一种粒径均匀的纳米级碳酸锶及其制备方法与流程

本发明涉及无机材料领域，且特别涉及一种粒径均匀的纳米级碳酸锶及其制备方法。

背景技术：

由于碳酸锶具有很强的吸收x射线和γ射线功能等独特的物理化学性质，其被广泛应用于彩色显像管玻壳、阴极射线管、电子陶瓷、磁性材料、燃料、油漆等工业用品的制造。随着电子行业的快速发展，纳米级的碳酸锶产品需求量逐年增长。

目前制备碳酸锶采用的锶源为氯化锶、氢氧化锶等，碳源主要是二氧化碳、碳酸盐等；制备方法包括：反胶束法、液相反应控制沉淀法与固相反应法。采用上述方法制备纳米碳酸锶的过程中，容易引入无机杂质，不能用于电子精细陶瓷钛酸锶的生产；而且在制备过程中无法有效地控制纳米碳酸锶的粒径，产品粒径不均；另外，制得的纳米碳酸锶产品的比表面积也不能满足电子级产品使用需求。

因此，需要提供一种能制备粒径均匀、比表面积大、分散性好的纳米级碳酸锶的方法。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的至少一个技术问题，本发明实施例提供一种粒径均匀的纳米级碳酸锶及其制备方法，制得的产品粒径均匀、比表面积大、分散性好。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种粒径均匀的纳米级碳酸锶的制备方法，其包括以下步骤：

将尿素、分散剂和去离子水按照用量比0.2-2mol：0.0001-0.001kg：1kg配制成尿素分散溶液，分散剂为多元胺酰胺和酸形成的中性盐；将氢氧化锶和去离子水按照用量比0.2-2mol：1kg配制成氢氧化锶溶液。

在搅拌条件下，将尿素分散溶液和氢氧化锶溶液、添加剂按照用量比1kg：1-1.5kg：0.0005-0.005kg混合均匀，添加剂包括硬脂酸和纤维素，硬脂酸和纤维素的重量比为1：9，于0-5℃持续搅拌反应0.5-1小时，得到碳酸锶浆料；

将碳酸锶浆料进行喷雾干燥。

进一步地，在本发明较佳实施例中，分散剂为电中性不饱和多元胺酰胺和酸性聚合物的盐溶液；可选的，分散剂为德国默克mok-5012分散剂。

进一步地，在本发明较佳实施例中，先将尿素分散溶液和添加剂于0-5℃搅拌均匀，再在搅拌条件下，将氢氧化锶溶液加入其中。

进一步地，在本发明较佳实施例中，搅拌的转速为80-85转/分钟；和/或，氢氧化锶溶液的加入速度为：100-500l/小时。

进一步地，在本发明较佳实施例中，在喷雾干燥前，将碳酸锶浆料进行湿磨、固液分离、水洗。

进一步地，在本发明较佳实施例中，湿磨的方法为：将碳酸锶浆料和氧化锆磨球以200-400转/分钟球磨0.5-1小时。

进一步地，在本发明较佳实施例中，配制尿素分散溶液时，还加入有月桂醇硫酸钠，尿素和月桂醇硫酸钠的用量比为0.2-2mol：0.0001-0.0003kg。

进一步地，在本发明较佳实施例中，配制氢氧化锶溶液时，还加入有聚丙烯酸钠，氢氧化锶和聚丙烯酸钠的用量比为0.2-2mol：0.0005-0.0025kg。

本发明还提出一种粒径均匀的纳米级碳酸锶，其采用上述的粒径均匀的纳米级碳酸锶的制备方法制得，纳米级碳酸锶的纯度≥99.99wt％；100℃、2hr，水分减量≤0.100wt％；700℃、1hr，灼烧减量≤0.500wt％；ca²⁺≤0.002wt％；mg²⁺≤0.001wt％；ba²⁺≤0.002wt％；na⁺≤0.001wt％；fe³⁺≤0.0003wt％；cl^-≤0.002wt％；物理指标：dmax≤0.2μm；bet≥20m²。

本发明实施例的粒径均匀的纳米级碳酸锶及其制备方法的有益效果是：本发明实施例的粒径均匀的纳米级碳酸锶的制备方法包括以下步骤：将尿素、分散剂和去离子水按照用量比0.2-2mol：0.0001-0.001kg：1kg配制成尿素分散溶液，分散剂为多元胺酰胺和酸形成的中性盐；将氢氧化锶和去离子水按照用量比0.2-2mol：1kg配制成氢氧化锶溶液；在搅拌条件下，将尿素分散溶液和氢氧化锶溶液、添加剂按照用量比1kg：1-1.5kg：0.0005-0.005kg混合均匀，添加剂包括硬脂酸和纤维素，硬脂酸和纤维素的重量比为1：9，于0-5℃持续搅拌反应0.5-1小时，得到碳酸锶浆料；将碳酸锶浆料进行喷雾干燥。本发明实施例的粒径均匀的纳米级碳酸锶是采用上述的粒径均匀的纳米级碳酸锶的制备方法制得，纳米级碳酸锶的纯度≥99.99wt％；100℃、2hr，水分减量≤0.100wt％；700℃、1hr，灼烧减量≤0.500wt％；ca²⁺≤0.002wt％；mg²⁺≤0.001wt％；ba²⁺≤0.002wt％；na⁺≤0.001wt％；fe³⁺≤0.0003wt％；cl^-≤0.002wt％；物理指标：dmax≤0.2μm；bet≥20m²，制得的产品粒径均匀、比表面积大、分散性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1制得的纳米级碳酸锶的sem图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的粒径均匀的纳米级碳酸锶及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供一种粒径均匀的纳米级碳酸锶的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：将尿素、分散剂和去离子水按照用量比0.2-2mol(例如但不限于0.2mol、0.5mol、0.8mol、1mol、1.5mol、1.8mol、2mol)：0.0001-0.001kg(例如但不限于0.0001kg、0.0005kg、0.001kg)：1kg配制成尿素分散溶液，分散剂为多元胺酰胺和酸形成的中性盐；将氢氧化锶和去离子水按照用量比0.2-2mol(例如但不限于0.2mol、0.5mol、0.8mol、1mol、1.5mol、1.8mol、2mol)：1kg配制成氢氧化锶溶液。

