專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米硫酸鋇粉體的原位可控合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)合成技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米硫酸鋇粉體的原位可控合成方法，具體是一種采用過(guò)硫酸鉀作為硫酸鋇前驅(qū)體，原位可控合成納米硫酸鋇粉體的方法。
背景技術(shù)：
隨著材料行業(yè)蓬勃迅速的發(fā)展，硫酸鋇因具有優(yōu)異的X射線不透過(guò)性、耐光、耐腐蝕、吸油值低、化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)，作為眾多行業(yè)的重要原料，被廣泛應(yīng)用于涂料、橡膠、造紙、醫(yī)用、以及催化等行業(yè)。納米硫酸鋇具有量子效應(yīng)、尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等重要的結(jié)構(gòu)特征，其物理性能與普通硫酸鋇不同，具有高比表面積、高X光不透性、光澤性能更佳等一系列優(yōu)點(diǎn)，不僅在橡膠、塑料、油墨、涂料、造紙等諸多行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景，而且在醫(yī)學(xué)、陶瓷、復(fù)合材料等方面更具有廣闊的應(yīng)用前景。
在現(xiàn)有技術(shù)中，制備納米硫酸鋇的主要方法有微乳液法、乙醇-水溶液法、EDTA絡(luò)合鋇離子法，但這些方法很難達(dá)到粒徑分布窄，而且粒徑大都在200nm以上。微乳液法使用大量的微乳液使硫酸鋇生成的顆粒不團(tuán)聚，但微乳液中含有大量的表面活性劑和助表面活性劑，會(huì)使合成成本增加，同時(shí)廢液會(huì)污染環(huán)境。乙醇-水溶液法其介質(zhì)是兩相溶劑，不僅成本高而且合成過(guò)程可控性弱。EDTA絡(luò)合鋇離子法對(duì)合成的溫度、酸度、反應(yīng)物加入速度有很高的要求，對(duì)粒徑的影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種工藝簡(jiǎn)單、易于控制的納米硫酸鋇粉體合成方法，所得的納米硫酸鋇粒徑均勻。本發(fā)明方法的具體步驟是
步驟(I).將過(guò)硫酸鉀加入PH值為8. 5 9. 5的堿性水溶液中，溶解形成過(guò)硫酸鉀水溶液；將過(guò)硫酸鉀水溶液加熱至70 90°C，然后反應(yīng)O. 5 3小時(shí)，形成硫酸根自由基水溶液；反應(yīng)后，過(guò)硫酸根分解為硫酸根自由基，并產(chǎn)生少量的硫酸根離子；
所述的堿性水溶液為KOH水溶液、NaOH水溶液、LiOH水溶液、Ba (OH) 2水溶液、氨水中的一種；每升堿性水溶液中加入5 10克過(guò)硫酸鉀；
步驟(2).將鋇源化合物加入蒸餾水中，攪拌均勻，形成鋇離子水溶液；每升蒸餾水中加入5 20克鋇源化合物；
所述的鋇源化合物為硝酸鋇、氯化鋇、溴化鋇、氫氧化鋇和硫化鋇中的一種或多種；步驟(3).將硫酸根自由基水溶液降溫至45 60°C，然后在O. 5 I小時(shí)內(nèi)將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，再在45 60°C下攪拌反應(yīng)4 8小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；加入的鋇離子水溶液與硫酸根自由基水溶液的體積比為I I. 5 :1 ;
步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌3 4次，在45 60°C下干燥，得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。本發(fā)明方法得到的硫酸鋇粉體由過(guò)納米硫酸鋇粉體材料由過(guò)硫酸鉀在堿性水溶液中發(fā)生分解反應(yīng)，原位產(chǎn)生硫酸根離子，經(jīng)與溶液中鋇離子反應(yīng)，原位可控合成納米硫酸鋇。本發(fā)明采用原位可控合成方法，有效調(diào)控納米硫酸鋇尺寸，得到的硫酸鋇納米顆粒的粒徑分布均一，顆粒均勻分散性好，穩(wěn)定性高。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單、易于操作、生產(chǎn)成本低、無(wú)污染。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
步驟(I).將5克過(guò)硫酸鉀加入I升PH值為8. 5的KOH水溶液中，溶解形成過(guò)硫酸鉀水溶液；將過(guò)硫酸鉀水溶液加熱至70°C，然后反應(yīng)3小時(shí)，形成硫酸根自由基水溶液；
步驟(2).將5克氯化鋇加入I升蒸餾水中，攪拌均勻，形成鋇離子水溶液； 步驟(3).將硫酸根自由基水溶液降溫至45°C，按照體積比為1:1在30分鐘內(nèi)將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在45°C，攪拌反應(yīng)8小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；
