CN103073042A - 一种亚微米级硫酸钡的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种亚微米级硫酸钡的制备方法，特别涉及一种使用纳米硫酸钡作为晶种制备亚微米级硫酸钡的方法。本发明首先将可溶性钡盐和可溶性硫酸盐配置成浓度为0.01~2.0mol/L溶液，两种溶液混合反应制备得到纳米硫酸钡，然后将纳米硫酸钡作为晶种制备亚微米级硫酸钡产品。本发明提供的方法具有不使用添加剂、反应条件温和、产品形貌均一、粒径可控等优点，同时还具有污染小、易于控制等优点，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于无机盐化工领域，具体涉及一种使用纳米硫酸钡为晶种制备亚微米级硫酸钡的方法。
背景技术
硫酸钡作为一种重要的无机化工产品，其易于开发、成本低廉，具有较低硬度和吸油值，无毒、颜色浅、亮度高、防酸碱、耐光性和分散性好等众多优越性能，已经发展成为一种无可代替的无机填充（功能）材料。目前，粒径在（0.1μm-1.0μm)范围内的亚微米级超细硫酸钡在塑料、涂料、油漆、陶瓷与造纸等诸多相关领域都显示出很好的应用效果和很高的经济价值。但是传统制备硫酸钡的方法有很多缺点，例如亚微米产品粒度难以控制、粒度分布不均匀﹑产品种类少﹑工艺复杂等，因此寻找一种新型制备硫酸钡的方法十分重要。
目前，在国外，日本、英国、比利时在超细硫酸钡的研制、开发、生产方面处于国际领先地位，已有纺锤型、棒型、球型、链锁型、鳞片型等形态及表面改性品种，在国际上具有一定的垄断地位。我国从80年代中期开始研究超细硫酸钡至今，也有一些单位研制生产出了几种不同规格型号的超细硫酸钡产品，但由于纳米级超细硫酸钡颗粒很小，其分散性差，常常发生团聚。
发明内容
本发明为解决现在技术中的问题，提供一种亚微米级硫酸钡的制备方法，它能够解决亚微米硫酸钡产品粒度控制困难、分散差、制备工艺复杂的问题。
本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明一种亚微米级硫酸钡的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、将可溶性钡盐和可溶性硫酸盐配置成浓度为0.01~2.0mol/L溶液，两种溶液混合反应制备得到纳米硫酸钡，可溶性钡盐和可溶性硫酸盐加入质量比为1:0.2~5，反应温度为5~100℃，制备得到的纳米硫酸钡粒径范围为5~100nm；
b、将步骤a中制备得到的纳米硫酸钡作为晶种，经过分散后加入到结晶反应器中，搅拌速度条件下，将可溶性钡盐和可溶性硫酸盐溶液按质量比1:0.2~0.8配制并加入到结晶反应器中，保持反应温度为5~100℃，制备得到亚微米级硫酸钡初品，所述纳米硫酸钡晶种的加入量按质量比为最终亚微米级硫酸钡产品量的0.1~20.0%。
c、将步骤b中制备得到的含有亚微米硫酸钡初品的反应浆液放入到水热陈化釜中，保持水热陈化温度为100~200℃，陈化1~10小时，陈化结束后浆液经过洗涤、干燥得到亚微米级硫酸钡产品。
所述可溶性钡盐是氯化钡或硝酸钡或硫化钡，所述可溶性硫酸盐是硫酸钠、硫酸钾和硫酸铵中的一种。
优选的，所述可溶性钡盐是氯化钡，所述可溶性硫酸盐是硫酸钠。
优选的，所述的亚微米级硫酸钡的制备方法，所述步骤a中的可溶性钡盐和可溶性硫酸盐的溶液浓度为0.1~0.5mol/L，所述可溶性钡盐和可溶性硫酸盐加入质量比为1:0.8~1.2。
所述的亚微米级硫酸钡的制备方法中，制备纳米硫酸钡晶种所用的反应器为普通搅拌釜反应器，或是对撞流微反应器。
优选的，所述的亚微米级硫酸钡的制备方法中，所述纳米硫酸钡晶种加入量为最终亚微米级硫酸钡产品量的2~10.0%。
所述亚微米级硫酸钡的制备方法，最终得到的亚微米硫酸钡为球形、近球形、棒状或纺锤形，粒径范围为100~1000nm。
优选的，所述的亚微米级硫酸钡的制备方法，它包括以下具体步骤：
a、晶种的制备：将氯化钡和无水硫酸钠分别配置成0.5mol/L的溶液，将配置好的两种溶液分别倒入氯化钡溶液贮罐和硫酸钠溶液贮罐中，并向两个贮罐通入N2，调节两种溶液都以10L/h的流量通过对撞流微反应器，控制反应温度为25℃左右，得到25~40nm的纳米硫酸钡；
