專(zhuān)利名稱(chēng)：納米硫酸鋇的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用絡(luò)合法制備納米BaSO4的方法。
背景技術(shù)：
普通BaSO4在橡膠、塑料、油墨、涂料、造紙等許多行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。納米BaSO4具有量子效應(yīng)、尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等重要的結(jié)構(gòu)特性，其物理特性與普通材料不同，是一種新型高檔功能性填充材料，不僅在橡膠、塑料、油墨、涂料、造紙等諸多工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，而且在醫(yī)學(xué)、陶瓷、復(fù)合材料等方面的更具有廣闊應(yīng)用前景。
在現(xiàn)有技術(shù)中，制備硫酸鋇主要是液相直接沉淀法，多數(shù)采用硫酸進(jìn)行處理，1984年日本界化學(xué)工業(yè)公司開(kāi)發(fā)出了一種使重晶石與堿金屬碳酸鹽混合，在高溫下反應(yīng)，用20％硫酸處理制取沉淀硫酸鋇，堿金屬碳酸鹽在反應(yīng)中起催化劑的作用，其量為重晶石中鋇含量(理論值)的0.5％～1％，反應(yīng)溫度控制在850～1100℃，使重晶石的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。用該法制成的2～20μm大顆粒硫酸鋇，用作乳白合成樹(shù)脂和化妝品添加劑和照明器材和光學(xué)儀器的體質(zhì)顏料。
另一種方法是把反應(yīng)物置于攪拌容器里，并以2380rpm的轉(zhuǎn)速攪拌。在70℃下加入10％硅酸鈉(以30％硫酸鋇為基準(zhǔn))混合，調(diào)節(jié)pH值至2，老化半小時(shí)，再調(diào)pH值至7，再老化，經(jīng)過(guò)濾，在800℃下煅燒后，球磨得高活性產(chǎn)品。微細(xì)鱗片狀硫酸鋇用于復(fù)印紙制造，可使紙表面平滑光亮。
上述兩種方法雖具有收率、純度高，不需加芒硝轉(zhuǎn)化和蒸發(fā)濃縮硫化鈉工序的優(yōu)點(diǎn)。但最終合成的粉體其粒徑大，且粒度分布寬泛，工藝復(fù)雜、條件不穩(wěn)定，能耗大而產(chǎn)量較低，無(wú)法滿足當(dāng)前市場(chǎng)的產(chǎn)量和質(zhì)量需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)中粉體其粒徑大，且粒度分布寬泛，工藝復(fù)雜、條件不穩(wěn)定等技術(shù)問(wèn)題，而提供了一種粒徑小、粒度分布均勻，單分s散性好的納米硫酸鋇。
本發(fā)明是采用下列方法實(shí)現(xiàn)的，一種納米硫酸鋇的制備方法，主要由絡(luò)合反應(yīng)和沉淀反應(yīng)兩步組成，具體步聚如下(A)將Ba2+溶液與EDTA絡(luò)合劑溶液置于反應(yīng)器中發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，利用氨水調(diào)節(jié)體系pH，攪拌條件下Ba2+與絡(luò)合劑EDTA反應(yīng)生成具有一定穩(wěn)定性BaY2-絡(luò)合物。
(B)將(A)所得絡(luò)合物BaY2-溶液與SO42-溶液反應(yīng)，攪拌條件下發(fā)生沉淀反應(yīng)制備得納米級(jí)BaSO4粒子。
本發(fā)明(A)過(guò)程中，原料液鋇鹽溶液濃度范圍為0.2mol/L～2mol/L，EDTA濃度為0.1mol/L～4mol/L，利用氨水作緩沖液調(diào)節(jié)pH至3～8之間，整個(gè)過(guò)程攪拌速率為200～1000rpm，絡(luò)合反應(yīng)時(shí)間10～30min。(A)過(guò)程中所得的BaY2-絡(luò)合溶液與SO42-溶液，在強(qiáng)攪拌下發(fā)生沉淀反應(yīng)制備得納米級(jí)BaSO4粒子。絡(luò)合劑EDTA通過(guò)處理后可循環(huán)利用或回收。
本發(fā)明的原料液可以是氯化鋇、硫化鋇、硝酸鋇、碳酸鋇、草酸鋇等鋇鹽。(B)中所用SO42-溶液可以是硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸、硫酸鋅等可溶性硫酸鹽。
本發(fā)明原料可以是有機(jī)鋇鹽。
本發(fā)明調(diào)節(jié)絡(luò)合物pH值可以是氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿溶液。
本發(fā)明所用絡(luò)合劑可以是ETDA、SCN-1、CN-1等與鋇離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的絡(luò)合劑。