步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌3次，在45°C下干燥，得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)納米硫酸鋇的粒徑和形貌，本實(shí)施例所得的納米硫酸鋇顆粒均勻，成橢圓球形，粒徑為200nm左右。實(shí)施例2
步驟(I).將6克過(guò)硫酸鉀加入I升PH值為9的NaOH水溶液中，溶解形成過(guò)硫酸鉀水溶液；將過(guò)硫酸鉀水溶液加熱至75°C，然后反應(yīng)2. 5小時(shí)，形成硫酸根自由基水溶液；
步驟(2).將8克硝酸鋇加入I升蒸餾水中，攪拌均勻，形成鋇離子水溶液；
步驟(3).將硫酸根自由基水溶液降溫至50°C，按照體積比為1.1:1在35分鐘內(nèi)將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在50°C，攪拌反應(yīng)7小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；
步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌4次，在50°C下干燥，得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)納米硫酸鋇的粒徑和形貌，本實(shí)施例所得的納米硫酸鋇顆粒均勻，成橢圓球形，粒徑為150nm左右。實(shí)施例3
步驟(I).將 克過(guò)硫酸鉀加入I升PH值為9. 5的LiOH水溶液中，溶解形成過(guò)硫酸鉀水溶液；將過(guò)硫酸鉀水溶液加熱至80°C，然后反應(yīng)2小時(shí)，形成硫酸根自由基水溶液；
步驟(2).將10克溴化鋇加入I升蒸餾水中，攪拌均勻，形成鋇離子水溶液；
步驟(3).將硫酸根自由基水溶液降溫至55°C，按照體積比為1.2:1在40分鐘內(nèi)將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在55°C，攪拌反應(yīng)6小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；
步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌3次，在55°C下干燥，得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)納米硫酸鋇的粒徑和形貌，本實(shí)施例所得的納米硫酸鋇顆粒均勻，成橢圓球形，粒徑為100 150nm左右。實(shí)施例4
步驟(I).將8克過(guò)硫酸鉀加入I升PH值為9. 2的Ba (OH) 2水溶液中，溶解形成過(guò)硫酸鉀水溶液；將過(guò)硫酸鉀水溶液加熱至85°C，然后反應(yīng)I. 5小時(shí)，形成硫酸根自由基水溶液；步驟(2).將12克硫化鋇加入I升蒸餾水中，攪拌均勻，形成鋇離子水溶液；
步驟(3).將硫酸根自由基水溶液降溫至60°C，按照體積比為1.3:1在45分鐘內(nèi)將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在60°C，攪拌反應(yīng)5小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；
步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌4次，在60°C下干燥，得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)納米硫酸鋇的粒徑和形貌，本實(shí)施例所得的納米硫酸鋇顆粒均 勻，成橢圓球形，粒徑為IOOnm左右。實(shí)施例5
步驟(I).將9克過(guò)硫酸鉀加入I升PH值為8. 8的氨水水溶液中，溶解形成過(guò)硫酸鉀水溶液；將過(guò)硫酸鉀水溶液加熱至90°C,然后反應(yīng)I小時(shí)，形成硫酸根自由基水溶液；
步驟(2).將15克氫氧化鋇加入I升蒸餾水中，攪拌均勻，形成鋇離子水溶液；
步驟(3).將硫酸根自由基水溶液降溫至60°C，按照體積比為1.4:1在50分鐘內(nèi)將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在60°C，攪拌反應(yīng)4小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；
步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌3次，在60°C下干燥，得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)納米硫酸鋇的粒徑和形貌，本實(shí)施例所得的納米硫酸鋇顆粒均勻，成橢圓球形，粒徑為IOOnm左右。實(shí)施例6
步驟(I).將10克過(guò)硫酸鉀加入I升PH值為9. 5的KOH水溶液中，溶解形成過(guò)硫酸鉀水溶液；將過(guò)硫酸鉀水溶液加熱至80°C,然后反應(yīng)O. 5小時(shí),形成硫酸根自由基水溶液；步驟(2).將9克氯化鋇與9克硝酸鋇加入I升蒸餾水中，攪拌均勻，形成鋇離子水溶
