trái đất 1.4.1 Nguyên lý phương pháp kết tủa trọng trường cao trình tổng hợp vật liệu nano Nguyên lý phương pháp kết tủa trọng trường cao chất tham gia phản ứng tiếp xúc với khoảng thời gian ngắn nhờ tốc độ khuấy trộn vi mô mãnh liệt quy mô phân tử, phản ứng kết tủa xảy môi trường trọng lực cao Chất lỏng vào quay RPB chia tách thành màng lỏng với độ dày cỡ micro mét phần bề mặt RPB phản ứng xảy Phản ứng tổng hợp nano-CaCO3 bao gồm bước chính: phản ứng hóa học, tốc độ tạo mầm phát triển tinh thể - Phản ứng hóa học: A+B = P - Sự tạo mầm: P +P+ …+P = P* - Sự phát triển tinh thể: P*+P = P1 P1 + P = P ……… Pn-1+P = Pn Trong đó: A, B chất phản ứng, P sản phẩm phản ứng, P * mầm tinh thể, P1, P2, ,Pn, kích thước khác tinh thể Một dung dịch có nồng độ q bão hịa cao, độ phân bố nồng độ đồng thiết bị thời gian phát triển tinh thể cho toàn tinh thể điều kiện cần thiết cho việc tổng hợp bột nano có độ phân bố kích thước hạt hẹp Nếu ta gọi tn thời gian từ lúc tạo mầm tinh thể đồng lúc tốc độ tạo mầm ổn định theo Dirksen Ring [13] tn tính theo cơng thức 1.1: tn = 6d2n*/(DlnS) (1.1) * Trong đó: d đường kính phân tử, n số lượng ion mầm tinh thể, D hệ số khuếch tán, S tỉ lệ nồng độ bão hòa chia cho nồng độ bão hòa dung dịch Trong dung dịch nước tn có giá trị nhỏ 1ms Theo tài liệu [23, 28] khuấy trộn quy mơ phân tử (micromixing) khuấy trộn vĩ mơ (macromixing) có ảnh hưởng lớn đến độ phân bố kích thước hạt phản ứng BaCl2 Na2SO4 Trong quy mơ lớn khuấy trộn vĩ mơ tạo phân bố nồng độ đồng chất phản ứng, cịn với quy mơ phân tử độ phân bố nồng độ đồng thiết bị đạt khuấy trộn vi mô quy mô phân tử cách mãnh liệt, khuấy trộn vi mô khuấy trộn vĩ mô xảy đồng thời thùng phản ứng Khuấy trộn vi mô yếu tố định mức độ bão hòa chất tan phân bố nồng độ đồng vùng phản ứng thiết bị quy mô phân tử Từ quan điểm kỹ thuật phản ứng hóa học tốc độ phản ứng tốc độ tạo mầm phản ứng hóa học bị ảnh hưởng nội động học chất tham gia phản ứng mà không bị ảnh hưởng khuấy trộn vi mô vùng τm < tn Khi τm > tn tốc độ phản ứng tốc độ tạo mầm chịu ảnh hưởng khuấy trộn vi mô Ở τm thời gian đặc trưng khuấy trộn vi mô từ lúc bắt đầu khuấy trộn lúc trạng thái khuấy trộn cực đại mức độ phân tử Do tốc độ tạo mầm vùng phản ứng thiết bị không đồng Vì vậy, nên tạo khuấy trộn vi mô mãnh liệt để đạt τm < tn Trong vùng τm < tn tốc độ tạo mầm điểm khác thiết bị gần kích thước sản phẩm đồng hay độ phân bố kích thước hạt hẹp Thời gian τm tính theo phương trình 1.2 [39]:  m k m ( /  )1 / (1.2) Trong đó: Km số có giá trị 16, ε tốc độ tiêu hao lượng, ν độ nhớt động học, ví dụ thiết bị phản ứng thơng thường dung dịch nước ε = 0,1-10 w/kg, ν = 10-6 m2.s-1 trọng trường hợp τm = 5-50 ms lớn nhiều lần tn = 1ms điều nói lên phân bố kích thước hạt khó kiểm sốt Khuấy trộn vi mơ ảnh hưởng tới tốc độ phát triển tinh thể có khuấy trộn