CN102167386A - 一种制备硫酸钡纳米颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于化工材料制备技术领域的一种制备硫酸钡纳米颗粒的方法，将硫酸钠溶液通过微孔，从垂直方向分散到流动的硫化钡溶液或循环流动的硫化钡悬浊液中，硫酸钠溶液被错流剪切，混合反应，生成硫酸钡沉淀，反应产物经熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎，制得硫酸钡纳米颗粒。利用本发明的方法制备硫酸钡纳米颗粒，原料成本低，生产能力大，操作过程简便，重复性和稳定性好，使传统的芒硝-黑灰法可以进入纳米级硫酸钡颗粒的生产序列。采用此方法可得到平均粒径在35～48nm的硫酸钡纳米颗粒。
Description
技术领域
本发明属于化工材料制备技术领域，特别涉及一种制备硫酸钡纳米颗粒的方法，具体地说，涉及一种利用液相错流剪切的微孔分散法制备硫酸钡纳米颗粒的方法。
背景技术
硫酸钡纳米颗粒具有小尺寸效应和良好的化学稳定性，广泛应用于涂料、塑料、油漆的填充材料和添加剂等领域。目前常用的硫酸钡纳米颗粒制备方法主要有：(1)芒硝-黑灰法-以硫化钠、钡卤水和硫酸钠为原料，首先得到硫化钡溶液或浆料，之后与硫酸钠溶液混合，发生化学反应，之后调节pH值到反应终点，得到硫酸钡浆料，并最终得到产品；(2)络合-沉淀法-以BaCl2和EDTA溶液为原料，将二者混合配制Ba2+-EDTA的络合体系，调节络合体系达到一定的pH值和温度；然后将预先配制好的Na2SO4溶液加入络合体系中反应，反应产物经离心分离、洗涤、干燥，即得纳米硫酸钡产品。这些方法或者引入其它反应组分，使后续分离难度加大；或者制备所得颗粒的粒度偏大、分布较宽、单分散性不佳，如芒硝-黑灰法，该工艺产品现有粒径很难达到纳米级。产生这种情况的原因在于物料微观混合差，传递过程慢，直接沉淀时成核量小、成核不均匀，并直接影响了颗粒的品质。
另一方面，利用流体剪切的微孔分散对于均相和非均相混合都有很好的性能，体系传热传质效率高，有助于解决快速反应因传递限制而可控性差的问题，为直接沉淀法在制备硫酸钡纳米颗粒方面取得突破创造了条件。
发明内容
本发明旨在提出一种新的制备硫酸钡纳米颗粒的方法。其原理在于：本发明中所选体系发生的是液相沉淀反应，反应速度快，传递过程为制备过程中的控制步骤；对于此体系，利用流体剪切的微孔分散加快了传递的进行，使体系中有较高的过饱和度，同时保证了混合的均匀性，从而制备得到颗粒小且分布均匀的硫酸钡纳米颗粒。
一种制备硫酸钡纳米颗粒的方法，将硫酸钠溶液从垂直方向通过微孔分散到流动的硫化钡溶液或循环流动的硫化钡悬浊液中，硫酸钠溶液被错流剪切，混合反应，生成硫酸钡沉淀，反应产物经熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎，制得硫酸钡纳米颗粒。
所述硫化钡溶液或悬浊液的温度为10～70℃，所述硫酸钠溶液的温度为10～70℃.