b、亚微米硫酸钡的制备：取纳米硫酸钡晶种，通过超声使其分散，将氯化钡、硫酸钠分别配置成0.5mol/L的溶液，量取200ml的水倒入四口烧瓶中，量取分散后纳米硫酸钡的晶种，开启搅拌，控制转速为90r/min；保持四口瓶中溶液的温度恒定在40℃，同时滴加100mL氯化钡溶液和100mL硫酸钠溶液，滴加速度为0.2L/h，滴加结束后继续反应陈化30min，制得含亚微米级硫酸钡初品的浆液，所述纳米硫酸钡晶种的加入量按质量比为最终亚微米级硫酸钡产品量的2%；
c、将步骤b得到的浆液经130℃陈化2h后，再经过过滤、干燥得到亚微米级硫酸钡，产品粒径在300~500nm。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：
（1）污染小，目前制备硫酸钡的方法中原料大都是硫化钡并且使用了硫酸进行了酸化处理，硫化钡的水解会产生大量的硫化氢，对空气造成污染，废酸的处理会对土地产生危害。而本发明整个实验过程中只用了两种盐进行反应，对环境基本没有影响。
（2）使用纳米硫酸钡作为晶种，可以实现对硫酸钡产品粒径的精细调控，制备得到多种粒径的亚微米级硫酸钡产品。
附图说明
图1是本发明产品粒径为100-200nm的亚微米级硫酸钡颗粒扫描电镜照片；
图2是本发明产品粒径为300-500nm的亚微米级硫酸钡颗粒扫描电镜照片；
图3是本发明产品粒径为200-500nm亚微米级硫酸钡颗粒的扫描电镜照片；
具体实施方式
下面参照附图对本发明具体实施方式进行详细说明。
本发明一种亚微米级硫酸钡的制备方法，它包括以下具体工艺步骤：
a晶种的制备
将氯化钡和无水硫酸钠分别配置成0.01~2.0mol/L的溶液，分别加入到氯化钡溶液贮罐和硫酸钠溶液贮罐中，向两个贮罐中分别通入氮气，使氯化钡和硫酸钠溶液以一定流速通过微反应器反应，两种盐溶液在瞬间进行碰撞、混合得到产物纳米硫酸钡，测其粒径大约为25~40nm。
b亚微米硫酸钡初品的制备
取纳米硫酸钡作为晶种，加入量为最终亚微米级硫酸钡产品量的0.1%-20.0%，将纳米硫酸钡晶种超声使其分散。将分散好的纳米硫酸钡晶种浆液加入到结晶反应器中，并在搅拌下将氯化钡、无水硫酸钠溶液按1:0.2~0.8的比例，以一定顺序和速度加入反应器中结晶反应，反应结束后得到亚微米级硫酸钡颗粒初品。
c亚微米硫酸钡产品的制备
将步骤b中制得的亚微米级硫酸钡颗粒初品浆液加入到水热陈化釜中，升温至100-200℃，陈化1-10小时。陈化结束后对浆液进行过滤、干燥得到亚微米级硫酸钡产品。
参见图1、图2、图3。
实施例1
a、晶种的制备：将氯化钡和无水硫酸钠分别配置成0.5mol/L的溶液，将配置好的两种溶液分别倒入氯化钡溶液贮罐和硫酸钠溶液贮罐中，并向两个贮罐通入N2，调节两种溶液都以10L/h的流量通过对撞流微反应器，控制反应温度为25℃左右，得到25-40nm的晶种硫酸钡。
b、亚微米硫酸钡的制备：取纳米硫酸钡晶种，超声使其分散。将氯化钡、硫酸钠分别配置成0.7mol/L的溶液，量取200ml的水倒入四口烧瓶中，按质量比取5%（与最终亚微米级硫酸钡产品的质量比，以下相同）分散后的硫酸钡晶种，开启搅拌，控制转速为90r/min；保持四口瓶中溶液的温度恒定在25℃。同时滴加100mL氯化钡溶液和100mL硫酸钠溶液，滴加速度为0.1L/h，滴加结束后继续反应陈化30min，制得含亚微米级硫酸钡初品的浆液。
c、将步骤b得到的浆液经130℃陈化2h后，再经过过滤、干燥得到亚微米级硫酸钡，产品粒径在100-200nm之间，产品扫描电镜照片如图1所示。
实施例2
a、晶种的制备：将氯化钡和无水硫酸钠分别配置成0.5mol/L的溶液，将配置好的两种溶液分别倒入氯化钡溶液贮罐和硫酸钠溶液贮罐中，并向两个贮罐通入N2，调节两种溶液都以10L/h的流量通过对撞流微反应器，控制反应温度为25℃左右，得到25~40nm的纳米硫酸钡；
b、亚微米硫酸钡的制备：取纳米硫酸钡晶种，通过超声使其分散，将氯化钡、硫酸钠分别配置成0.5mol/L的溶液，量取200ml的水倒入四口烧瓶中，量取分散后纳米硫酸钡的晶种，开启搅拌，控制转速为90r/min；保持四口瓶中溶液的温度恒定在40℃，同时滴加100mL氯化钡溶液和100mL硫酸钠溶液，滴加速度为0.2L/h，滴加结束后继续反应陈化30min，制得含亚微米级硫酸钡初品的浆液，所述纳米硫酸钡晶种的加入量按质量比为最终亚微米级硫酸钡产品量的2%；