vĩ mơ có ảnh hưởng lớn tới tốc độ phát triển tinh thể, tinh thể đồng hay độ phân bố kích thước hạt dải hẹp tạo môi trường có khuấy trộn vĩ mơ tốt vùng phát triển tinh thể Dựa vào phân tích để tạo thiết bị tổng hợp bột nano có độ phân bố kích thước hẹp điều khiển hình thái hạt cần điều kiện sau: a) vùng phản ứng vùng tạo mầm tách biệt với vùng phát triển tinh thể; b) vùng phát triển tinh thể có khuấy trộn vĩ mô tốt; c) lưu lượng vào vùng phản ứng tạo mầm dòng chảy đều, khối (bao gồm lỏng rắn), từ ta thấy thiết bị phản ứng tối ưu có vùng phản ứng tạo mầm có khuấy trộn vi mô mãnh liệt vùng phát triển tinh thể có khuấy trộn vĩ mơ tốt với dịng chảy đều, ổn định Trong RPB tốc độ chuyển khối tốc độ khuấy trộn vi mô lớn nhiều so với thiết bị thơng thường, tạo nồng độ bão hòa cao sản phẩm phản ứng kết tủa, quay RPB kết hợp khuấy trộn động khuấy trộn tĩnh Giá trị τm RPB khoảng 10-100 µs nhỏ nhiều giá trị t n = ms điều thỏa mãn yêu cầu τm < tn độ phân bố kích thước hạt hình thái học hạt điều khiển Theo phân tích thiết bị phản ứng trọng trường cao lý tưởng để tổng hợp khối lượng lớn bột nano có độ phân bố kích thước hạt hẹp 1.4.2 Tổng hợp nano-CaCO3 phương pháp higee Quá trình tạo thành CaCO3 kết tủa từ phản ứng khí CO2 dung dịch sữa vơi q trình phức tạp mơ tả thể tóm tắt q trình phản ứng 1.3 → 1.7 Ca(OH)2(huyền phù) → Ca2+ + 2OH- (chậm) Kcb = 6,46 x 10-6 (1.3) CO2(k) + H2O → H2CO3 (nhanh) Kcb = 0,035 (1.4) -7 H2CO3(l) + OH → H2O + HCO3 (l) (chậm) Kcb = 4,5 x 10 (1.5) HCO3-(l) + OH- → H2O + CO32-(l) (chậm) Kcb = 4,7 x 10-11 (1.6) Ca2+ + CO32- → CaCO3(r) (nhanh) Kcb = 2,2x108 (1.7) Theo lý thuyết động học kết tinh, tốc độ tạo mầm tốc độ phát triển tinh thể điều khiển độ bão hòa sản phẩm, yếu tố quan trọng để tổng hợp nano-CaCO3, tỷ lệ độ bão hòa [Ca2+] [CO32-] bề mặt chung khí-lỏng biểu diễn theo phương trình (1.8): S = ([Ca2+][CO32-])/[s.p] (1.8) 2+ 2Trong đó: [Ca ] [CO3 ] nồng độ ion canxi cacbonat bề mặt chung khílỏng [s.p] độ tan sản phẩm Tuần hồn Khí Lỏng vào Vùng phản ứng tạo mầm Lỏng Khí vào Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp nano-CaCO3 phương pháp higee Vùng phát Để thu độ q bão hịa cao củatriển CaCO3 cần tạo nồng độ cao tinh thể 2+ 2của ion Ca ion CO3 Trong trình cacbonat lượng ion Ca2+ sinh từ dung dịch huyền phù Ca(OH)2 ln ln đủ (phương trình 1.3 với Kcb = 6,46 x 10-6), trình chuyển khối CO2 từ pha khí vào pha lỏng q trình chậm (phương trình 1.6 Kcb = 4,7 x 10-11) ion CO32- sinh định trình chuyển khối này, q trình chuyển khối CO quan trọng trình tổng hợp nano-CaCO3 kích thước hạt có ảnh hưởng đáng kể trình Phương pháp kết tủa trọng trườn cao phương pháp mà tăng cường độ chuyển khôi lên 2-3 lần so với phương pháp thông dụng khác đó, q trình chuyển khối CO2 thành CO32- tăng lên 2-3 lần Điều chế vật liệu nano-CaCO3 phương pháp kết