《Powder Technology》：Liquid film-assisted antisolvent crystallization for high-performance KH
CO
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ultrafine particles: Uniform size and enhanced flowability
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钾 bicarbonate 超细颗粒绿色合成工艺中，液膜辅助抗溶剂结晶法（LFAC）通过调控薄液膜厚度和循环参数，实现1-2μm均匀块状颗粒制备，较传统方法节能且避免低温真空条件。
王英晨|罗佳琪|马梅|袁明婷|贾一民|史春荣|于秋硕
西北大学化学工程学院，中国陕西省西安市710069
摘要
碳酸氢钾（）超细颗粒是高效灭火剂的关键成分，但传统制备方法存在颗粒尺寸大、均匀性差和能耗高的问题，这些是化学制造可持续性的主要障碍。本文开发了一种绿色且可扩展的液膜辅助抗溶剂结晶（LFAC）方法，用于便捷地制备碳酸氢钾超细颗粒，并对核心工艺参数进行了系统优化。结果表明，LFAC能够一步制备出分布均匀的块状碳酸氢钾颗粒（1–2 μm），粒径分布狭窄。超薄液膜缩短了质量传递距离并保持了均匀的过饱和状态，实现了同步成核。最佳工艺条件为120秒旋干时间、10次抗溶剂循环以及使用3–4毫米的玻璃珠，所得颗粒的安息角为34.1°。与传统抗溶剂结晶（20–50 μm）、冷冻干燥（101.4–260.8 μm）和冷冻溶解（24.7–143.6 μm）方法相比，LFAC在常温条件下进行，降低了能耗。本研究阐明了液膜动力学的调控机制，为灭火剂及其他功能性颗粒的超细颗粒合成提供了一种可扩展的策略。
引言
碳酸氢钾（）超细颗粒[1],[2]是高效干粉灭火剂的关键成分，其性能直接取决于微观特性——直径≤5 μm的颗粒比传统的20–50 μm颗粒具有30–50%更高的灭火效果[1],[3],[4]。这种优势源于更大的比表面积，可加速与燃烧中间体（如·OH、·H自由基）的反应，并改善在火场中的分散性，克服了粗颗粒的沉降问题[5],[6],[7]。随着对高性能消防安全材料需求的增长，制备粒径分布狭窄、形态均匀且流动性可控的碳酸氢钾超细颗粒已成为化学工程和材料合成领域的研究重点[8],[9],[10]。
然而，现有制备方法存在固有的工程局限性，阻碍了其工业化应用。传统的抗溶剂结晶（TAC）[11],[12]依赖混合操作，导致质量传递不受控制、成核不同步以及颗粒尺寸分布不均（20–50 μm）。冷冻干燥（FDry）[13],[14],[15]和冷冻溶解（FDis）[16],[17]技术虽然提高了颗粒尺寸的均匀性，但需要能耗较高的低温/真空条件或长时间处理（FDry需24小时），能耗比常温工艺高出2–3个数量级[18]。喷雾干燥由于溶剂快速蒸发会导致颗粒表面粗糙[19],[20],[21]，而水热合成[22],[23]则需要苛刻的温度/压力条件，限制了其可扩展性和可持续性。因此，亟需一种强化工艺、节能的方法，以实现精确的颗粒控制并兼顾工程可行性。
通过微反应器[24],[25],[26]或薄膜技术[27],[28]强化工艺已成为调节结晶动力学的变革性策略，可提高质量/热量传递效率并实现均匀过饱和状态。为解决上述问题，我们开发了液膜辅助抗溶剂结晶（LFAC）方法，利用超薄液膜作为“微反应器”来强化结晶过程。与批量系统相比，液膜将质量传递距离从数百微米缩短至<10 μm，保持了均匀的过饱和状态，这对同步成核和可控晶体生长至关重要。
本研究系统探讨了关键工艺参数（包括旋干时间（液膜厚度调节）、循环次数、珠子性质（尺寸和材料）以及抗溶剂类型）对液膜稳定性和碳酸氢钾颗粒特性（尺寸、形态和流动性）的影响。核心目标是建立一种便捷、节能且可扩展的方法，用于制备粒径分布狭窄的1–2 μm碳酸氢钾超细颗粒。通过阐明液膜动力学对结晶动力学的调控机制，本研究不仅推动了下一代灭火剂的发展，还为功能性颗粒材料的强化合成提供了通用框架。
材料
碳酸氢钾（纯度>99.7%）由J&K Scientific Co., Ltd.提供。甲醇、乙醇、异丙醇和正丙醇购自天津富宇精细化工有限公司（纯度>99.7%）。所有化学试剂均按原样使用，无需进一步纯化。去离子水（电导率<0.5 μS/cm）在实验室自行配制。
通过LFAC方法制备碳酸氢钾超细颗粒
碳酸氢钾超细颗粒的制备过程如图1所示。在室温下，将水溶液...
结果与讨论
在传统抗溶剂结晶（TAC）过程中，控制碳酸氢钾超细颗粒的形态和尺寸均匀性仍然是一个关键挑战。TAC过程中不受控制的成核和生长会导致颗粒尺寸分布宽泛和形态不规则（图7(a-b)），从而显著降低其作为高效灭火剂的效能——因为均匀的颗粒尺寸和形态对于高效分散、吸热和自由...
结论
本研究开发了一种液膜辅助抗溶剂结晶（LFAC）方法，用于精确制备高性能碳酸氢钾超细颗粒。LFAC通过使用超薄液膜调节过饱和度和质量传递，实现一步制备出分布均匀的块状颗粒（1–2 μm，粒径分布狭窄），克服了传统抗溶剂结晶（TAC）的扩散限制，并避免了高能耗问题。
CRediT作者贡献声明
王英晨：撰写——原始草稿、可视化、验证、数据整理。罗佳琪：方法论设计、实验研究、数据分析。马梅：撰写——审稿与编辑。袁明婷：撰写——审稿与编辑。贾一民：撰写——审稿与编辑。史春荣：撰写——审稿与编辑、资金筹集。于秋硕：撰写——审稿与编辑、方法论设计、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢广西壮族自治区高校人文社会科学重点研究基地和亚太（东南亚）翻译与跨文化交流中心（资助编号：2025APTISZD01）对本项目的财务支持。