本發(fā)明納米硫酸鋇的制備方法主要分兩步(1)絡(luò)合反應(yīng)將原料液鋇鹽溶液濃度范圍為0.2～2mol/L，EDTA濃度為0.2～2mol/L，等量濃度鋇鹽溶液和EDTA混合加入反應(yīng)器中，加熱到50℃左右，利用氨水調(diào)節(jié)pH為6～8之間，在攪拌速率100～1000rpm的條件下，絡(luò)合反應(yīng)時(shí)間10～30min，Ba2+與絡(luò)合劑EDTA反應(yīng)生成具有相對(duì)穩(wěn)定性BaY2-絡(luò)合物。
(2)沉淀反應(yīng)向(1)過(guò)程中加入硫酸鈉溶液使整個(gè)溶液處于過(guò)飽和的介穩(wěn)態(tài)，硫酸根離子通過(guò)擴(kuò)散與絡(luò)合物體系中的游離鋇離子接觸碰撞，反應(yīng)生成沉淀后，游離鋇濃度的迅速減少促使絡(luò)合物向電離方向移動(dòng)，而且沉淀的不斷生成迫使絡(luò)合物的離解繼續(xù)進(jìn)行，直至整個(gè)體系不產(chǎn)生沉淀為止。
本發(fā)明1步聚中溫度對(duì)反應(yīng)物和配合物的溶解度影響很大，控制溫度約45℃左右，pH的直接影響到配位化合物的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)pH值在6左右，反應(yīng)物濃度約0.2～2.0mol/L左右，絡(luò)合反應(yīng)本質(zhì)金屬鋇離子與EDTA形成絡(luò)合物的反應(yīng)，<第一步>反應(yīng)沉淀階段<第二步>
Ba2+與絡(luò)合劑EDTA溶液形成具有一定穩(wěn)定性的絡(luò)合體，然后BaY2-溶液與SO42-溶液反應(yīng)生成BaSO4，由于整個(gè)體系中是緩慢釋放Ba2+，鋇離子與EDTA締合所需的勢(shì)壘大于鋇離子與硫酸根締合的勢(shì)壘，所以體系中螯合物的穩(wěn)定性不能保持，而離解發(fā)生沉淀。反應(yīng)后BaSO4粒子進(jìn)入絡(luò)合物體系中，有效防止生成粒子凝并而成團(tuán)聚，因而所得的納米BaSO4粒子單分散性好。
采用直接反應(yīng)沉淀制備硫酸鋇很難避免由于沉淀劑局部濃度過(guò)高而造成的體系中局部過(guò)飽和度過(guò)大，造成沉淀粒粒徑大或粒度分散不均勻。以EDTA為均勻沉淀劑制備納米硫酸鋇的過(guò)程中，沉淀劑不是直接與硫酸鈉觸反應(yīng)，而是通過(guò)絡(luò)合前驅(qū)體逐漸解析構(gòu)晶離子SO42-，反應(yīng)過(guò)程中鋇離子釋放是慢過(guò)程，而沉淀反應(yīng)是快反應(yīng)，鋇離子的釋放過(guò)程是整個(gè)反應(yīng)的控制步驟，因而不會(huì)造成溶液中反應(yīng)物濃度的突然增大，鋇離子與硫酸根離子可達(dá)到分子水平接觸，因而能夠確保在整個(gè)溶液中均勻的反應(yīng)生成沉淀。
采用本發(fā)明的方法制備納米硫酸鋇，平均粒徑25nm，粒度分布20～40nm。操作條件穩(wěn)定，產(chǎn)品的再溶分散性良好。在本發(fā)明的條件下得到的硫酸鋇顆粒呈六方晶形。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)和實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明

圖1為納米硫酸鋇制備方法的工藝流程圖實(shí)施例1采用本發(fā)明工藝流程附圖1，配制0.6mol/L氯化鋇溶液與0.6mol/LEDTA溶液在400rpm攪拌狀態(tài)下混合，利用氨水調(diào)結(jié)pH至6～8，絡(luò)合時(shí)間20min，加入0.6mol/L硫酸鈉溶液，整個(gè)反應(yīng)體系逐漸由透明至淺藍(lán)，最后呈現(xiàn)鮮亮的乳白色。將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沉降分離，得到透明的凝膠，將凝膠在烘箱內(nèi)150℃條件下烘干得到透明的玻璃狀固體。在本工藝條件下得到的硫酸鋇顆粒平均粒徑25nm，粒度分布20～40nm，以六方晶形為主。
實(shí)施例2配制1.0mol/L氯化鋇溶液與1.0mol/LEDTA溶液在400rpm攪拌狀態(tài)下混合，利用氨水調(diào)節(jié)pH至6～8，絡(luò)合時(shí)間20min，逐漸倒入1.0mol/L硫酸鈉溶液，整個(gè)反應(yīng)體系逐漸由透明至淺藍(lán)，最后呈現(xiàn)鮮亮的乳白色。將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沉降分離，得到透明的凝膠，將凝膠在烘箱內(nèi)150℃條件下烘干得到透明的玻璃狀固體。在本工藝條件下得到的硫酸鋇顆粒平均粒徑25nm，粒度分布20～40nm，以六方晶形為主。