tủa trọng trường cao mô tả tóm tắt sau: bắt đầu q trình phản ứng dung dịch Ca(OH)2 bơm vào vùng phản ứng tạo mầm (RPB) thiết bị phản ứng Higee (hình 1.2), khí CO2 nạp vào vùng RPB phản ứng với Ca(OH) Quá trình tuần hoàn liên tục toàn Ca(OH) chuyển thành CaCO3 kết thúc phản ứng, lúc ta thu sản phẩm CaCO3 huyền phù Sau lọc, sấy, đánh tơi ta thu sản phẩm bột canxi cacbonat kích thước nano mét 1.5 Các phương pháp biến tính bề mặt canxi cacbonat Trong năm gần có nhiều tác giả nghiên cứu biến tính bề mặt chất độn như: canxi cacbonat, waste-gypsum, nano tube, nano-clay… Các tác nhân sử dụng để biến tính bề mặt tác nhân hữu tác nhân vô Các tác nhân hữu thường axit béo no không no như: axit acrylic, axit stearic, axit oleic …vv Các axit béo liên kết bề mặt với canxi cacbonat, tác nhân không bị tách khỏi CaCO3 điều kiện khắc nghiệt Các tác nhân vơ thường ơxit kim loại có liên kết π khả kết hợp với hữu như: silic đioxit, phốt phát…vv Chương KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 HĨA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 2.1.1 Hóa chất Các hóa chất sau sử dụng q trình nghiên cứu: - Vối CaO Mơng Sơn, n Bái, khí CO2 cơng nghiệp cơng ty Tiến Phát - Cốc thủy tinh chịu nhiệt loại 50 ÷ 2000 ml, ống đong loại 50 ÷ 1000 ml; Pipet loại ÷ 25 ml; Buret: 25 - 50 ml; - Các dụng cụ, hóa chất cần thiết khác 2.1.2 Thiết bị thí nghiệm - Máy lọc ép khung - Hệ thống thiết bị phản ứng trọng trường cao - Máy tuyển cyclon thủy lực - Các thiết bị phụ trợ, dụng cụ bảo hộ khác…vv 2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO CANXI CACBONAT KẾT TỦA Hình 2.1 sơ đồ cơng nghệ chung cho trình điều chế nano-canxi cacbonat, nano-canxi cacbonat biến tính bề mặt canxi cacbonat hình kim 2.2.1 Mẫu vôi sử dụng nghiên cứu Mẫu vôi CaO lấy từ Mông Sơn -Yên Bái với thành phần hóa học bảng 2.1 Bảng 2.1 Thành phần hóa học vôi Mông Sơn - Yên Bái STT Tên Mẫu Hàm lượng tiêu phân tích Vơi sống (CaO) Đơn vị (%) CaO MgO Al2O3 SiO2 Fe2O3 99,21 0,20 0,021 0,15 0,043 2.2.2 Điều chế vật liệu nano-CaCO3 phương pháp kết tủa trọng trường cao Hình 2.1 sơ đồ phản ứng điều chế nano-CaCO3 phương pháp kết tủa trọng trường cao Khi bắt đầu trình phản ứng, sữa vơi cho vào thùng khuấy (1), bơm lưu lượng (2) bơm dung dịch sữa vôi vào quay RPB (6) qua hệ thống phân bố chất lỏng (5), khí CO2 từ bình khí qua van (8) vào RPB qua đường dẫn khí (10), phản ứng xảy vùng bên RPB Dịng khí lỏng ngược chiều Chất lỏng khỏi RPB theo hướng xuyên tâm, tác dụng lực ly tâm, chất lỏng tạo thành màng mỏng bề mặt cánh RPB, diện tích tiếp xúc khí-lỏng lớn nên phản ứng xảy nhanh Sau chất lỏng khỏi RPB chúng tập trung đầu (7) chảy trở lại thùng khuấy (1) Quá trình tuần hoàn liên tục toàn Ca(OH) chuyển thành CaCO3 kết thúc phản ứng Để nhận biết dấu hiệu kết thúc phản ứng sử dụng thị phenoltalein, sản phẩm phản