CN105646940A - 一种钛酸钾晶须表面包覆纳米碳酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

一种钛酸钾晶须表面包覆纳米碳酸钙的方法，属于材料制备领域。将钛酸钾晶须加入CaCl2与NH3的混合溶液中，再加入少量分散剂，通入CO2，加热搅拌反应一定时间后过滤、洗涤、干燥得到表面包覆纳米碳酸钙的钛酸钾晶须。本发明简单易行，原料低廉，生产成本低。

Description

一种钛酸钾晶须表面包覆纳米碳酸钙的方法
技术领域
本发明涉及的是一种无机晶须表明处理方法，具体涉及一种钛酸钾晶须表面包覆纳米碳酸钙的方法，属于材料制备领域。
背景技术
由于钛酸钾晶须的表面能高，易团聚，表面活性集团数目相对较少，使其在所制备的复合材料中与基体间的界面相容性不理想，从而影响性能的发挥。因此对钛酸钾晶须表明处理是目前晶须复合材料研究的难点和热点。目前大多数研究者采用的直接偶联法的效果通常不理想，如果能在钛酸钾晶须表面包覆活性无机材料，则可利用活性无机材料表面丰富的羟基与高聚物进行化学反应或氢键结合，从而提高晶须与高聚物的结合强度。
经文献检索发现，中国专利申请号为：98117967.3，公开号为：1213659，名称为：超细钛白粉表面包覆工艺及反应器，该专利技术表述为：一种超细钛白粉表面包覆工艺及反应器，该工艺为首先在二氧化钛浆液中加入分散剂，加热至一定温度后，再加入硅酸钠，用稀硫酸调节pH值，保温，陈化后即完成包硅过程，然后加入氢氧化钠，调节pH值，最后再加入硫酸铝，调节pH值，过滤，水洗，干燥，即得到产品。其特征为：采用共沉淀的方法针对超细钛白粉进行表明包硅包铝处理。
中国专利申请号为：01104494.2，公开号为：CN1371947A，名称为：一种重质碳酸钙表面包覆纳米碳酸钙的方法，该工艺为在1-20％氢氧化钠溶液中，加入一定量的重质碳酸钙及0.01-3％的有机多磷酸盐添加剂，在搅拌力作用下配成悬浮液，搅拌速度为1500-3000rpm，溶液温度控制在0-30℃，然后通入质量分数为10-50％的二氧化碳，对氢氧化钙进行碳化。在一定的时间内氢氧化钙和二氧化碳反应生成的纳米碳酸钙在重质碳酸钙表面成核、长大。接着过滤、干燥、分散即可得到纳米碳酸钙-重质碳酸钙复合颗粒，纳米碳酸钙的平均粒径为10-50nm，包覆率80％以上。
以上实验有一定的借鉴意义。但是上述方法由于沉淀反应速度较快及碳化点不易控制，使被包覆材料表面处理时则容易引起局部过饱和度过高，操作难易控制，最终导致包覆不完全，不均匀，产品难以在市场上形成竞争力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术方法实际操作困难的不足，提供一种新的钛酸钾晶须表面包覆的方法。
本发明利用在碱性的条件下，通入的CO2气体更容易被吸收，利于碳酸氢钙的生成。同时碳酸氢钙溶液具有热稳定性差特点，在加热搅拌的情况下，分解成纳米级的碳酸钙，均匀的沉积在钛酸钾晶须表面。
本发明是通过以下技术方法实现的，首先将钛酸钾晶须加入CaCl2与NH3的混合溶液中，再加入少量分散剂，通入CO2，加热搅拌反应一定时间后过滤、洗涤、干燥得到表面包覆纳米碳酸钙的钛酸钾晶须。
进一步的，钛酸钾晶须预先在100℃下干燥4h。
进一步的，首先向钛酸钾晶须及钙盐的悬浊体系中滴加氨水(氨水体积∶溶液体积＝4∶800)，再通入二氧化碳(流速100-300mL/min)，反应1-3h后停止通入CO2气体，并升温到60-90℃，继续搅拌反应2-4h。
进一步的，在溶液加热包覆前，加入少量的分散剂(如：聚乙二醇600)，分散剂的体积∶溶液的体积＝5∶800。
与现有的技术相比，本发明采用的均相沉淀法进行钛酸钾晶须表面的包覆，得到改性晶须样品表面包覆层均匀。此种包覆方法从工业化角度出发，具有操作简单，原料低廉，包覆效果好，没有产生工业三废，且产生的副产物氯化铵可用做氮肥。
