一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法
2023-08-02 10:32:06
專利名稱：一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法
一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法所屬領域
本發明屬於礦物材料改性及仿生製備技術領域，具體涉及一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法。
背景技術：
普通硫酸鋇粒徑較大，具有光蔽性，其在塗料中形成的幹塗料膜往往透明性差，表面光澤不好，黏結不牢固。納米硫酸鋇具有量子效應、尺寸效應、表面效應等重要的結構特性，其物理特性與普通材料不同，是一種新型高檔的功能性填充材料，不僅在顏料、塑料、油墨、造紙、陶瓷、香料等諸多工業領域具有良好的應用前景，而且粒徑小而均勻、具有良好分散性和穩定性、高比表面、高活性的納米硫酸鋇對醫藥領域中進一步提高造影技術具有重要意義，同時對物理化學、材料等其他領域具有重要的理論和實際意義。現有納米硫酸鋇的生產工藝有破碎篩分法、撞擊流-旋轉填料床法及絡合-沉澱法。工業上主要採用破碎篩分法，通過重晶石粉碎、洗滌、乾燥等工藝獲得微細粒子，物理粉碎法已經可以獲得微米級的粒子，但此方法存在產品粒度分布不均勻，純度不高、需進一步處理，否則無法使用。中國專利CN1398789A公開了一種利用絡合法製備納米硫酸鋇的方法，主要由絡合反應和沉澱反應兩步組成，所得納米硫酸鋇為六方晶形呈藍光，平均粒徑25nm，粒度分布2(T40 nm。這種方法的試劑犛量大，生產成本高，且產生大量的含鹽廢水。中國專利CN102219250A公開了一種利用霧化器裝置合成納米硫酸鋇的方法，主要利用氣動霧化器將硫酸鈉溶液噴霧到含複合分散劑的氯化鋇溶液中，經攪拌反應後離心、洗滌、乾燥後得到納米硫酸鋇。該方法的缺點是對設備的要求較高，生產成本高，粒徑分布寬。如何通過簡單方便，成本耗費低，環境友好的方法得到高質量的納米硫酸鋇是本發明的出發點。中國目前要實現生存和可持續發展，以化學合成的高科技手段獲取高端材料是不可摒棄的途徑，然而環境保護要求也是必須遵守的原則，唯一的解決之道即綠色化學途徑，而其中生物化學或仿生物化學途徑是越來越受重視可認可的技術途徑。依據生物礦化原理，利用天然大分子作為模板和導向劑進行硫酸鋇的合成，目前尚無文獻報導，可以認為本發明是一開創性的技術。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種納米硫酸鋇及其製備方法，利用天然大分子海藻酸鈉作為模板和導向劑，在液相環境中合成納米硫酸鋇，建立了一種常溫常壓下無需能量驅動、不產生任何化學汙染的納米硫酸鋇的合成路線和方法。
本發明為解決上述提出的問題所採用的技術方案為:
一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，它是通過將可溶性鋇鹽溶液與海藻酸鈉溶液混合均勻後，然後緩慢滴加可溶性硫酸鹽溶液而得到納米硫酸鋇；其中可溶性鋇鹽中的陰離子與可溶性硫酸鹽中的陽離子在溶液中不反應，不會生成氣體或者沉澱。
一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，包括如下步驟:
(O配製海藻酸鈉與可溶性鋇鹽的混合溶液A，控制混合溶液A中海藻酸鈉的濃度為
0.1 2.0 %，可溶性鋇鹽的濃度為0.1 0.4 mol/L ;配製可溶性硫酸鹽溶液B ；
(2)按照鋇離子與硫酸根離子的摩爾比為1:1，將可溶性硫酸鹽溶液B滴加到混合溶液A中，攪拌靜置後，過濾洗滌固體沉澱，乾燥後即得到納米級硫酸鋇微細粉體。按上述方案，步驟(I)中可溶性硫酸鹽溶液B中硫酸根的濃度為1.0mol/Lo按上述方案，所述可溶性鋇鹽為硝酸鋇或者氯化鋇中的一種或者兩者按任意比例的混合物。按上述方案，所述的可溶性硫酸鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鋁、硫酸銨中的一種或者按任意比例的混合物。按上述方案，步驟(2)中所述攪拌的時間為10 30 min，靜置時間為24 48 h。按上述方案，步驟(2)中所述乾燥的溫度為60°C。本發明利用天然大分子海藻酸鈉作為模板和導向劑，在液相環境中合成納米硫酸鋇，建立了一種常溫常壓下無需能量驅動、不產生任何化學汙染的納米硫酸鋇的合成路線和方法，利用制碘工業的副產品海藻酸鹽作為硫酸鋇成核結晶的導向劑，在液相中通過可溶性鋇鹽和可溶性硫酸鹽進行常溫常壓下的複分解反應，所得納米硫酸鋇顆粒間孔隙分布均勻，分散性好。與現有技術相比，本發明有益的效果是:
