專利名稱：一種制備硫酸鋇納米顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備硫酸鋇納米顆粒的方法， 具體地說，涉及一種利用液相錯流剪切的微孔分散法制備硫酸鋇納米顆粒的方法。
背景技術(shù)：
硫酸鋇納米顆粒具有小尺寸效應(yīng)和良好的化學穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油漆的填充材料和添加劑等領(lǐng)域。目前常用的硫酸鋇納米顆粒制備方法主要有(1)芒硝-黑灰法-以硫化鈉、鋇鹵水和硫酸鈉為原料，首先得到硫化鋇溶液或漿料，之后與硫酸鈉溶液混合，發(fā)生化學反應(yīng)，之后調(diào)節(jié)PH值到反應(yīng)終點，得到硫酸鋇漿料，并最終得到產(chǎn)品；(2)絡(luò)合-沉淀法-以BaCl2和EDTA溶液為原料，將二者混合配制Ba2+-EDTA的絡(luò)合體系，調(diào)節(jié)絡(luò)合體系達到一定的PH值和溫度；然后將預(yù)先配制好的Na2SO4溶液加入絡(luò)合體系中反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離、洗滌、干燥，即得納米硫酸鋇產(chǎn)品。這些方法或者引入其它反應(yīng)組分，使后續(xù)分離難度加大；或者制備所得顆粒的粒度偏大、分布較寬、單分散性不佳，如芒硝-黑灰法，該工藝產(chǎn)品現(xiàn)有粒徑很難達到納米級。產(chǎn)生這種情況的原因在于物料微觀混合差，傳遞過程慢，直接沉淀時成核量小、成核不均勻，并直接影響了顆粒的品質(zhì)。另一方面，利用流體剪切的微孔分散對于均相和非均相混合都有很好的性能，體系傳熱傳質(zhì)效率高，有助于解決快速反應(yīng)因傳遞限制而可控性差的問題，為直接沉淀法在制備硫酸鋇納米顆粒方面取得突破創(chuàng)造了條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種新的制備硫酸鋇納米顆粒的方法。其原理在于本發(fā)明中所選體系發(fā)生的是液相沉淀反應(yīng)，反應(yīng)速度快，傳遞過程為制備過程中的控制步驟；對于此體系，利用流體剪切的微孔分散加快了傳遞的進行，使體系中有較高的過飽和度，同時保證了混合的均勻性，從而制備得到顆粒小且分布均勻的硫酸鋇納米顆粒。一種制備硫酸鋇納米顆粒的方法，將硫酸鈉溶液從垂直方向通過微孔分散到流動的硫化鋇溶液或循環(huán)流動的硫化鋇懸濁液中，硫酸鈉溶液被錯流剪切，混合反應(yīng)，生成硫酸鋇沉淀，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎，制得硫酸鋇納米顆粒。所述硫化鋇溶液或懸濁液的溫度為10 70°C，所述硫酸鈉溶液的溫度為10 70 0C .所述硫化鋇溶液或懸濁液的濃度為0. 25 2. 5mol/L,所述硫酸鈉溶液的濃度為 5 45wt%。所述微孔當量直徑為0. 2 1000微米。硫化鋇溶液或懸濁液的流速為0. 2 3m/s，硫酸鈉溶液的流速為0. 1 5m/s。具體來說，本發(fā)明所述方法包括如下步驟(1)配制硫化鋇溶液或硫化鋇懸濁液；(2)配制硫酸鈉溶液；
(3)在壓力作用下，使硫酸鈉溶液從垂直方向通過微孔分散到流動的硫化鋇溶液或循環(huán)流動的硫化鋇懸濁液中，硫酸鈉溶液被錯流剪切，混合反應(yīng)；(4)反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎(按工業(yè)標準粉碎，即45 μ m 篩余物含量< 0. 5% )，得到最終的硫酸鋇納米顆粒。步驟(3)中，隨硫酸鈉溶液帶入的硫酸鈉的摩爾流率和隨硫化鋇溶液帶入的硫化鋇的摩爾流率相等。步驟(3)中，硫化鋇懸濁液不斷循環(huán)，直至隨硫酸鈉溶液帶入的硫酸鈉的摩爾量與硫化鋇懸濁液中初始的硫化鋇摩爾量相等。本發(fā)明的有益效果為利用本發(fā)明的方法制備硫酸鋇納米顆粒，原料成本低，生產(chǎn)能力大，操作過程簡便，重復性和穩(wěn)定性好，使傳統(tǒng)的芒硝-黑灰法可以進入納米級硫酸鋇顆粒的生產(chǎn)序列。采用此方法可得到平均粒徑在35 48nm的硫酸鋇納米顆粒。
具體實施例方式下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實施例1 在70°C下，配制IOOOmL摩爾濃度為2. 5mol/L的硫化鋇懸濁液，和800g質(zhì)量分數(shù)為45%的硫酸鈉溶液。在壓差的作用下，硫酸鈉溶液以0. 5m/s的流速穿過當量直徑為200 微米的微孔與作錯流循環(huán)流動、流速為lm/s的硫化鋇懸濁液混合，反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀， 循環(huán)反應(yīng)至化學配比。產(chǎn)物經(jīng)熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎，得到最終的硫酸鋇顆粒，其平均粒徑為48nm。實施例2:在50°C下，配制IOOOmL摩爾濃度為1. 5mol/L的硫化鋇溶液，和720g質(zhì)量分數(shù)為 30%的硫酸鈉溶液。在壓差的作用下，硫酸鈉溶液以5m/s的流速穿過當量直徑為200微米的微孔與作錯流流動、流速為3m/s的硫化鋇溶液混合，反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀。產(chǎn)物經(jīng)熟化、 固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎，得到最終的硫酸鋇顆粒，其平均粒徑為43nm。