CN104591227B - 一种无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备无水碳酸钠纳米颗粒的方法，属于无机纳米材料制备技术领域。本发明包括以下步骤：（1）制备氢氧化钠的乙醇溶液；（2）加入双氧水和活性炭，充分搅拌混合均匀后，过滤。（3）加入表面活性剂，并通入CO2气体至弱碱性。（4）结晶、干燥，得无水碳酸钠纳米颗粒。本发明制备过程简单，对环境无污染，且制备出的无水碳酸钠纳米颗粒在润滑油添加剂、药用辅料、食品工艺，高端电子元件材料的生产及制造等方面具有良好的应用前景。

Description

一种无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法，属于无机纳米材料制备技术领域。
背景技术
自“纳米材料”的概念最初在20世纪80年代被德国科学家Gleiter教授提出及人工制备出纳米晶体以来，纳米材料受到世界各国各界人士的广泛关注，并相继开展了对这种新材料的研究工作。纳米材料因其结构上的特殊性和处于热力学上极不稳定的状态，导致其具有特异效应。无水碳酸钠纳米颗粒具有良好的物理、化学性能，在润滑油添加剂、药用辅料、食品工艺，高端电子元件材料的生产及制造等方面具有良好的应用前景。
目前已知很多制备无水碳酸钠的方法，但是用于制备无水碳酸钠纳米颗粒的方法比较少。文献（李军章.纳米碳酸盐的制备及其化学反应行为的研究，河北工业大学博士学位论文，2013.）报道了实验室以高频共振研磨剂作为超细粉碎设备，采用干法研磨和湿法研磨将工业级无水碳酸钾制备成纳米碳酸钾超细粉体，其中干法制备纳米碳酸钾平均粒径最小为775nm，湿法研磨得到纳米碳酸钾的平均粒径为98nm。本发明的目的在于提供一种制备过程简单，成本低，对环境无污染，且制备出无水碳酸钠纳米颗粒形态均匀，大小均一的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备过程简单、对环境无污染的无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法，生产的产品具有粒度小、形状大小均一等特点。
本发明一种无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法，该方法如下：
（1）取一定量工业级氢氧化钠固体粉末先用少量纯化水溶解，再用乙醇进行稀释，形成氢氧化钠的乙醇溶液；
（2）向氢氧化钠的乙醇溶液中先后加入双氧水和活性炭，充分搅拌混合均匀后，过滤；
（3）向步骤（2）中所得滤液加入一定量表面活性剂，并将该混合物充分搅拌一段时间后转移至反应釜中，持续搅拌状态下通入CO2气体，至反应体系呈弱碱性，停止通气；
（4）向上述混合液体中加入一定量乙醇，不断搅拌冷却，至有碳酸钠晶体析出，在真空装置下干燥，得到无水碳酸钠纳米颗粒。
其中，优选的，步骤（1）中，所述工业氢氧化钠的质量与乙醇的体积之比为1g:150-200ml。
优选的，步骤（2）中，步骤（1）制备的溶液按体积比以700-950:1的比例与质量分数为30%的过氧化氢相混合。
优选的，步骤（2）中，氢氧化钠的乙醇溶液的体积与活性炭的质量之比为10000-21000:1。
优选的，步骤（2）中的搅拌速度为800-1000转/分钟，反应时间为1-3h。
优选的，步骤（3）中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，占溶液总质量的1%-6%。搅拌速度为800-1500转/分钟，搅拌时间为1-3h，溶液最终的pH值为7-9。
优选的，步骤（4）中，所述搅拌速度为800-1500转/分钟。
本发明90%以上的碳酸钠纳米颗粒分布20-40nm范围内，优选92%，95%，98%以上。
本发明的技术效果及优点在于：
通过在混合物溶液中加入少量的表面活性剂对所形成的无水碳酸钠纳米颗粒的粒度以及形貌进行调节，使得制备的纳米颗粒为均匀的球形，且其粒径分布集中在20-40nm范围内，颗粒大小均匀；利用氢氧化钠与碳酸钠在乙醇中的溶解度不同，使得形成的碳酸钠颗粒很快从乙醇溶液中析出，该法制备过程简单，成本较低，易于无水碳酸钠纳米颗粒的工业化推广及生产。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
制备一种无水碳酸钠纳米颗粒包括以下步骤：
（1）将1kg氢氧化钠固体粉末先用少量纯化水溶解，再加入150L乙醇进行稀释，形成氢氧化钠的乙醇溶液；
（2）向氢氧化钠的乙醇溶液中先后加入200ml质量分数为30%的过氧化氢溶液和10g的活性炭，以850转/分钟的速度充分搅拌混合2小时后，过滤。
（3）向步骤（2）所得滤液中加入10g十二烷基苯磺酸钠，并将该混合物以900转/分钟的速度充分搅拌1小时，然后转移至反应釜中，在持续搅拌状态下次通入CO2气体至反应体系的pH值达到8左右。
（4）向步骤（3）中所得弱碱性液体中加入乙醇，并以900转/分钟的速度充分搅拌冷却，至纳米碳酸钠晶体全部析出，最后经真空干燥，得到无水碳酸钠纳米颗粒。
实施例2
制备一种无水碳酸钠纳米颗粒包括以下步骤：
（1）将1kg氢氧化钠固体粉末先用少量纯化水溶解，再加入200L乙醇进行稀释，形成氢氧化钠的乙醇溶液；
（2）向氢氧化钠的乙醇溶液中先后加入210ml质量分数为30%的过氧化氢溶液和10g的活性炭，以1000转/分钟的速度充分搅拌混合3小时后，过滤。
（3）向步骤（2）所得滤液中加入60g十二烷基苯磺酸钠，并将该混合物以1500转/分钟的速度充分搅拌3小时，然后转移至反应釜中，在持续搅拌状态下次通入CO2气体至反应体系的pH值达到7左右。
（4）向步骤（3）中所得弱碱性液体中加入乙醇，并以1500转/分钟的速度充分搅拌冷却，至纳米碳酸钠晶体全部析出，最后经真空干燥，得到无水碳酸钠纳米颗粒。
实施例3
制备一种无水碳酸钠纳米颗粒包括以下步骤：
（1）将5kg氢氧化钠固体粉末先用少量纯化水溶解，再加入900L乙醇进行稀释，形成氢氧化钠的乙醇溶液；
（2）向氢氧化钠的乙醇溶液中先后加入1L质量分数为30%的过氧化氢溶液和10g的活性炭，以800转/分钟的速度充分搅拌混合1小时后，过滤。
（3）向步骤（2）所得滤液中加入60g十二烷基苯磺酸钠，并将该混合物以800转/分钟的速度充分搅拌3小时，然后转移至反应釜中，在持续搅拌状态下次通入CO2气体至反应体系的pH值达到9左右。
（4）向步骤（3）中所得弱碱性液体中加入乙醇，并以800转/分钟的速度充分搅拌冷却，至纳米碳酸钠晶体全部析出，最后经真空干燥，得到无水碳酸钠纳米颗粒。
对比例1
制备一种无水碳酸钠纳米颗粒包括以下步骤：
（1）将1kg氢氧化钠固体粉末先用少量纯化水溶解，再加入150L乙醇进行稀释，形成氢氧化钠的乙醇溶液；
（2）向氢氧化钠的乙醇溶液中先后加入200ml质量分数为30%的过氧化氢溶液和10g的活性炭，以850转/分钟的速度充分搅拌混合2小时后，过滤。
（3）将步骤（2）所得滤液中以900转/分钟的速度充分搅拌1小时，然后转移至反应釜中，在持续搅拌状态下次通入CO2气体至反应体系的pH值达到8左右。
（4）向步骤（3）中所得弱碱性液体中加入乙醇，并以900转/分钟的速度充分搅拌冷却，至纳米碳酸钠晶体全部析出，最后经真空干燥，得到无水碳酸钠纳米颗粒。
将实施例1和对比例1方法所制备的无水碳酸钠纳米颗粒制备成混悬液，超声分散，采用激光粒度分析仪测定激光与样品的弹性碰撞率,使其保持在5 ×104 ～1 ×106 次·s- 1 ,然后对样品粒径进行自动扫描，得出本发明实施例1的碳酸钠颗粒95%以上分布在粒径在20-40nm范围内，而对比例的碳酸钠颗粒粒径大，且分散不均匀。
表1粒度分布比较
尺寸/nm 实施例1(重量/%) 对比例(重量/%)
0～10 0.1 0
10～15 0.8 0
15～20 3.3 0.9
20～25 15.6 2.1
25～30 29.7 4.4
30～35 31.1 5.6
35～40 18.9. 6.7
40～80 0.3 11.5
80～200 0.2 9.8
200～400 0 10.9
400～800 0 23.5
800～2000 0 14.8
2000～∞ 0 9.8