ứng khơng làm đổi mầu chất thị phản ứng kết thúc Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị phản ứng điều chế nano-CaCO3 hệ thiết bị kết tủa trọng trường cao 2.2.3 Điều chế vật liệu canxi cacbonat hình kim phương pháp kết tủa trọng trường cao Hình 2.1 sơ đồ điều chế CaCO hình kim Trước cacbonat hóa lượng chất phụ gia H3PO4 với tỷ lệ thích hợp cho vào dung dịch Ca(OH) khuấy 1200 v/p 30’ Sau dung dịch gia nhiệt tới nhiệt độ chọn trước bơm vào vùng phản ứng RPB hệ phản ứng Higee, khí CO nạp vào vùng RPB phản ứng với Ca(OH) Q trình tuần hồn liên tục tồn Ca(OH)2 chuyển thành CaCO3 kết thúc phản ứng, lúc ta thu sản phẩm CaCO3 hình kim dạng huyền phù Sau lọc, sấy, đánh tơi ta thu sản phẩm bột canxi cacbonat hình kim 2.2.4 Điều chế vật liệu nano-CaCO biến tính bề mặt phương pháp kết tủa trọng trường cao Hình 2.1 sơ đồ cơng nghệ điều chế nano-CaCO 3/St Dung dịch Ca(OH)2 với nồng độ xác định cho vào thùng phản ứng Trước cacbonat hóa lượng hỗn hợp chất biến tính với tỷ lệ thích hợp cho vào dung dịch Ca(OH) khuấy 1200 v/p 30 phút Dung dịch gia nhiệt tới nhiệt độ đặt trước, sau bơm vào vùng phản ứng RPB hệ phản ứng Higee, khí CO nạp vào vùng RPB phản ứng với Ca(OH) Quá trình tuần hoàn liên tục toàn Ca(OH)2 chuyển thành CaCO3 kết thúc phản ứng, lúc ta thu sản phẩm nano-CaCO3/St dạng huyền phù Sau lọc, rửa, sấy ta thu sản phẩm bột nano canxi cacbonat có bề mặt biến tính 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU - Xác định hàm lượng số nguyên tố có mẫu sản phẩm phương pháp quang phổ plasma; - Xác định nồng độ Ca(OH)2 huyền phù chuẩn độ complexon - Xác định thành phần, cấu trúc kích thước hạt phương pháp XRD ; - Xác định diện tích bề mặt riêng kích thước hạt trung bình phương pháp BET ; - Xác định kích thước hạt trung bình hình thái hạt phương pháp TEM SEM; - Phương pháp phổ hồng ngoại cung cấp thông tin cấu trúc phân tử nhanh, khơng địi hỏi phương pháp tính tốn phức tạp; - Phương pháp phân tích nhiệt cho biết thông tin biến đổi mẫu trình nung, xác định độ bền nhiệt vật chất Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KẾT TỦA TRỌNG TRƯỜNG CAO 3.1.1 Cơ sở thiết kế thiết bị higee Trong trình thực luận án, Việt Nam chưa có thiết bị nghiên cứu kết tủa trọng trường cao phịng thí nghiệm thiết bị nghiên cứu higee chưa thương mại hóa tồn giới Do đó, để thực nội dung nghiên cứu luận án, thiết kế, chế tạo thiết bị nghiên cứu kết tủa trọng trường cao dựa yêu cầu sở khoa học sau:  Vùng phản ứng vùng tạo mầm tách biệt với vùng phát triển tinh thể;  Vùng phát triển tinh thể có khuấy trộn vĩ mơ tốt; vùng phản ứng tạo mầm có khuấy trộn vi mô mãnh liệt mức độ phân tử;  Lưu lượng vào vùng phản ứng tạo mầm dịng chảy đều, liên tục;  Chất khí chất lỏng chảy ngược chiều Như phân tích, để thu hạt nano có độ phân bố kích thước hạt hẹp cần phải đáp ứng yêu