本发明涉及一种制备纳米硫酸钡的方法，更具体地说，本发明涉及一种制备纳米硫酸钡联产氯化钠的方法，属于纳米材料生产技术领域。
背景技术：
纳米硫酸钡作为一种重要的工业原料，广泛应用在涂料、塑料、橡胶及油墨油漆等方面而受到越来越多的关注，其粒径小、分散性好、粒径分布窄是纳米硫酸钡优良性能的的关键性指标。目前制备硫酸钡的方法主要有重结晶石制备法、硫化钡-芒硝法、碳酸钡-硫酸法等，这些方法制备的硫酸钡品质低，无法进入高端市场，高品质纳米硫酸钡主要依靠国外进口。
针对粒径大、分散性不好、粒径分布宽等缺点造成的低品质纳米硫酸钡产品的问题，可以采用微反应器进行反应。
国家知识产权局于2013.6.19公开了一件公开号为CN103159248A，名称为“一种纳米硫酸钡颗粒的生产方法”的发明，该发明公开了一种纳米硫酸钡颗粒的生产方法，包括以下步骤：向浓度为0.01-0.3mol/L的氯化钡溶液中加入EDTA二钠盐，使溶液中氯化钡与EDTA二钠盐的摩尔比为1：1，加入双十烷基二甲基溴化铵，双十烷基二甲基溴化铵的摩尔浓度为氯化钡摩尔浓度的0.1-0.5%，得溶液一；向摩尔浓度与氯化钡溶液相同的硫酸钠水溶液中加入双十烷基二甲基溴化铵，双十烷基二甲基溴化铵在溶液中的摩尔浓度为硫酸钠摩尔浓度的0.1-0.5%，得溶液二；将溶液一和二分别接微反应器入口，将反应产物过滤、洗涤，将洗涤后的过滤物烘干得到纳米硫酸钡的粉状颗粒。本发明用微反应器在络合剂存在的条件下，利用表面活性剂抑制硫酸钡沉淀长大，得到粒径细小，且粒径可以控制的纳米硫酸钡颗粒。
国家知识产权局于2009.5.6公开了一件公开号为CN101423239，名称为“一种粒径分布可控的纳米硫酸钡制备方法”的发明，该发明公开了一种粒径分布可控的纳米硫酸钡的制备方法。本发明以BaCl2和Na2SO4为原料，分别配制成两种溶液，然后同时以相同的流量加入高速旋转的旋转液膜反应器中，进行成核反应，所得浆液经过离心洗涤以及干燥，得到粒径为30-120nm且粒径分布较窄的纳米BaSO4。通过调节控制反应器的转速、间隙等操作参数，可以达到精确控制产物粒径的目的，可以制备粒径为30-40nm的BaSO4。该方法结合了微反应器和超重力反应器的优点，同时避免了微乳液法、络合法等缺点，反应空间小，制备速度快，可以满足工业化制备纳米BaSO4的要求。
发明CN103159248A的缺点是需添加络合剂EDTA，EDTA不仅成本高，而且易污染环境；发明CN101423239的缺点是高速旋转液膜反应器控制复杂，不易操作。上述技术方案都无法一步反应得到纳米硫酸钡，有放大效应，不适合工业化生产。
技术实现要素：
本发明旨在解决现有纳米硫酸钡制备中成本高、过程复杂、不适合工业化生产的问题，提供一种制备纳米硫酸钡联产氯化钠的方法，该方法能够一步反应制备粒径小、分布窄、分散性好的纳米硫酸钡，且成本低，适合工业化生产。
为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：
一种制备纳米硫酸钡联产氯化钠的方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、溶解
将氯化钡和元明粉分别溶解在不同的溶解槽中，分别得到氯化钡溶液和硫酸钠溶液，然后过滤其中的杂质，分别存储在不同的储罐中；
B、反应
将储罐中的氯化钡溶液和硫酸钠溶液分别注入微反应器中，在20-35℃下进行反应，产生纳米硫酸钡，得到纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物；
C、分离
将步骤B得到的纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物进行沉降分离处理，将纳米硫酸钡固体和氯化钠溶液分离；
