CN109746431A - 亚微米硝酸钾纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亚微米硝酸钾纤维的制备方法，以硝酸钾和纳米二氧化硅为原料，采用简单的低温溶剂蒸发结晶法，获得亚微米硝酸钾纤维晶体。本发明制备方法，操作成本低，简单易行，对技术要求低，主要通过控制结晶过程中硝酸钾溶液浓度、纳米颗粒含量、纳米颗粒分散程度、外界环境温度等制备出了高纯度、小粒径的亚微米硝酸钾晶体，且所得晶体颜色透亮，形貌为直径在0.4‑2 μm之间的细长纤维状，不易结块，展现出了明显的优势。

Description

亚微米硝酸钾纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种硝酸钾的制备方法，特别是一种亚微米硝酸钾纤维的制备方法。

背景技术

硝酸钾是一种重要的工农业原料，在国民经济建设中占有至关重要的地位。同时，硝酸钾由于含氧量高、顿感、化学性能稳定等优良性能也常常被用于含能材料中。通常硝酸钾作为含能材料的氧化剂广泛用于烟火药剂、汽车安全气囊点火药、混合炸药、固体推进剂等方面。为了提高各种点火药、烟火剂性能，学者们提出了许多方法。如：氧化剂的含量及配比的改变、氧化剂粒径的改变、燃烧剂含量及配比的改变和添加金属纤维等。其中国内外大量学者研究了氧化剂的粒度及其分布对点火药和烟火剂性能的影响。结果表明，氧化剂粒度对点火药的燃速、热分解性能以及机械性能有很大的影响。为此许多学者将氧化剂进行超细化，发现点火药的性能有了很大的提升。由此可知，减小氧化剂的平均粒度，能够提高点火药的燃烧和爆炸性能以及推进剂的燃速。因此硝酸钾的细化在提高点火药的性能研究中有重要意义。

对于含能材料的细化，科研工作者已经报道了多种的制备方法。其中包括溶胶-凝胶法、溶剂-非溶剂法、超临界流体法、微乳液法、机械球磨法、气流粉碎法、气相法等。在选择制备超细硝酸钾的方法上，需要考虑很多因素。目前多采用气流粉碎发制备超细硝酸钾。但由于硝酸钾粉体具有强氧化性，在制备生产过程中，要特别注意人身及财产安全问题，否则将会有巨大的危险。而且采用该方法制备的超细硝酸钾，粒径会变小，比表面积会急剧变大，颗粒的表面能会增大，单个超细硝酸钾颗粒处于不稳定状态，因此很快团聚并结块。这不仅影响了其安全贮存、运输，而且硝酸钾的团聚结块将会引起点火药组份混合不均匀，从而降低点火药性能。因此，开发一种实验成本低，简单易行，操作安全且所得晶体不易结块的超细硝酸钾制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种亚微米硝酸钾纤维的制备方法，用该方法制备的亚微米硝酸钾晶体比表面积大，表面活性增大,导致其燃烧和爆炸性能得到较大改善。

实现本发明的技术解决方案是：在硝酸钾溶液中加入微量纳米二氧化硅颗粒，在细胞粉碎机中进行超声处理，形成硝酸钾基纳米流体，再在低于室温的环境中，倒入玻璃培养皿中进行结晶培养，真空干燥后得到所述的亚微米硝酸钾纤维，其中，硝酸钾溶液浓度低于0.01 mol/L，SiO₂/KNO₃质量比介于5%-20%。

进一步的，结晶时环境温度低于30 ℃。

进一步的，结晶培养的时间为2天。

进一步的，超声处理的时间为20–60 分钟。

进一步的，真空干燥温度不高于80℃。

进一步的，硝酸钾溶液浓度为0.005~0.01 mol/L。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明所使用的原料只有硝酸钾和纳米二氧化硅两种，不需要额外的添加剂；工艺主要包括前期的纳米流体的配制和后期的蒸发结晶，整个流程连续操作，周期短。

2、所制备的超细硝酸钾晶体纯度高，结晶度好，大小均匀，而且形貌优良。

3、实验过程中没有用到大型仪器，设备成本低。

4、实验操作简单易行，对技术要求低，使其更容易被接受。

5、实验所得亚微米硝酸钾纤维，由于其较小的尺寸使得其表面积增大，表面能提高，表面活性增强。且具备小尺寸效应、表面效应、量子效应等一系列优异的物理、化学性质。

6、实验所得硝酸钾晶体为细长纤维，彼此之间无结块现象。

附图说明

图1为本发明所制备亚微米硝酸钾晶体的场发射扫描电镜图。

图2为本发明所制备亚微米硝酸钾晶体的场发射扫描电镜图。

图3为本发明所制备亚微米硝酸钾晶体的场发射扫描电镜图。

图4为本发明所制备亚微米硝酸钾晶体的X射线衍射图。

图5为本发明所制备亚微米硝酸钾晶体的X射线衍射图。

图6为本发明所制备亚微米硝酸钾晶体的X射线衍射图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详细阐述。