實(shí)施例3配制2.0mol/L氯化鋇溶液與等摩爾EDTA溶液在低速攪拌狀態(tài)下混合，利用氨水調(diào)節(jié)pH至6～8，將攪拌速度400rpm，絡(luò)合20min后，逐漸倒入2.0mol/L硫酸鈉溶液，整個(gè)反應(yīng)體系逐漸由透明至淺藍(lán)，最后呈現(xiàn)鮮亮的乳白色。將反應(yīng)產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行沉降分離，得到透明的凝膠，將凝膠在烘箱內(nèi)150℃條件下烘干得到透明的玻璃狀固體。在本工藝條件下得到的硫酸鋇顆粒平均粒徑25nm，粒度分布20～40nm，以六方晶形為主。
實(shí)施例4配制1.5mol/L硫化鋇溶液與1.5mol/LEDTA溶液在低速攪拌狀態(tài)下混合，利用氨水調(diào)節(jié)pH至6～8，將攪拌速度400rpm，絡(luò)合20min后，逐漸倒入1.5mol/L硫酸鈉溶液，整個(gè)反應(yīng)體系逐漸由透明至淺藍(lán)，最后呈現(xiàn)鮮亮的乳白色。將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沉降分離，得到透明的凝膠，將凝膠在烘箱內(nèi)150℃條件下烘干得到透明的玻璃狀固體。在本工藝條件下得到的硫酸鋇顆粒平均粒徑25nm，粒度分布20～40nm，以六方晶形為主。
實(shí)施例5配制0.6mol/L硝酸鋇溶液與等摩爾EDTA溶液在攪拌狀態(tài)下混合，利用氨水調(diào)節(jié)pH至6～8，將攪拌速度600rpm，絡(luò)合20min后，逐漸倒入0.6mol/L硫酸鈉溶液，整個(gè)反應(yīng)體系逐漸由透明至淺藍(lán)，最后呈現(xiàn)鮮亮的乳白色。將反應(yīng)產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行沉降分離，得到透明的凝膠，將凝膠在烘箱內(nèi)150℃條件下烘干得到透明的玻璃狀固體。在本工藝條件下得到的硫酸鋇顆粒平均粒徑25nm，粒度分布20～40nm，以六方晶形為主。
權(quán)利要求
1.一種納米硫酸鋇的制備方法，主要由絡(luò)合反應(yīng)和沉淀反應(yīng)兩步組成，具體步聚如下(A)將Ba2+溶液與EDTA絡(luò)合劑溶液置于反應(yīng)器中發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，利用氨水調(diào)節(jié)體系pH，攪拌條件下Ba2+與絡(luò)合劑EDTA反應(yīng)生成具有一定穩(wěn)定性BaY2-絡(luò)合物。(B)將(A)所得絡(luò)合物BaY2-溶液與SO42-溶液反應(yīng)，攪拌條件下發(fā)生沉淀反應(yīng)制備得納米級(jí)BaSO4粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的納米硫酸鋇的制備方法，其特征是(A)過(guò)程中，原料液鋇鹽溶液濃度范圍為0.2mol/L～2mol/L，EDTA濃度為0.1mol/L～4mol/L，利用氨水作緩沖液調(diào)節(jié)pH至3～8之間，整個(gè)過(guò)程攪拌速率為200～1000rpm，絡(luò)合反應(yīng)時(shí)間10～30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的納米硫酸鋇的制備方法，其特征是(A)過(guò)程中所得的BaY2-絡(luò)合溶液與SO42-溶液，在強(qiáng)攪拌下發(fā)生沉淀反應(yīng)制備得納米級(jí)BaSO4粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米硫酸鋇的制備方法，其原料可以是氯化鋇、硫化鋇、硝酸鋇、碳酸鋇、草酸鋇等鋇鹽，(B)中所用SO42-溶液可以是硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸、硫酸鋅等可溶性硫酸鹽。
5.根據(jù)權(quán)利1、4中所述的納米硫酸鋇的制備方法，其特征是所述的原料可以是有機(jī)鋇鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米硫酸鋇的制備方法，其特征是調(diào)節(jié)絡(luò)合物pH值可以是氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米硫酸鋇的制備方法，其特征是所用絡(luò)合劑可以是ETDA、SCN-1、CN-1等與鋇離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的絡(luò)合劑。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用絡(luò)合法制備納米BaSO
文檔編號(hào)C01F11/46GK1398789SQ02135370
公開(kāi)日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2002年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
發(fā)明者劉有智, 李裕, 李同川 申請(qǐng)人:華北工學(xué)院