所述硫化钡溶液或悬浊液的浓度为0.25～2.5mol/L，所述硫酸钠溶液的浓度为5～45wt％。
所述微孔当量直径为0.2～1000微米。
硫化钡溶液或悬浊液的流速为0.2～3m/s，硫酸钠溶液的流速为0.1～5m/s。
具体来说，本发明所述方法包括如下步骤：
(1)配制硫化钡溶液或硫化钡悬浊液；
(2)配制硫酸钠溶液；
(3)在压力作用下，使硫酸钠溶液从垂直方向通过微孔分散到流动的硫化钡溶液或循环流动的硫化钡悬浊液中，硫酸钠溶液被错流剪切，混合反应；
(4)反应产物经熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎(按工业标准粉碎，即45μm筛余物含量≤0.5％)，得到最终的硫酸钡纳米颗粒。
步骤(3)中，随硫酸钠溶液带入的硫酸钠的摩尔流率和随硫化钡溶液带入的硫化钡的摩尔流率相等。
步骤(3)中，硫化钡悬浊液不断循环，直至随硫酸钠溶液带入的硫酸钠的摩尔量与硫化钡悬浊液中初始的硫化钡摩尔量相等。
本发明的有益效果为：利用本发明的方法制备硫酸钡纳米颗粒，原料成本低，生产能力大，操作过程简便，重复性和稳定性好，使传统的芒硝-黑灰法可以进入纳米级硫酸钡颗粒的生产序列。采用此方法可得到平均粒径在35～48nm的硫酸钡纳米颗粒。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1：
在70℃下，配制1000mL摩尔浓度为2.5mol/L的硫化钡悬浊液，和800g质量分数为45％的硫酸钠溶液。在压差的作用下，硫酸钠溶液以0.5m/s的流速穿过当量直径为200微米的微孔与作错流循环流动、流速为1m/s的硫化钡悬浊液混合，反应生成硫酸钡沉淀，循环反应至化学配比。产物经熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎，得到最终的硫酸钡颗粒，其平均粒径为48nm。
实施例2：
在50℃下，配制1000mL摩尔浓度为1.5mol/L的硫化钡溶液，和720g质量分数为30％的硫酸钠溶液。在压差的作用下，硫酸钠溶液以5m/s的流速穿过当量直径为200微米的微孔与作错流流动、流速为3m/s的硫化钡溶液混合，反应生成硫酸钡沉淀。产物经熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎，得到最终的硫酸钡颗粒，其平均粒径为43nm。
实施例3：
在20℃下，配制1000mL摩尔浓度为0.5mol/L的硫化钡悬浊液，和720g质量分数为10％的硫酸钠溶液。在压差的作用下，硫酸钠溶液以0.1m/s的流速穿过当量直径为600微米的微孔与作错流循环流动、流速为0.3m/s的硫化钡悬浊液混合，反应生成硫酸钡沉淀，循环反应至化学配比。产物经熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎，得到最终的硫酸钡颗粒，其平均粒径为40nm。
实施例4：
在10℃下，配制1000mL摩尔浓度为0.25mol/L的硫化钡溶液，和720g质量分数为5％的硫酸钠溶液。在压差的作用下，硫酸钠溶液以0.2m/s的流速穿过当量直径为0.2微米的微孔与作错流流动、流速为0.2m/s的硫化钡溶液混合，反应生成硫酸钡沉淀。产物经熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎，得到最终的硫酸钡颗粒，其平均粒径为35nm。
实施例5：
在40℃下，配制1000mL摩尔浓度为1.0mol/L的硫化钡溶液，和720g质量分数为20％的硫酸钠溶液。在压差的作用下，硫酸钠溶液以0.5m/s的流速穿过当量直径为200微米的微孔与作错流流动、流速为1m/s的硫化钡溶液混合，反应生成硫酸钡沉淀。产物经熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎，得到最终的硫酸钡颗粒，其平均粒径为37nm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种制备硫酸钡纳米颗粒的方法，其特征在于：将硫酸钠溶液从垂直方向通过微孔分散到流动的硫化钡溶液或循环流动的硫化钡悬浊液中，硫酸钠溶液被错流剪切，混合反应，生成硫酸钡沉淀，反应产物经后处理，制得硫酸钡纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述后处理包括如下步骤：熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硫化钡溶液或悬浊液的温度为10～70℃，所述硫酸钠溶液的温度为10～70℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硫化钡溶液或悬浊液的浓度为0.25～2.5mol/L，所述硫酸钠溶液的浓度为5～45wt％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微孔当量直径为0.2～1000微米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：硫化钡溶液或悬浊液的流速为0.2～3m/s，硫酸钠溶液的流速为0.1～5m/s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)配制硫化钡溶液或硫化钡悬浊液；
(2)配制硫酸钠溶液；
(3)在压力作用下，使硫酸钠溶液从垂直方向通过微孔分散到流动的硫化钡溶液或循环流动的硫化钡悬浊液中，硫酸钠溶液被错流剪切，混合反应；
(4)反应产物经熟化、固液分离、水洗除杂、干燥、粉碎，得到硫酸钡纳米颗粒。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，随硫酸钠溶液带入的硫酸钠的摩尔流率和随硫化钡溶液带入的硫化钡的摩尔流率相等。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，硫化钡悬浊液不断循环，直至随硫酸钠溶液带入的硫酸钠的摩尔量与硫化钡悬浊液中初始的硫化钡摩尔量相等。
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