(I)在常溫常壓下即可通過水相合成得到納米硫酸鋇微細粉體，耗能少，所用模板劑海藻酸鈉為無毒無害的天然大分子；而有毒性的硝酸鋇或氯化鋇通過與硫酸鹽的等摩爾反應，變成無毒性的硫酸鋇，終產物無毒無害。(2)製備過程為一步合成，無需後續加工，製備工藝簡單、除反應器皿和乾燥設備及攪拌設備外，無需其他設備，成本低廉。附圖表說明
圖1硝酸鋇的溶解度曲線。圖2氯化鋇的溶解度曲線。圖3硫酸鈉的溶解度曲線。圖4海藻酸鈉結構式。圖5納米硫酸鋇微細粉體的掃描電鏡圖片。
具體實施方式
為更好地理解和利用本發明，本說明書結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於所述的實施案例。硝酸鋇，化學式=Ba(NO3)2 ;分子量:261.35 g/mol ;無色立方晶體或白色粉末；相對密度(水=1):3.24 g/cm3 ;熔點:592°C，其溶解性能由表I和圖1表徵。氯化鋇，化學式=BaCl2 ;分子量:208 g/mol ;熔點:925°C ;沸點:1560°C ;相對密度(水=1):3.85624 g/cm3 ;氯化鋇的溶解特性是，溶解度隨溫度的變化基本上是線性的，由表2和圖2說明。應該特別指出的是本發明中所述的作為硫酸鋇合成原料之一的兩種可溶性鋇鹽，包括硝酸鋇和氯化鋇均是毒性物質，但合成的產品硫酸鋇是無毒性的，為本專利使用時的安全起見，請參照硝酸鋇和氯化鋇的安全說明書。硫酸鈉，化學式=Na2SO4衝文別名:無水芒硝、元明粉；外觀與性狀:白色、無臭、有苦味的結晶或粉末，有吸溼性；pH:7 ;熔點:884°C ;沸點:1404°C，相對密度(水=1):2.68g/cm3 ;溶解性由表3和圖3表徵。本發明所述海藻酸鈉作為模版或導向劑，又名褐藻酸鈉、海帶膠、褐藻膠、藻酸鹽，是由海帶中提取的天然多糖碳水化合物；海藻酸鈉(C6H7O8Na)n主要由海藻酸的鈉鹽組成，由a-L-甘露糖醛酸(Μ單元)與b-D-古羅糖醛酸(G單元)依靠1，4-糖苷鍵連接並由不同比例的GM、麗和GG片段組成的共聚物，結構式如圖4所示。
權利要求
1.一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，其特徵在於它是通過將可溶性鋇鹽溶液與海藻酸鈉溶液混合均勻後，然後緩慢滴加可溶性硫酸鹽溶液而得到納米硫酸鋇。
2.根據權利要求1所述的一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，其特徵在於它包括如下步驟: (O配製海藻酸鈉與可溶性鋇鹽的混合溶液A，控制混合溶液中海藻酸鈉的濃度為0.1 2.0 %，可溶性鋇鹽的濃度為0.1 0.4 mol/L ;配製可溶性硫酸鹽溶液B ； (2)按照鋇離子與硫酸根離子的摩爾比為1:1，將可溶性硫酸鹽溶液B滴加到混合溶液A中，攪拌靜置後，過濾洗滌固體沉澱，乾燥後即得到納米級硫酸鋇微細粉體。
3.根據權利要求2所述的一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，其特徵在於步驟(I)中可溶性硫酸鹽溶液B中硫酸根的濃度為1.0mol/Lo
4.根據權利要求2所述的一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，其特徵在於步驟(2)中滴加完成後，所述攪拌的時間為10 30 min，靜置時間為24 48 h。
5.根據權利要求2所述的一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，其特徵在於步驟(2)中所述乾燥的溫度為60°C。
6.根據權利要求1或2所述的一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，其特徵在於所述可溶性鋇鹽為硝酸鋇或者氯化鋇中的一種或者兩者按任意比例的混合物。
7.根據權利要求1或2所述的一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，其特徵在於所述的可溶性硫酸鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鋁、硫酸銨中的一種或者按任意比例的混合物。
全文摘要
本發明涉及一種以海藻酸鹽為模板製備納米硫酸鋇的方法，它是通過將可溶性鋇鹽溶液與海藻酸鈉溶液混合均勻後，然後緩慢滴加可溶性硫酸鹽溶液而得到納米硫酸鋇。本發明利用天然大分子海藻酸鈉作為模板和導向劑，在液相環境中合成納米硫酸鋇，建立了一種常溫常壓下無需能量驅動、不產生任何化學汙染的納米硫酸鋇的合成路線和方法。
文檔編號B82Y30/00GK103224247SQ20131012286
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月10日 優先權日2013年4月10日
發明者李徐堅, 羅文君, 嚴春傑, 王洪權 申請人:中國地質大學(武漢)