c、将步骤b得到的浆液经130℃陈化2h后，再经过过滤、干燥得到亚微米级硫酸钡，产品粒径在300~500nm，产品扫描电镜照片如图2所示。
实施例3
a、晶种的制备：将氯化钡和无水硫酸钠分别配置成0.5mol/L的溶液，将配置好的两种溶液分别倒入氯化钡溶液贮罐和硫酸钠溶液贮罐中，并向两个贮罐通入N2，调节流量使两种溶液都以15L/h的流量通过对撞流微反应器，控制反应温度为25℃左右，得到25-40nm的纳米硫酸钡晶种。
b、亚微米硫酸钡的制备：取纳米硫酸钡晶种，通过超声使其分散。将氯化钡、硫酸钠分别配置成0.1mol/L的溶液，量取200ml的水倒入四口烧瓶中，按质量比取2%分散后的纳米硫酸钡晶种，开启搅拌，控制转速为90r/min；开启加热器，保持四口瓶中溶液的温度恒定在30℃。同时滴加100mL氯化钡溶液和100mL硫酸钠溶液，滴加速度为0.2L/h，滴加结束后继续反应陈化30min，制得含亚微米级硫酸钡初品的浆液。
c、将步骤b得到的浆液经100℃陈化2h后，再经过过滤、干燥得到纺锤形亚微米硫酸钡颗粒，粒径在200-500nm之间，产品扫描电镜照片如图3所示。
Claims (8)
1.一种亚微米级硫酸钡的制备方法，其特征是该方法包括以下步骤：
a、将可溶性钡盐和可溶性硫酸盐配置成浓度为0.01~2.0mol/L溶液，两种溶液混合反应制备得到纳米硫酸钡，可溶性钡盐和可溶性硫酸盐加入质量比为1:0.2~5，反应温度为5~100℃，制备得到的纳米硫酸钡粒径范围为5~100nm；
b、将步骤a中制备得到的纳米硫酸钡作为晶种，经过分散后加入到结晶反应器中，在搅拌速度条件下，将可溶性钡盐和可溶性硫酸盐溶液按质量比1:0.2~0.8配制并加入到结晶反应器中，保持反应温度为5~100℃，制备得到亚微米级硫酸钡初品，所述纳米硫酸钡晶种的加入量按质量比为最终亚微米级硫酸钡产品量的0.1~20.0%。
c、将步骤b中制备得到的含有亚微米硫酸钡初品的浆液放入到水热陈化釜中，保持水热陈化温度为100~200℃，陈化1~10小时，陈化结束后浆液经过洗涤、干燥得到亚微米级硫酸钡产品。
2.根据权利要求1所述的亚微米级硫酸钡的制备方法，其特征是，所述可溶性钡盐是氯化钡或硝酸钡或硫化钡，所述可溶性硫酸盐是硫酸钠、硫酸钾和硫酸铵中的一种。
3.根据权利要求2所述的亚微米级硫酸钡的制备方法，其特征是，所述可溶性钡盐是氯化钡，所述可溶性硫酸盐是硫酸钠。
4.根据权利要求1所述的亚微米级硫酸钡的制备方法，其特征是，
所述步骤a中的可溶性钡盐和可溶性硫酸盐的溶液浓度为0.1~0.5mol/L，所述可溶性钡盐和可溶性硫酸盐加入质量比为1:0.8~1.2。
5.根据权利要求1所述的亚微米级硫酸钡的制备方法，其特征是，制备纳米硫酸钡晶种所用的反应器为普通搅拌釜反应器，或是对撞流微反应器。
6.根据权利要求1所述的亚微米级硫酸钡的制备方法，其特征是，所述纳米硫酸钡晶种加入量为最终亚微米级硫酸钡产品量的2~10.0%。
7.根据权利要求项1所述亚微米级硫酸钡的制备方法，其特征是，最终得到的亚微米硫酸钡为球形、近球形、棒状或纺锤形，粒径范围为100~1000nm。
8.根据权利要求1所述的亚微米级硫酸钡的制备方法，其特征是，它包括以下具体步骤：
a、晶种的制备：将氯化钡和无水硫酸钠分别配置成0.5mol/L的溶液，将配置好的两种溶液分别倒入氯化钡溶液贮罐和硫酸钠溶液贮罐中，并向两个贮罐通入N2，调节两种溶液都以10L/h的流量通过对撞流微反应器，控制反应温度为25℃左右，得到25~40nm的纳米硫酸钡；
b、亚微米硫酸钡的制备：取纳米硫酸钡晶种，通过超声使其分散，将氯化钡、硫酸钠分别配置成0.5mol/L的溶液，量取200ml的水倒入四口烧瓶中，量取分散后纳米硫酸钡的晶种，开启搅拌，控制转速为90r/min；保持四口瓶中溶液的温度恒定在40℃，同时滴加100mL氯化钡溶液和100mL硫酸钠溶液，滴加速度为0.2L/h，滴加结束后继续反应陈化30min，制得含亚微米级硫酸钡初品的浆液，所述纳米硫酸钡晶种的加入量按质量比为最终亚微米级硫酸钡产品量的2%；
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130501 |