具体实施方式
结合本发明的内容提供以下实施例：
实施例1
钛酸钾晶须预先在100℃下干燥4h待用，取20g的钛酸钾晶须(PTW)加入烧杯中，用适量的蒸馏水使PTW形成浆液，然后倒入准备好的三口烧瓶中，并向三口瓶中加入约800mL的蒸馏水和5-10mL的聚乙二醇(600)和4-10mL的浓氨水。称量1.11g的CaCl2于小烧杯中，按包覆量的5％(CaCO3与钛酸钾晶须质量比)，用适量的蒸馏水溶解后，把溶液加入三口瓶内，常温在机械搅拌(300r/min)。然后向混合液内通入CO2气体(流速控制在100mL/min)。大约反应2h后，停止通入CO2气体。升温在80℃，继续搅拌反应2h-3h后，对混合液抽滤并用蒸馏水多次洗涤后，转移到玻璃皿在100℃下干燥2h，就得到最终产品。纳米碳酸钙的平均粒径为50-500nm。
此实验发生的化学反应如下：
(1)NH3+H2O+CO2＝NH4HCO3(首先滴加氨水，然后再通入二氧化碳，在溶液中提供碱性环境，利与CO2的吸收)
(2)NH4HCO3+CaCl2＝NH4Cl+Ca(HCO3)2↓(Ca(HCO3)2溶解度最小，所以析出)
(3)Ca(HCO3)2＝CaCO3+CO2↑+H2O(Ca(HCO3)2热稳定性很差，受热容易分解)
总反应CaCl2+2NH3+CO2＝CaCO3(沉淀)+2NH4Cl
实施例2
钛酸钾晶须预先在100℃下干燥4h待用，取20g的PTW加入烧杯中，用适量的蒸馏水使PTW形成浆液，然后倒入准备好的三口烧瓶中，并向三口瓶中加入约800mL的蒸馏水和5mL的聚乙二醇600和5mL的浓氨水。称量2.22g的CaCl2于小烧杯甲，按包覆量的10％(CaCO3与钛酸钾晶须质量比)，，用适量的蒸馏水溶解后，把溶液加入三口瓶内，常温在机械搅拌(400r/min)。然后向混合液内通入CO2气体(流速控制在300mL/min)。大约反应1h后，停止通入CO2气体。升温到80℃，继续搅拌反应2h-3h后，对混合液抽滤并用蒸馏水多次洗涤后，转移到玻璃皿在120℃下干燥2h，就得到最终产品。纳米碳酸钙的平均粒径为100-500nm。
此实验发生的化学反应如下：
(1)NH3+H2O+CO2＝NH4HCO3(首先滴加氨水，然后再通入二氧化碳，在溶液中提供碱性环境，利于CO2的吸收)
(2)NH4HCO3+CaCl2＝NH4Cl+Ca(HCO3)2↓(Ca(HCO3)2溶解度最小，所以析出)
(3)Ca(HCO3)2＝CaCO3+CO2↑+H2O(Ca(HCO3)2热稳定性很差，受热容易分解)
总反应CaCl2+2NH3+CO2＝CaCO3(沉淀)+2NH4Cl+H2O。

Claims (4)

1.一种钛酸钾晶须表面包覆纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于将钛酸钾晶须加入CaCl2与NH3的混合溶液中，再加入少量分散剂，通入CO2，加热搅拌反应一定时间后过滤、洗涤、干燥得到表面包覆纳米碳酸钙的钛酸钾晶须。
2.根据权利要求1所述的钛酸钾晶须表面包覆纳米碳酸钙的制备方法，其特征是钛酸钾晶须预先在100℃下干燥4h。
3.根据权利要求1所述的钛酸钾晶须表面包覆纳米碳酸钙的制备方法，其特征是首先向钛酸钾晶须及钙盐的悬浊体系中滴加氨水(氨水体积∶溶液体积＝4∶800)，再通入二氧化碳(流速100-300mL/min)，反应1-3h后停止通入CO2气体，并升温到60-90℃，继续搅拌反应2-4h。
4.根据权利要求1所述的钛酸钾晶须表面包覆纳米碳酸钙的制备方法，其特征是在溶液加热包覆前，加入少量的分散剂(如：聚乙二醇600)，分散剂的体积∶溶液的体积＝5∶800。
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