D、干燥
将步骤C分离得到的纳米硫酸钡固体进行烘干干燥，得到纳米硫酸钡产品；
E、产盐
将步骤C分离得到的氯化钠溶液进行蒸发结晶，得到工业盐氯化钠。
本发明在步骤A中，所述的氯化钡溶液为0.5-1.2mol/L的氯化钡水溶液。
本发明在步骤A中，所述的硫酸钠溶液为0.5-1.2mol/L的硫酸钠水溶液。
本发明在步骤A中，所述的氯化钡和硫酸钠的物质的量之比为1:1。
本发明在步骤A中，所述的硫酸钠溶液在过滤除杂质后还要进行活性炭吸附脱色，脱色时间为10min，温度为25-35℃。
本发明在步骤C中，所述的沉降分离处理采用蝶式沉降离心机。
本发明在步骤C中，所述的沉降分离处理的转速为5000-8000r/min，温度为25-35℃。
本发明在步骤D中，所述的烘干干燥采用喷雾烘干，温度为115-135℃，喷雾流量为100ml/min。
本发明在步骤E中，所述的蒸发结晶采用多效蒸发结晶，I效蒸发温度控制为115-125℃，II效蒸发温度控制为100-115℃，III效蒸发温度控制为90-100℃。
本发明带来的有益技术效果：
1、本发明解决了现有纳米硫酸钡制备中成本高、过程复杂、不适合工业化生产的问题。本发明方法能够一步反应制备粒径小、分布窄、分散性好的纳米硫酸钡，且成本低，适合工业化生产。本发明绿色生产，工艺简单，该反应的核心反应就只有一步，即把氯化钡溶液和硫酸钠溶液直接通入微反应器反应就可得到高品质的纳米硫酸钡。纳米硫酸钡平均粒径D50=50nm，D100=150nm，分布范围窄，分散性好。
2、针对粒径大、分散性不好、粒径分布宽等缺点造成的低品质纳米硫酸钡产品，该发明直接用微反应器反应制备纳米硫酸钡，该专利制备的纳米硫酸钡粒径小，平均粒径在50-150nm、粒径分布窄、无明显团聚现象。该方法制备的纳米硫酸钡稳定性好，产品品质高且分散性好，无放大效应，可直接工业化生产，并克服了传统纳米硫酸钡制备方法拥有的环境污染大、转化率低、陈本高、团聚现象严重等缺点，是一种绿色清洁的生产技术。
3、本发明优选的限定了反应物的浓度，与反应温度配合，能够使得最后的产品具有更窄的粒径分布，纯度更高，分散性更好。
4、本发明优选的限定了分离过程中的转速和温度，能够很好地将纳米硫酸钡从液相中分离出来，而且效率很高。
5、本发明在步骤D中，所述的烘干干燥采用喷雾烘干，温度为115-135℃，喷雾流量为100ml/min。上述温度和流量的限定可以得到分散性更好，无团聚现象的纳米硫酸钡。
具体实施方式
实施例1
一种制备纳米硫酸钡联产氯化钠的方法，包括以下工艺步骤：
A、溶解
将氯化钡和元明粉分别溶解在不同的溶解槽中，分别得到氯化钡溶液和硫酸钠溶液，然后过滤其中的杂质，分别存储在不同的储罐中；
B、反应
将储罐中的氯化钡溶液和硫酸钠溶液分别注入微反应器中，在20℃下进行反应，产生纳米硫酸钡，得到纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物；
C、分离
将步骤B得到的纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物进行沉降分离处理，将纳米硫酸钡固体和氯化钠溶液分离；
D、干燥
将步骤C分离得到的纳米硫酸钡固体进行烘干干燥，得到纳米硫酸钡产品；
E、产盐
将步骤C分离得到的氯化钠溶液进行蒸发结晶，得到工业盐氯化钠。
实施例2
一种制备纳米硫酸钡联产氯化钠的方法，包括以下工艺步骤：
A、溶解
将氯化钡和元明粉分别溶解在不同的溶解槽中，分别得到氯化钡溶液和硫酸钠溶液，然后过滤其中的杂质，分别存储在不同的储罐中；
B、反应
