碳酸鈣（CaCO 3）是最豐富的礦物質(zhì)之一，在許多科學(xué)領(lǐng)域中都具有很高的重要性，包括全球CO 2交換，工業(yè)水處理儲(chǔ)能以及貝殼和骨骼的形成。在工業(yè)上碳酸鈣也用于生產(chǎn)水泥，玻璃，油漆，塑料，橡膠，陶瓷和鋼鐵，也是煉油和鐵礦石提純的關(guān)鍵材料。

由于特殊的表面及量子物理性能，納米材料技術(shù)受到廣泛關(guān)注。納米級(jí)的碳酸鈣由于其在精細(xì)化工領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用而尤以為甚。

納米碳酸鈣具有超細(xì)、超純的特點(diǎn)，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)。以涂料行業(yè)為例，針對(duì)涂料中使用填料和骨料的特點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)的立德粉和鈦白粉，專用紡錘形納米碳酸鈣的粒子非常細(xì)小，與水完全潤(rùn)濕，易于研磨和分散，有極強(qiáng)的吸附力，表面涂層光滑、色彩艷麗質(zhì)感好，可取代市場(chǎng)價(jià)格昂貴且不穩(wěn)定的鈦白粉。尤其在一些特殊填料的高級(jí)納米涂料配方調(diào)制中，可以降低基料粘合劑的用量，來降低成本，提高產(chǎn)品技術(shù)含量，開發(fā)和生產(chǎn)出更綠色環(huán)保的功能性涂料，獲得經(jīng)濟(jì)效益。

由于市場(chǎng)的需求量，目前，碳酸鈣的合成工藝主要由二氧化碳和氫氧化鈣的沉淀反應(yīng)來制得。然而，這一工藝的合成過程中，分散、混合和傳質(zhì)問題的研究一直存在不足。

二氧化碳和氫氧化鈣的沉淀反應(yīng)是個(gè)非?？斓姆磻?yīng)，因此，如何更好地溶解二氧化碳?xì)怏w，就要求較高的混合及傳質(zhì)效果。近年來，微反應(yīng)器技術(shù)的興起引發(fā)了科學(xué)及工業(yè)界極大的興趣。研究中也通過不同的微通道設(shè)計(jì)以及工藝過程的優(yōu)化很大程度上展現(xiàn)了在傳質(zhì)上的優(yōu)勢(shì)。

在碳酸鈣的沉淀過程中，過飽和比被定義為:

[Ca²⁺]為鈣離子濃度，[CO₃^2-]為碳酸離子濃度，Ksp為溶解的碳酸鈣。

生成納米顆粒必須要很高的過飽和值，所以從公式中可以看出，[Ca²⁺]和[CO₃^2-]的數(shù)值也要大。

該反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理：

從動(dòng)力學(xué)角度來分析，碳酸氫根離子的生成和碳酸離子的生成都是快反應(yīng)，氫氧化鈣也很容易分解，所以，體系中的鈣離子濃度是可以保證的。盡管整個(gè)反應(yīng)過程非常之快，但是二氧化碳從氣相到液相之間的傳質(zhì)是一個(gè)慢過程，混合過程決定了碳酸離子的濃度。所以，過飽和值主要由二氧化碳的傳質(zhì)效率來決定。所以，相與相之間的混合以及二氧化碳的傳質(zhì)對(duì)于納米碳酸鈣的制備非常關(guān)鍵，控制好傳質(zhì)就能控制好納米顆粒度的大小范圍。

有文獻(xiàn)報(bào)道，有用微孔濾膜（https://doi.org/10.1016/j.cep.2014.03.006）等方法進(jìn)行納米碳酸鈣合成的成功案例，由于傳質(zhì)和混合效率的加強(qiáng)，可以將納米顆粒的大小控制得非常好。研究表明，隨著二氧化碳通量密度的增加，生成的碳酸鈣的顆粒度大小隨之減小。與傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)相比較，通過有微孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器可以顯著加強(qiáng)混合效果。通過調(diào)整和嘗試不同的體系流速，增加在微通道結(jié)構(gòu)中流體的速度，從而大大減小分散相過程中的幾何級(jí)數(shù)，縮短傳質(zhì)距離，在一定范圍內(nèi)強(qiáng)化傳質(zhì)效果。

微反應(yīng)器由于其連續(xù)模式和傳熱/質(zhì)傳遞效率而顯著地促進(jìn)了先進(jìn)納米材料的合成和研究。有文獻(xiàn)報(bào)道，使用分段流微反應(yīng)器（SMFR）控制碳酸鈣沉淀的方法，可以實(shí)現(xiàn)晶體尺寸和尺寸分布的極佳定義。可以根據(jù)反應(yīng)條件和所用的液滴量沉淀出純方解石、純球ate石、方解石和球ate石的混合物。（https://doi.org/10.1063/1.3683162）

對(duì)于納米碳酸鈣的合成，可以將事先配好的氫氧化鈣懸浮液泵入反應(yīng)器，同時(shí)將二氧化碳?xì)怏w進(jìn)料，連續(xù)流微通道反應(yīng)器可以以優(yōu)于傳統(tǒng)釜式100倍的傳質(zhì)效率來強(qiáng)化二氧化碳?xì)怏w在相之間的傳質(zhì)與混合，達(dá)到非常好的體系過飽和值，從而更精準(zhǔn)地控制納米顆粒的大小和粒徑分布，提高產(chǎn)品的純度。靈活的模塊化設(shè)計(jì)，可以快速對(duì)反應(yīng)的停留時(shí)間、進(jìn)料速度、PH值等參數(shù)的調(diào)節(jié)，來獲取不同的工藝參數(shù)，達(dá)到不同的工藝效果。

微反應(yīng)器通道結(jié)構(gòu)對(duì)液液、氣液及氣液固等非均相體系有絕佳的混合效果，可以進(jìn)行精準(zhǔn)進(jìn)料。和傳統(tǒng)的微通道反應(yīng)器相比，由于通道尺寸多在微米級(jí)，在納米材料的合成工藝過程中，容易形成堵塞。而微通道反應(yīng)器的通道尺寸在毫米級(jí)，可以處理粒徑大小<500微米的顆粒物，通道結(jié)構(gòu)平滑，無死體積，使得其在納米材料合成領(lǐng)域大有作為。

隨著技術(shù)的發(fā)展，分段流反應(yīng)器（SMFR）被進(jìn)一步開發(fā)和改進(jìn)以用于更嚴(yán)格和復(fù)雜的納米材料合成。引入了外部功能，例如微波和紫外線（UV）輻射，電壓和振蕩，以促進(jìn)精確的能量輸入或控制SMFR中的混合。