本发明采用低温溶剂蒸发结晶法来制备亚微米硝酸钾晶体，方法简便、成本低廉、无环境污染。且所得晶体纯度高、粒径小、颜色透亮，形貌为直径在0.4-2 μm之间的细长纤维状。

本发明所述的亚微米硝酸钾纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）称取化学计量数的分析纯硝酸钾，加入定量的去离子水，置于磁力搅拌器上搅拌30分钟，待硝酸钾晶体全部溶解后，加入微量的纳米二氧化硅，在冰浴中使用细胞粉碎机超声处理。一段时间后取出，形成硝酸钾基纳米流体。

（2）将步骤（1）所得纳米流体在低于室温的环境中，倒入玻璃培养皿中。且倒入培养皿中的溶液高度仅为器壁高度的2/3。

（3）将步骤（2）中的玻璃培养皿移入通风橱下蒸发干燥，控制通风橱温度低于室温。

（4）2天后待培养皿中溶液完全蒸发，取出培养皿中的晶体，置于80 ℃的真空干燥箱中干燥1 天。

实例一：

配置低于0.01 mol/L的硝酸钾溶液于250 mL的烧杯中，置于磁力搅拌器上充分搅拌30分钟，直至固体硝酸钾完全溶解，得到硝酸钾溶液；加入微量纳米二氧化硅颗粒，且SiO₂/KNO₃质量比为5%，将混合溶液置于冰浴中进行超声分散，控制整个超声过程中溶液温度低于30 ℃。一段时间后停止超声，取出溶液形成硝酸盐基纳米流体。将制备好的盐基纳米流体倒入直径9 厘米玻璃培养皿中，于温度低于室温的通风橱中蒸发结晶。两天后在培养皿壁面上可观察到细长丝状乳白色膜状的固体，即为亚微米硝酸钾晶体。样品经扫描电镜观察，为纤维状晶体。直径为0.4-1.3 μm，长颈比大于30，品质均匀，其电子显微镜照片如图1。 X-衍射分析为KNO₃，如图4。

实例二：

配置低于0.01 mol/L的硝酸钾溶液于250 mL的烧杯中，置于磁力搅拌器上充分搅拌30分钟，直至固体硝酸钾完全溶解，得到硝酸钾溶液；加入微量纳米二氧化硅颗粒，且SiO₂/KNO₃质量比为7%，将混合溶液置于冰浴中进行超声分散，控制整个超声过程中溶液温度低于30 ℃。一段时间后停止超声，取出溶液形成硝酸盐基纳米流体。将制备好的盐基纳米流体倒入直径9 厘米玻璃培养皿中，于温度低于室温的通风橱中蒸发结晶。两天后在培养皿壁面上可观察到细长丝状乳白色膜状的固体，即为亚微米硝酸钾晶体。样品经扫描电镜观察，为纤维状晶体。直径为0.5-1.5 μm，长颈比大于30，品质均匀，其电子显微镜照片如图2。 X-衍射分析为KNO₃，如图5。

实例三：

配置低于0.01 mol/L的硝酸钾溶液于250 mL的烧杯中，置于磁力搅拌器上充分搅拌30分钟，直至固体硝酸钾完全溶解，得到硝酸钾溶液；加入微量纳米二氧化硅颗粒，且SiO₂/KNO₃质量比为10%，将混合溶液置于冰浴中进行超声分散，控制整个超声过程中溶液温度低于30 ℃。一段时间后停止超声，取出溶液形成硝酸盐基纳米流体。将制备好的盐基纳米流体倒入直径9 厘米玻璃培养皿中，于温度低于室温的通风橱中蒸发结晶。两天后在培养皿壁面上可观察到细长丝状乳白色膜状的固体，即为亚微米硝酸钾晶体。样品经扫描电镜观察，为纤维状晶体。直径为0.5-2 μm，长颈比大于30，品质均匀，其电子显微镜照片如图3。X-衍射分析为KNO3，如图6。

Claims (6)

1.亚微米硝酸钾纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：在硝酸钾溶液中加入微量纳米二氧化硅颗粒，在细胞粉碎机中进行超声处理，形成硝酸钾基纳米流体，再在低于室温的环境中，倒入玻璃培养皿中进行结晶培养，真空干燥后得到所述的亚微米硝酸钾纤维，其中，硝酸钾溶液浓度低于0.01 mol/L，SiO₂/KNO₃质量比介于5%-20%。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，结晶时环境温度低于30 ℃。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，结晶培养的时间为2天。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，超声处理的时间为20–60 分钟。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，真空干燥温度不高于80℃。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，硝酸钾溶液浓度为0.005~0.01 mol/L。