CN107746068B - 一种二氧化硅改性硫酸钡粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种二氧化硅改性硫酸钡粉体的制备方法将硫化钡溶液加入碳酸钠溶液中，于20℃～95℃搅拌反应0.5小时～4小时，过滤，将滤饼加入到硫酸钠溶液中，进行高剪切搅拌反应，反应温度20℃～95℃，反应时间0.5小时～8小时之后，加入硅酸钠，加入量为硫化钡摩尔量的0.1%～10%，按硫酸与硅酸钠摩尔比为1.1～1.2：1，再加入硫酸溶液，继续搅拌反应1～2小时后，过滤、水洗涤、100℃～200℃干燥，即得二氧化硅改性的硫酸钡。本发明具有工艺简单，设备投资低,可大规模化产业的优点。

Description

一种二氧化硅改性硫酸钡粉体的制备方法
技术领域
本发明属于一种二氧化硅改性硫酸钡粉体的制备方法。
背景技术
硫酸钡是一种重要的化工原料，广泛地应用于涂料、油墨、橡胶、医药、塑料、纺织，钻探等领域。随着应用领域对产品不断升级，普通硫酸钡由于粉体颗粒粒度大，分布不均、表面性能单一，杂质含量较高，批次之间差异性大等已不能满足产品需要。人们设法开发一些满足市场要求的超细功能性硫酸钡制备技术，建立高附加值的硫酸钡微粉生产线，推出粒度分布均匀、多功能的亚微米级硫酸钡系列产品，来提高我国硫酸钡的市场竞争力。
河北科技大学白新芳(2010年硕士论文“亚微米级硫酸钡的制备研究”硕士论文中，以BaS和BaSO4为原料先制得硫酸钡晶种，之后通过对精种的调节制得了粒径分布约0.3μm～0.5μm，的亚微米级硫酸钡颗粒。曲超(“化学沉淀法制备硫酸钡超细粉体”机械工程材料，2009，1，14-16)以氯化钡和硫酸钠为原料，无水乙醇为改性剂制备了平均粒径为80nm硫酸钡超细粉体。黄洁芳等(“粒度及分布可控的亚微米级硫酸钡的制备研究”，应用化工，2015(3)423-427，430)采用EDTA络合沉淀法在室温下合成了近球形亚微米级硫酸钡颗粒，但络合物在应用过程中不易清洗，影响其应用。焦其帅等(产业与科技论坛，2015(3)59-59，60)以硫酸钠和氯化钡溶液为原料，采用自制的撞击流反应器，制备出了平均粒径0.1～0.15μm的亚微米级硫酸钡,设备要求高，工艺复杂。胡智勇(CN200810143661.4)将碳酸钡、硫酸溶液和隔离剂进行合成反应，反应后得到的硫酸钡粉体悬浮液经熟化、分离、洗涤、浆化后再进行表面改性处理，干燥后得到成品。刘学习(CN201410078367.5)以硫酸钡浆料为原料，添加润滑剂、改性剂、分散剂等制备出了粒径为10-1000nm的硫酸钡粒子。该方法制备过程复杂，不易于产业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单，设备投资低,可大规模化产业的二氧化硅改性硫酸钡粉体的制备方法。
本发明内容针对目前超细硫酸钡制备过程存在的分散不均匀、工艺复杂及有机物改性等问题。采用无机二氧化硅对超细硫酸钡粒子进行包覆改性，使得到的硫酸钡粒子表面存在二氧化硅的羟基，有利于在应用体系中更好地均匀分散。
本发明是利用硅酸钠在酸性加热条件下生成二氧化硅，该二氧化硅在生成过程中就包覆在超细硫酸钡粒子的表面，达到对硫酸钡粒子的改性，减轻粒子的团聚，增强硫酸钡在应用体系中的活性。并利用高剪切搅拌方式来提高反应的传质速度，合理控制粒子的成核和生长速度。进一步提高超细硫酸钡粒子的大小尺寸和分散性。该方法工艺简单，碳酸钠循环利用，能达到对超细硫酸钡大小性质的控制，适宜于产业化生产应用。
一种二氧化硅改性硫酸钡粉体的制备工艺过程中化学反应如下步骤(1)，(2)，(3)
BaS+Na2CO3→BaCO4+NaS (1)
一种二氧化硅改性硫酸钡粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制浓度为0.1～15wt％的硫化钡溶液，浓度1％～25wt％碳酸钠溶液，按硫化钡与碳酸钠摩尔比为1:1.2～1:1.5，将硫化钡溶液加入碳酸钠溶液中，于20℃～95℃搅拌反应0.5小时～4小时；