将储罐中的氯化钡溶液和硫酸钠溶液分别注入微反应器中，在35℃下进行反应，产生纳米硫酸钡，得到纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物；
C、分离
将步骤B得到的纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物进行沉降分离处理，将纳米硫酸钡固体和氯化钠溶液分离；
D、干燥
将步骤C分离得到的纳米硫酸钡固体进行烘干干燥，得到纳米硫酸钡产品；
E、产盐
将步骤C分离得到的氯化钠溶液进行蒸发结晶，得到工业盐氯化钠。
实施例3
一种制备纳米硫酸钡联产氯化钠的方法，包括以下工艺步骤：
A、溶解
将氯化钡和元明粉分别溶解在不同的溶解槽中，分别得到氯化钡溶液和硫酸钠溶液，然后过滤其中的杂质，分别存储在不同的储罐中；
B、反应
将储罐中的氯化钡溶液和硫酸钠溶液分别注入微反应器中，在28℃下进行反应，产生纳米硫酸钡，得到纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物；
C、分离
将步骤B得到的纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物进行沉降分离处理，将纳米硫酸钡固体和氯化钠溶液分离；
D、干燥
将步骤C分离得到的纳米硫酸钡固体进行烘干干燥，得到纳米硫酸钡产品；
E、产盐
将步骤C分离得到的氯化钠溶液进行蒸发结晶，得到工业盐氯化钠。
实施例4
一种制备纳米硫酸钡联产氯化钠的方法，包括以下工艺步骤：
A、溶解
将氯化钡和元明粉分别溶解在不同的溶解槽中，分别得到氯化钡溶液和硫酸钠溶液，然后过滤其中的杂质，分别存储在不同的储罐中；
B、反应
将储罐中的氯化钡溶液和硫酸钠溶液分别注入微反应器中，在21℃下进行反应，产生纳米硫酸钡，得到纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物；
C、分离
将步骤B得到的纳米硫酸钡和氯化钠溶液的混合物进行沉降分离处理，将纳米硫酸钡固体和氯化钠溶液分离；
D、干燥
将步骤C分离得到的纳米硫酸钡固体进行烘干干燥，得到纳米硫酸钡产品；
E、产盐
将步骤C分离得到的氯化钠溶液进行蒸发结晶，得到工业盐氯化钠。
实施例5
在实施例1-4的基础上：
优选的：在步骤A中，所述的氯化钡溶液为0.5mol/L的氯化钡水溶液。
优选的或者更进一步的：在步骤A中，所述的硫酸钠溶液为0.5mol/L的硫酸钠水溶液。
更进一步的：在步骤A中，所述的氯化钡和硫酸钠的物质的量之比为1:1。
优选的：在步骤A中，所述的硫酸钠溶液在过滤除杂质后还要进行活性炭吸附脱色，脱色时间为10min，温度为25℃。
优选的：在步骤C中，所述的沉降分离处理采用蝶式沉降离心机。
优选的或者更进一步的：在步骤C中，所述的沉降分离处理的转速为5000r/min，温度为25℃。
优选的：在步骤D中，所述的烘干干燥采用喷雾烘干，温度为115℃，喷雾流量为100ml/min。
优选的：在步骤E中，所述的蒸发结晶采用多效蒸发结晶，I效蒸发温度控制为115℃，II效蒸发温度控制为100-℃，III效蒸发温度控制为90℃。
实施例6
在实施例1-4的基础上：
优选的：在步骤A中，所述的氯化钡溶液为1.2mol/L的氯化钡水溶液。
优选的或者更进一步的：在步骤A中，所述的硫酸钠溶液为1.2mol/L的硫酸钠水溶液。
更进一步的：在步骤A中，所述的氯化钡和硫酸钠的物质的量之比为1:1。
优选的：在步骤A中，所述的硫酸钠溶液在过滤除杂质后还要进行活性炭吸附脱色，脱色时间为10min，温度为35℃。
优选的：在步骤C中，所述的沉降分离处理采用蝶式沉降离心机。
优选的或者更进一步的：在步骤C中，所述的沉降分离处理的转速为8000r/min，温度为35℃。