實施例3 在20°C下，配制IOOOmL摩爾濃度為0. 5mol/L的硫化鋇懸濁液，和720g質(zhì)量分數(shù)為10%的硫酸鈉溶液。在壓差的作用下，硫酸鈉溶液以0. lm/s的流速穿過當量直徑為 600微米的微孔與作錯流循環(huán)流動、流速為0. 3m/s的硫化鋇懸濁液混合，反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，循環(huán)反應(yīng)至化學配比。產(chǎn)物經(jīng)熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎，得到最終的硫酸鋇顆粒，其平均粒徑為40nm。實施例4 在10°C下，配制IOOOmL摩爾濃度為0. 25mol/L的硫化鋇溶液，和720g質(zhì)量分數(shù)為 5%的硫酸鈉溶液。在壓差的作用下，硫酸鈉溶液以0. 2m/s的流速穿過當量直徑為0. 2微米的微孔與作錯流流動、流速為0. 2m/s的硫化鋇溶液混合，反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀。產(chǎn)物經(jīng)熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎，得到最終的硫酸鋇顆粒，其平均粒徑為35nm。實施例5 在40°C下，配制IOOOmL摩爾濃度為1. Omol/L的硫化鋇溶液，和720g質(zhì)量分數(shù)為20%的硫酸鈉溶液。在壓差的作用下，硫酸鈉溶液以0. 5m/s的流速穿過當量直徑為200微米的微孔與作錯流流動、流速為lm/s的硫化鋇溶液混合，反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀。產(chǎn)物經(jīng)熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎，得到最終的硫酸鋇顆粒，其平均粒徑為37nm。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種制備硫酸鋇納米顆粒的方法，其特征在于將硫酸鈉溶液從垂直方向通過微孔分散到流動的硫化鋇溶液或循環(huán)流動的硫化鋇懸濁液中，硫酸鈉溶液被錯流剪切，混合反應(yīng)，生成硫酸鋇沉淀，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)后處理，制得硫酸鋇納米顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述后處理包括如下步驟熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述硫化鋇溶液或懸濁液的溫度為10 70°C，所述硫酸鈉溶液的溫度為10 70°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述硫化鋇溶液或懸濁液的濃度為 0. 25 2. 5mol/L，所述硫酸鈉溶液的濃度為5 45wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述微孔當量直徑為0.2 1000微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于硫化鋇溶液或懸濁液的流速為0.2 3m/ s，硫酸鈉溶液的流速為0. 1 5m/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步驟(1)配制硫化鋇溶液或硫化鋇懸濁液；(2)配制硫酸鈉溶液；(3)在壓力作用下，使硫酸鈉溶液從垂直方向通過微孔分散到流動的硫化鋇溶液或循環(huán)流動的硫化鋇懸濁液中，硫酸鈉溶液被錯流剪切，混合反應(yīng)；(4)反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎，得到硫酸鋇納米顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于步驟(3)中，隨硫酸鈉溶液帶入的硫酸鈉的摩爾流率和隨硫化鋇溶液帶入的硫化鋇的摩爾流率相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于步驟(3)中，硫化鋇懸濁液不斷循環(huán)，直至隨硫酸鈉溶液帶入的硫酸鈉的摩爾量與硫化鋇懸濁液中初始的硫化鋇摩爾量相等。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于化工材料制備技術(shù)領(lǐng)域的一種制備硫酸鋇納米顆粒的方法，將硫酸鈉溶液通過微孔，從垂直方向分散到流動的硫化鋇溶液或循環(huán)流動的硫化鋇懸濁液中，硫酸鈉溶液被錯流剪切，混合反應(yīng)，生成硫酸鋇沉淀，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)熟化、固液分離、水洗除雜、干燥、粉碎，制得硫酸鋇納米顆粒。利用本發(fā)明的方法制備硫酸鋇納米顆粒，原料成本低，生產(chǎn)能力大，操作過程簡便，重復性和穩(wěn)定性好，使傳統(tǒng)的芒硝-黑灰法可以進入納米級硫酸鋇顆粒的生產(chǎn)序列。采用此方法可得到平均粒徑在35～48nm的硫酸鋇納米顆粒。
文檔編號C01F11/46GK102167386SQ20111006360
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者呂陽成, 杜樂, 王玉軍, 駱廣生 申請人:清華大學