(2)步骤(1)经过滤洗涤后，按硫酸钠与硫化钡摩尔比为1:1.2～1:1.5，将滤饼加入到浓度为1～25wt％硫酸钠溶液中，进行高剪切搅拌反应，反应温度20℃～95℃，反应时间0.5小时～8小时；
(3)完成步骤(2)之后，在步骤(2)中加入浓度为10～15wt％硅酸钠，加入量为硫化钡摩尔量的0.1％～10％，按硫酸与硅酸钠摩尔比为1.1～1.2：1，再加入浓度为0.2～0.8molL-1硫酸溶液，继续搅拌反应1～2小时后，过滤、水洗涤、100℃～200℃干燥，即得二氧化硅改性的硫酸钡。
如上所述的二氧化硅改性的硫酸钡粒径为50nm～500nm，比表面积为5m2/g～30m2/g。
步骤(2)中步骤(1)经过滤洗涤后中产生的Na2CO3副产物经分离提取循环应用于步骤(1)的反应中，达到资源的综合应用。
步骤(3)中生成的SiO2包覆在步骤(2)产生的BaSO4粒子表面。
上述一种二氧化硅改性超细硫酸钡粉体的制备方法，其特征是改性剂是无机材料SiO2。
如上所述的步骤(1)，(2),(3)的搅拌装置为高剪切搅拌,转速为500～8000r/min。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.利用高剪切搅拌方式来提高反应的传质速度，合理控制粒子的成核和生长速度，能达到对超细硫酸钡大小性质的控制。
2.方法工艺简单，碳酸钠循环利用，节约能源，适宜于产业化生产应用。
具体实施方式
实施例1
(1)配制浓度为15wt％的硫化钡溶液,按照摩尔比为1:1.5加入到浓度25wt％碳酸钠溶液中，于30℃转速8000r/min的速度高剪切搅拌反应4小时；
(2)步骤(1)经过滤洗涤后，按硫酸钠与硫化钡摩尔比为1:1.5,将滤饼加入到浓度为25wt％硫酸钠溶液中进行转速8000r/min的速度高剪切搅拌反应，反应温度30℃，反应时间8小时；
(3)完成步骤(2)之后，在步骤(2)中加入浓度15wt％硅酸钠,加入量为硫化钡摩尔量的10％，同时再加入与硅酸钠摩尔比为1.2：1的0.8molL-1硫酸溶液，继续以转速8000r/min的速度搅拌反应2小时后，过滤、水洗涤、200℃干燥，即可得超细二氧化硅改性的硫酸钡粒子。粒径为500nm，比表面积为5m2/g。
实施例2
(1)配制浓度为0.1wt％的硫化钡溶液,按照摩尔比为1:1.2加入到浓度1wt％碳酸钠溶液中，于20℃转速500r/min的速度高剪切搅拌反应0.5小时；
(2)步骤(1)经过滤洗涤后，按硫酸钠与硫化钡摩尔比为1:1.2,将滤饼加入到浓度为1wt％硫酸钠溶液中进行转速500r/min的速度高剪切搅拌反应，反应温度20℃，反应时间0.5小时；
(3)完成步骤(2)之后,在步骤(2)中加入浓度10wt％硅酸钠,加入量为硫化钡摩尔量的0.1％，同时再加入与硅酸钠摩尔比为1.1：1的0.2molL-1硫酸溶液，继续以500r/min的速度高剪切搅拌反应1小时后，过滤、水洗涤、100℃干燥，即可得超细二氧化硅改性的硫酸钡粒子。粒径为50nm，比表面积为30m2/g。
实施例3
(1)配制浓度为10wt％的硫化钡溶液,按照摩尔比为1:1.3加入到浓度15wt％碳酸钠溶液中，于65℃转速3000r/min的速度高剪切搅拌反应2小时；
(2)步骤(1)经过滤洗涤后，按硫酸钠与硫化钡摩尔比为1:1.3,将滤饼加入到浓度为15wt％硫酸钠溶液中进行转速3000r/min的速度高剪切搅拌反应，反应温度65℃，反应时间2小时；
(3)完成步骤(2)之后,在步骤(2)中加入浓度为12wt％硅酸钠,加入量为硫化钡摩尔量的5％，同时再加入与硅酸钠摩尔比为1.1：1的0.4molL-1硫酸溶液，继续以3000r/min的速度高剪切搅拌反应1.5小时后，过滤、水洗涤、150℃干燥，即可得超细二氧化硅改性的硫酸钡粒子。粒径为83nm，比表面积为16m2/g。
实施例4