cầu sau: (i) mức độ bão hòa cao sản phẩm; (ii) phân bố nồng độ thành phần đồng thiết bị; (iii) thời gian phát triển tinh thể gần cho tất tinh thể Để đạt mức độ bão hòa cao sản phẩm phân bố nồng độ đồng chất phản ứng thiết bị, cần tạo khuấy trộn vi mô mãnh liệt mức độ phân tử, khuấy trộn vi mô đặc trưng thơi gian khuấy trộn vi mơ τm, tính tốn theo cơng thức:  m k m ( /  )1 /  h (s) U (r ) (3.1) h: độ dày màng chất lỏng chảy RPB; U(r): Độ nhớt tương đối màng chất lỏng RPB vị trí r có giá trị nằm khoảng 0-16 m/s (thông thường chọn U(r) = 0,15 m/s [21]) Giá trị mức độ trọng lực vùng phản ứng có tác động lớn đến hình thái độ dày màng chất lỏng chảy RPB Mức độ trọng lực tính theo cơng thức 3.2: Gg = (2  N/60)2(dt+dn)/2 (3.2) Khi tốc độ quay RPB = 3000 v/p G g ≈ 1300g (g = 9,8 m/s2) với mức độ trọng lực giá trị độ dày màng chất lỏng chảy qua RPB, h ≈ 10-5 m [22], m  h 10   10  (s) U ( r ) 0,15 thỏa mãn điều kiện τm < tn Khi τm < tn tốc độ tạo mầm điểm khác thiết bị gần tốc độ phản ứng tốc độ tạo mầm bị ảnh hưởng chất chất tham gia phản ứng mà không bị ảnh hưởng q trình khuấy trộn quy mơ phân tử 3.1.2 Cấu trúc thiết bị higee Hình 3.1 vẽ phác họa thiết kế thiết bị kết tủa trọng trường cao với thơng số sau: - RPB gồm có đĩa quay 12 cánh; - Đường kính dt đường kính ngồi dn RPB 21 cm; - Cánh quay có kích thước rộngxdài = 5x8 cm; - Vận tốc quay RPB thay đổi từ - 3000 v/p; - Vùng phản ứng RPB tích: 240 cm3; - Ống chất lỏng ø 76; - Ống khí vào, khí ø 6-8; - Ống phân bố chất lỏng ø 21x2; - Chiều rộng vỏ hộp 110 mm; - Đường kính vỏ hộp: 310 mm Hình 3.1 Bản vẽ cơng nghệ thiết bị kết tủa trọng trường cao 10 3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ NANO-CaCO3 HÌNH THÁI LẬP PHƯƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA TRỌNG TRƯỜNG CAO 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ huyền phù sữa vôi Ca(OH) đến thời gian phản ứng, kích thước hạt sản phẩm CaCO3 Đồ thị hình 3.2 cho thấy phụ thuộc thời gian phản ứng vào nồng độ Ca(OH)2, giá trị thời gian phản ứng tăng gần tuyến tính từ 3,08 phút tới 8,10 phút nồng độ Ca(OH)2 tăng từ 30 g/l đến 80 g/l Kết cho thấy, rõ ràng, công nghệ kết tủa trọng trường cao mang lại ưu điểm bật việc rút ngắn thời gian phản ứng so với công nghệ thông thường, điều có lợi triển khai quy mô lớn 100 t (thời gian) d (nm) 80 60 N = 3000 v/p L = l/p G= 15 l/p Tpứ = 30 ± 20 N = 3000 v/p L = l/p G= 15 l/p Tpứ = 30 ± 20 40 20 0 20 40 60 80 C (g/l) 100 20 40 60 80 100 C (nồng độ) Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn mối quan Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ nồng độ Ca(OH)2 thời gian hệ nồng độ Ca(OH)2 kích phản ứng thước PCC Từ đồ thị hình 3.3 cho thấy, hồn tồn điều chế canxi cacbonat kích thước nano mét phương pháp kết tủa trọng trường cao, sản phẩm thu đạt kích thước nano mét (