一种低温条件下制备高长径比硫酸钙纳米线的方法与流程

本发明涉及一种低温条件下制备高长径比硫酸钙纳米线的方法，属于硫酸钙纳米线制备及改性的技术领域。

背景技术：

硫酸钙晶须又叫石膏晶须，具有完整的外形、均匀的横截面、完善的内部结构的纤维状单晶体，目前所制备的硫酸钙晶须通常为微米级尺寸，直径1～10μm，长度几十微米到几百微米，可以用于环境工程、沥青改性、涂料、填充剂等，应用范围广泛。

纳米硫酸钙按照维度分为：硫酸钙纳米颗粒、硫酸钙纳米片、硫酸钙纳米棒、硫酸钙纳米管、硫酸钙纳米线、硫酸钙纳米束等。硫酸钙纳米线通常是：直径约为10至100纳米，长度为10至300微米，相对于微米级硫酸钙晶须，硫酸钙纳米线由于独特的一维结构特性和小尺寸特性，在应用领域可以展现出优异的纳米效应。制备硫酸钙纳米线存在需要突破的瓶颈，目前所制备的纳米硫酸钙材料中，其主要制备方法有：直接沉淀法、微乳液法、水热法、溶剂热法、气相法、微波法。所述的直接沉淀法，其沉淀过程反应迅速，反应的快慢不容易控制，制备的纳米硫酸钙性质不稳定，易团聚，不易分散；制备的纳米硫酸钙的粒径和形貌与溶液浓度、晶体生长抑制剂种类及含量、反应体系pH值、反应体系温度、陈化时间和干燥温度相关，不易控制，需要采用尿素、柠檬酸铵、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠一种或几种抑制剂作为反应抑制剂进行抑制，能耗较大，设备要求高。

所述的微乳液法，其微乳液是由水、油、表面活性剂等组成，微乳液的粒径大小为10～100nm，其表面活性剂分散在液体介质中，当表面活性剂浓度超过某一活性剂临界胶束浓度时，生成胶束，胶束油包水(w/ o)型微乳液和水包油(o/w)型微乳液，油包水(w/o)型微乳液又叫反相微乳液，其疏水端和外界的有机溶剂接触；水包油(o/w)型微乳液亲水端与外界的水溶液相连。微乳液法具有反应体系稳定，所制备的产物品质稳定而被广泛应用，但是，其制备工艺复杂，反应温度高，能耗较大。

所述的水热法和溶剂热法制备硫酸钙纳米线，通常采取间歇方式生产，反应温度一般高于100℃，而且效率低，能耗大设备要求较高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的问题，提供一种低温条件下制备高长径比硫酸钙纳米线的方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种低温条件下制备高长径比硫酸钙纳米线的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为；

(1).配制由正戊醇、环己烷、硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵组成的硫酸钠反向微乳液，其步骤为：将一定量的正戊醇溶液、环己烷溶液、摩尔浓度为0.05～0.2mol/L的硫酸钠溶液按照体积比为：(4～8)：(80～95)：(0.1～3)混合均匀，再向混合液中加入重量百分比为3～8 wt%的十六烷基三甲基溴化铵1～12g，完全溶解后，制得硫酸钠反向微乳液；

(2). 配制由正戊醇、环己烷、硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵组成的氯化钙反向微乳液，其步骤为：将一定量的正戊醇溶液、环己烷溶液、摩尔浓度为0.05～0.2mol/L的硫酸钠溶液按照体积比为：(4～8)：(80～95)：(0.1～3) 混合均匀，再向混合液中加入重量百分比为3～8 wt%的十六烷基三甲基溴化铵1～12g，完全溶解后，制得氯化钙反向微乳液；

(3). 将步骤(1)制得的硫酸钠反向微乳液与步骤(2)制得的氯化钙反向微乳液混合，搅拌10～30分钟，得到透明均匀的混合微乳液；

(4). 将体积分数为4～12 vol.%的丙酮或乙醇2～30ml加入至上述混合微乳液中进行破乳反应，反应温度为20-60℃，超声1～20分钟；

(5). 将破乳后混合微乳液用离心机以4000～10000 rpm的转速离心分离，分离上层清液和下层沉淀物，所得下层沉淀物再用丙酮、乙醇依次进行超声清洗，清洗后再以4000～10000rpm的转速离心，分离上层清液和下层沉淀物，再将分离后的沉淀物置于65～150℃下干燥1-6小时，即得硫酸钙纳米线产物。

与现有技术相比，本发明方法具有的优点：

本发明方法制备工艺简单，采用连续方式生产，效率高，沉淀过程反应温度低，其反应温度低于100℃，成本低；该方法制备的硫酸钙纳米线具有较好的增溶能力，其单根长度约达到45微米，单根直径约达到40纳米，能满足市场需求。

附图说明

图1为本发明方法制备的硫酸钙纳米线低倍透射电子显微镜(TEM)图谱；

图2为本发明方法制备的硫酸钙纳米线高倍透射电子显微镜(TEM)图谱)；

图3为本发明方法制备的硫酸钙纳米线X-射线粉末衍射仪(XRD)图谱。

具体实施方式

现将本发明的实例具体叙述于下文。

实施例：

一种低温条件下制备高长径比硫酸钙纳米线的方法，具体步骤为；

(1). 配制由正戊醇、环己烷、硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵组成的硫酸钠反向微乳液，其步骤为：将正戊醇溶液3.2ml、环己烷溶液38ml、摩尔浓度为0.1mol/L的硫酸钠溶液1ml混合均匀，再向混合液中加入十六烷基三甲基溴化铵2.1g，完全溶解后，制得硫酸钠反向微乳液；

(2). 配制由正戊醇、环己烷、硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵组成的氯化钙反向微乳液，其步骤为：将正戊醇溶液3.2ml、体积分数为92.2vol.%的环己烷溶液 38ml、摩尔浓度为0.1mol/L的氯化钙溶液1ml混合均匀，再向混合液中加入十六烷基三甲基溴化铵2.1g，完全溶解后，制得氯化钙反向微乳液；

(3). 将步骤(1)制得的硫酸钠反向微乳液与步骤(2)制得的氯化钙反向微乳液混合，搅拌10～30分钟，得到透明均匀的混合微乳液；

(4). 将体积分数为4～12 vol.%的丙酮溶液5 ml加入至上述混合微乳液中进行破乳反应，反应温度为20-40℃，超声3分钟；

(5). 将破乳后混合微乳液用离心机以8000 rpm的转速离心分离，分离上层清液和下层沉淀物，所得下层沉淀物再用丙酮、乙醇依次进行超声清洗，清洗后再以8000rpm的转速离心，分离上层清液和下层沉淀物，再将分离后的沉淀物置于80℃下干燥1-6小时，即得硫酸钙纳米线产物。

从图1和图2的(TEM)图看出，该硫酸钙纳米线单根长度约为45微米，单根直径约为40纳米；从图3的(XRD)图看出，该硫酸钙纳米线(XRD)图谱符合硫酸钙的标准图谱。