(1)配制浓度为2wt％的硫化钡溶液,按照摩尔比为1:1.4加入到浓度10wt％碳酸钠溶液中，于50℃转速2000r/min的速度高剪切搅拌反应2小时；
(2)步骤(1)经过滤洗涤后，按硫酸钠与硫化钡摩尔比为1:1.4,将滤饼加入到浓度为10wt％硫酸钠溶液中进行转速2000r/min的速度高剪切搅拌反应，反应温度40℃，反应时间3小时；
(3)完成步骤(2)之后,在步骤(2)中加入浓度为13wt％硅酸钠,加入量为硫化钡摩尔量的1％，同时再加入与硅酸钠摩尔比为1.2：1的0.3molL-1硫酸溶液，继续以2000r/min的速度高剪切搅拌反应2小时后，过滤、水洗涤、160℃干燥，即可得超细二氧化硅改性的硫酸钡粒子。粒径为200nm，比表面积为15m2/g。
实施例5
(1)配制浓度为0.5wt％的硫化钡溶液,按照摩尔比为1:1.2加入到浓度5wt％碳酸钠溶液中，于75℃转速4000r/min的速度高剪切搅拌反应2小时；
(2)步骤(1)经过滤洗涤后，按硫酸钠与硫化钡摩尔比为1:1.3,将滤饼加入到浓度为5wt％硫酸钠溶液中进行转速4000r/min的速度高剪切搅拌反应，反应温度75℃，反应时间2小时；
(3)完成步骤(2)之后,在步骤(2)中加入12％硅酸钠,加入量为硫化钡摩尔量的4％，同时再加入与硅酸钠摩尔比为1.1：1的0.5molL-1硫酸溶液，继续以4000r/min的速度高剪切搅拌反应1小时后，过滤、水洗涤、150℃干燥，即可得超细二氧化硅改性的硫酸钡粒子。粒径为320nm，比表面积为20m2/g。
实施例6
(1)配制浓度为5wt％的硫化钡溶液,按照摩尔比1:1.4加入到浓度6wt％碳酸钠溶液中，于85℃,以转速3000r/min的速度高剪切搅拌反应2小时；
(2)步骤(1)经过滤洗涤后，按硫酸钠与硫化钡摩尔比为1:1.4，将滤饼加入到浓度为1wt％硫酸钠溶液中以3000r/min的转速高剪切搅拌反应，反应温度85℃，反应时间2小时；
(3)完成步骤(2)之后,在步骤(2)中加入浓度为5wt％硅酸钠,加入量为硫化钡摩尔量的6％，同时再加入与硅酸钠摩尔比为1.1：1的0.6molL-1硫酸溶液，继续以转速3000r/min的速度高剪切搅拌反应2小时后，过滤、水洗涤、180℃干燥，即可得超细二氧化硅改性的硫酸钡粒子。粒径为400nm，比表面积为18m2/g。

Claims (3)

1.一种二氧化硅改性硫酸钡粉体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)配制浓度为0.1～15wt%的硫化钡溶液，浓度1%～25wt%碳酸钠溶液，按硫化钡与碳酸钠摩尔比为1:1.2～1:1.5，将硫化钡溶液加入碳酸钠溶液中，于20℃～95℃搅拌反应0.5小时～4小时；
(2)步骤（1）经过滤洗涤后，按硫酸钠与硫化钡摩尔比为 1:1.2～1:1.5，将滤饼加入到浓度为1～25wt%硫酸钠溶液中，进行高剪切搅拌反应，反应温度20℃～95℃，反应时间0.5小时～8小时；
(3) 完成步骤（2）之后，在步骤（2）中加入浓度为10～15wt%硅酸钠，加入量为硫化钡摩尔量的0.1%～10%，按硫酸与硅酸钠摩尔比为1.1～1.2：1，再加入浓度为 0.2～0.8 molL-1硫酸溶液，继续搅拌反应1～2小时后，过滤、水洗涤、100℃～200℃干燥，即得二氧化硅改性的硫酸钡；
所述的步骤（1），（2）,（3）的搅拌装置为高剪切搅拌,转速为500～8000r/min。
2.如权利要求1所述的一种二氧化硅改性硫酸钡粉体的制备方法，其特征在于在步骤（2）中，将步骤（1）经过滤洗涤后中产生的Na2CO3副产物经分离提取循环应用于步骤（1）的反应中。
3.如权利要求1-2任一项所述方法制备的二氧化硅改性硫酸钡粉体，其特征在于二氧化硅改性的硫酸钡粒径为50nm～500nm，比表面积为5m2/g～30m2/g。
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