优选的：在步骤D中，所述的烘干干燥采用喷雾烘干，温度为135℃，喷雾流量为100ml/min。
优选的：在步骤E中，所述的蒸发结晶采用多效蒸发结晶，I效蒸发温度控制为125℃，II效蒸发温度控制为115℃，III效蒸发温度控制为100℃。
实施例7
在实施例1-4的基础上：
优选的：在步骤A中，所述的氯化钡溶液为0.85mol/L的氯化钡水溶液。
优选的或者更进一步的：在步骤A中，所述的硫酸钠溶液为0.85mol/L的硫酸钠水溶液。
更进一步的：在步骤A中，所述的氯化钡和硫酸钠的物质的量之比为1:1。
优选的：在步骤A中，所述的硫酸钠溶液在过滤除杂质后还要进行活性炭吸附脱色，脱色时间为10min，温度为30℃。
优选的：在步骤C中，所述的沉降分离处理采用蝶式沉降离心机。
优选的或者更进一步的：在步骤C中，所述的沉降分离处理的转速为6500r/min，温度为30℃。
优选的：在步骤D中，所述的烘干干燥采用喷雾烘干，温度为125℃，喷雾流量为100ml/min。
优选的：在步骤E中，所述的蒸发结晶采用多效蒸发结晶，I效蒸发温度控制为120℃，II效蒸发温度控制为107.5℃，III效蒸发温度控制为95℃。
实施例8
在实施例1-4的基础上：
优选的：在步骤A中，所述的氯化钡溶液为0.7mol/L的氯化钡水溶液。
优选的或者更进一步的：在步骤A中，所述的硫酸钠溶液为0.7mol/L的硫酸钠水溶液。
更进一步的：在步骤A中，所述的氯化钡和硫酸钠的物质的量之比为1:1。
优选的：在步骤A中，所述的硫酸钠溶液在过滤除杂质后还要进行活性炭吸附脱色，脱色时间为10min，温度为27℃。
优选的：在步骤C中，所述的沉降分离处理采用蝶式沉降离心机。
优选的或者更进一步的：在步骤C中，所述的沉降分离处理的转速为6000r/min，温度为33℃。
优选的：在步骤D中，所述的烘干干燥采用喷雾烘干，温度为130℃，喷雾流量为100ml/min。
优选的：在步骤E中，所述的蒸发结晶采用多效蒸发结晶，I效蒸发温度控制为121℃，II效蒸发温度控制为113℃，III效蒸发温度控制为92℃。
实施例9
在氯化钡溶解罐中将400公斤工业级氯化钡溶于水配制成0.5mol/L的溶液，经过控制氯化钡的安全过滤器打入氯化钡储存罐中并通过氯化钡给料线注入反应器。在元明粉溶解罐中，按氯化钡与硫酸钠纯物质的量之比1:1溶解相应的废渣元明粉，经过控制元明粉的安全过滤器打入元明粉储存罐并通过元明粉给料线注入微反应器。将收集罐中的纳米硫酸钡通过沉降式离心机进行固液分离，固体经过干燥后，包装得到448公斤纳米硫酸钡产品，液体通过蒸发结晶得到工业盐氯化钠。
实施例10
在氯化钡溶解罐中将400公斤工业级氯化钡溶于水配制成0.9mol/L的溶液，经过控制氯化钡的安全过滤器打入氯化钡储存罐中并通过氯化钡给料线注入反应器。在元明粉溶解罐中，按氯化钡与硫酸钠纯物质的量之比1:1溶解相应的废渣元明粉，经过控制元明粉的安全过滤器打入元明粉储存罐并通过元明粉给料线注入微反应器。将收集罐中的纳米硫酸钡通过沉降式离心机进行固液分离，固体经过干燥后，包装得到448公斤纳米硫酸钡产品，液体通过蒸发结晶得到工业盐氯化钠。
实施例11
在氯化钡溶解罐中将400公斤工业级氯化钡溶于水配制成1.2mol/L的溶液，经过控制氯化钡的安全过滤器打入氯化钡储存罐中并通过氯化钡给料线注入反应器。在元明粉溶解罐中，按氯化钡与硫酸钠纯物质的量之比1:1溶解相应的废渣元明粉，经过控制元明粉的安全过滤器打入元明粉储存罐并通过元明粉给料线注入微反应器。将收集罐中的纳米硫酸钡通过沉降式离心机进行固液分离，固体经过干燥后，包装得到448公斤纳米硫酸钡产品，液体通过蒸发结晶得到工业盐氯化钠。
实施例12
实施例9-11中经检测，所制得的沉淀硫酸钡的各项指标如下表。
硫酸钡检测数据表