液；
步驟⑶.將硫酸根自由基水溶液降溫至50°C，按照體積比為I. 5:1在I小時(shí)內(nèi)將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在50°C，攪拌反應(yīng)6小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；
步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌4次，在50°C下干燥，得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)納米硫酸鋇的粒徑和形貌，本實(shí)施例所得的納米硫酸鋇顆粒均勻，成橢圓球形，粒徑為120nm左右。實(shí)施例7
步驟(I).將10克過(guò)硫酸鉀加入I升PH值為8. 5的KOH水溶液中，溶解形成過(guò)硫酸鉀水溶液；將過(guò)硫酸鉀水溶液加熱至80°C，然后反應(yīng)I小時(shí)，形成硫酸根自由基水溶液；
步驟(2).將7克氯化鋇、7克硝酸鋇與6克溴化鋇加入I升蒸餾水中，攪拌均勻，形成鋇離子水溶液；
步驟(3).將硫酸根自由基水溶液降溫至55°C，按照體積比為1.5:1在45分鐘內(nèi)將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在60°C，攪拌反應(yīng)4小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；
步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌3次，在55°C下干燥，得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)納米硫酸鋇 的粒徑和形貌，本實(shí)施例所得的納米硫酸鋇顆粒均勻，成橢圓球形，粒徑為200nm左右。
權(quán)利要求
1.一種納米硫酸鋇粉體的原位可控合成方法，其特征在于該方法的具體步驟是 步驟(I).將過(guò)硫酸鉀加入PH值為8. 5 9. 5的堿性水溶液中，溶解形成過(guò)硫酸鉀水溶液；將過(guò)硫酸鉀水溶液加熱至70 90°C，然后反應(yīng)O. 5 3小時(shí)，形成硫酸根自由基水溶液；反應(yīng)后，過(guò)硫酸根分解為硫酸根自由基，并產(chǎn)生少量的硫酸根離子；每升堿性水溶液中加入5 10克過(guò)硫酸鉀； 步驟(2).將鋇源化合物加入蒸餾水中，攪拌均勻，形成鋇離子水溶液；每升蒸餾水中加入5 20克鋇源化合物； 所述的鋇源化合物為硝酸鋇、氯化鋇、溴化鋇、氫氧化鋇和硫化鋇中的一種或多種；步驟(3).將硫酸根自由基水溶液降溫至45 60°C，然后在O. 5 I小時(shí)內(nèi)將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，再在45 60°C下攪拌反應(yīng)4 8小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；加入的鋇離子水溶液與硫酸根自由基水溶液的體積比為I I. 5 :1 ; 步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌3 4次，在45 60°C下干燥，得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。
2.如權(quán)利要求I所述的一種納米硫酸鋇粉體的原位可控合成方法，其特征在于步驟(I)中所述的堿性水溶液為KOH水溶液、NaOH水溶液、LiOH水溶液、Ba (OH) 2水溶液、氨水中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米硫酸鋇粉體的原位可控合成方法。現(xiàn)有合成方法很難達(dá)到粒徑分布窄、成本高、可控性弱。本發(fā)明方法首先將過(guò)硫酸鉀加入pH值為8.5～9.5的堿性水溶液中，70～90℃下反應(yīng)0.5～3小時(shí)，形成硫酸根自由基水溶液；將鋇源化合物加入蒸餾水中，形成鋇離子水溶液；然后將硫酸根自由基水溶液降溫至45～60℃，將鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，在45～60℃下攪拌反應(yīng)4～8小時(shí)，得到硫酸鋇懸浮液；將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，洗滌、干燥后得到原位合成的納米硫酸鋇粉體。本發(fā)明方法有效調(diào)控納米硫酸鋇尺寸，得到的硫酸鋇納米顆粒的粒徑分布均一，并且工藝簡(jiǎn)單、易于操作、生產(chǎn)成本低、無(wú)污染。
文檔編號(hào)B82Y30/00GK102863002SQ201210362670
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者程亞軍, 方超, 肖穎, 付俊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所