Claims (5)

1.一种无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法，所述制备方法如下：
(1)取工业级氢氧化钠固体粉末先用少量纯化水溶解，再用乙醇进行稀释，形成氢氧化钠的乙醇溶液；
(2)向氢氧化钠的乙醇溶液中先后加入双氧水和活性炭，充分搅拌混合均匀后，过滤；
(3)向步骤(2)中所得滤液加入表面活性剂，并将该混合物充分搅拌一段时间后转移至反应釜中，持续搅拌状态下通入CO2气体，至反应体系呈弱碱性，停止通气；
(4)向步骤(3)中所得弱碱性液体中加入乙醇，不断搅拌冷却，至纳米碳酸钠晶体全部析出，最后经真空干燥得到无水碳酸钠纳米颗粒；
步骤(1)中，所述工业氢氧化钠的质量与乙醇的体积之比为1g:150-200ml；
步骤(2)中，将氢氧化钠的乙醇溶液按体积比700-950:1的比例与质量分数为30％的双氧水相混合；
所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氢氧化钠的乙醇溶液的体积与活性炭的质量之比为10000-21000mL:1g。
3.根据权利要求1所述的一种无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的搅拌速度为800-1000转/分钟，反应时间为1-3h。
4.根据权利要求1所述的一种无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠质量为溶液总质量的1％-6％，搅拌速度为800-1500转/分钟，搅拌时间为1-3h，溶液最终的pH值为7-9，且不包含pH＝7的情况。
5.根据权利要求1所述的一种无水碳酸钠纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述搅拌速度为800-1500转/分钟。
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