本实施例先将尿素用分散剂和水配制成尿素均匀分散的原料体系，从而保证后续形成的反应体系中的反应物质均匀分散，从而保证后续的反应快速、完全进行，使生成的产物均匀(表现为颗粒大小均一、分散均匀)，尤其是最后生成的纳米级碳酸锶颗粒均匀，避免发生团聚现象。相较于在生成纳米级碳酸锶后再加入分散剂的方式，能从源头控制纳米级碳酸锶的颗粒大小。

本实施例中，分散剂可以为电中性不饱和多元胺酰胺和较低分子量酸性聚合物的盐溶液；可选的，分散剂包括：溶剂：二甲苯/异丁醇＝8/1；助剂：1％-2％无机颜料、1％-5％有机颜料、0.5％-1％二氧化钛、30％-50％膨润土；物化数据：胺值：19mgkoh/g；不挥发份：50％。示例性地，分散剂为德国默克mok-5012分散剂。

本实施例中，采用的尿素的纯度一般为99.9％以上。

本实施例中，采用的氢氧化锶的纯度一般为99.9％以上，氯含量＜100ppm。

本实施例中，配制尿素分散溶液时，还可以加入月桂醇硫酸钠，尿素和月桂醇硫酸钠的用量比为0.2-2mol：0.0001-0.0003kg(例如但不限于0.0001kg、0.0002kg、0.0003kg)。本实施例加入月桂醇硫酸钠的作用是制约反应过程中碳酸锶晶核的生成速度，使晶核的生成速度与晶核的生长速度相匹配，避免由于晶核生成过快而发生团聚，保证得到的纳米级碳酸锶的粒径均匀，比表面积较大、分散性好。另外，本实施例在配制尿素分散溶液时就加入月桂醇硫酸钠，能使月桂醇硫酸钠能稳定、均匀分散其中，从而稳定、均匀分散到反应体系中。

本实施例中，配制氢氧化锶溶液时，还可以加入聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钠纯度为99.9％以上，氢氧化锶和聚丙烯酸钠的用量比为0.2-2mol：0.0005-0.0025kg(例如但不限于0.0005kg、0.001kg、0.002kg)。本实施例在配制氢氧化锶溶液时加入聚丙烯酸钠，作用是使氢氧化锶溶液中的氢氧化锶稳定、均匀分散，从而进一步保证保证后续的反应快速、完全进行，而且还能调节反应体系的ph至适宜进行，反应后，最后得到的产品几乎无残留金属杂质，保证产品纯度。

步骤二：在搅拌条件下，将尿素分散溶液和氢氧化锶溶液、添加剂按照用量比1kg：1-1.5kg：0.0005-0.005kg(例如但不限于0.0005kg、0.001kg、0.002kg、0.003kg、0.004kg、0.005kg)混合均匀，添加剂包括硬脂酸和纤维素，硬脂酸和纤维素的重量比为1：9，于0-5℃(例如但不限于0℃、1℃、2℃、3℃、4℃)持续搅拌反应0.5-1小时，得到碳酸锶浆料。

本实施例中，可以先将尿素分散溶液和添加剂于0-5℃搅拌均匀，再在搅拌条件下，将氢氧化锶溶液加入其中。搅拌的转速为80-85转/分钟(例如但不限于81转/分钟、82转/分钟、83转/分钟、84转/分钟、85转/分钟)；和/或，氢氧化锶溶液的加入速度为：100-500l/小时(例如但不限于100l/小时、200l/小时、300l/小时、400l/小时、500l/小时)。

本实施例先将尿素分散溶液和添加剂搅拌均匀，再加入氢氧化锶溶液，能够逐步形成分散性好的反应体系；本实施例将氢氧化锶溶液按照一定速率加入尿素分散溶液中，能使氢氧化锶均匀分散于尿素分散溶液中，从而形成均匀分散的反应体系。

步骤三：将碳酸锶浆料进行湿磨、固液分离、水洗。本实施例中，水洗的作用是清洗掉未挥发掉的杂质，从而保证产物的纯度；湿磨的作用使产物达到一定细度，即达到一定的预粉碎效果，方便具体使用。而且本实施例得到的纳米级碳酸锶比表面积大，分散剂好；另外本实施例在初始原料中就加入了分散剂，经过反应后，残留的分散剂还能进一步提高纳米级碳酸锶产品的分散性。

本实施例中，湿磨的方法可以为：将碳酸锶浆料和氧化锆磨球以200-400转/分钟(例如但不限于200转/分钟、250转/分钟、300转/分钟、350转/分钟、400转/分钟)球磨0.5-1小时。

本实施例中，固液分离的方法可以为：离心分离，去除液体组分。

本实施例中，水洗的方法为：将固液分离得到的固体组分用去离子水洗涤至少3次。

步骤四：将经过水洗的碳酸锶浆料进行干燥。

本实施例干燥的方法可以是喷雾干燥，也可以烘干，干燥温度可以为70-80℃(例如但不限于70℃、720℃、75℃、78℃)，示例性地，将最后一次水洗(未去除水)的浆料进行喷雾干燥，或者将经过水洗的固体组分放入烘箱中干燥。

本发明实施例还提供一种粒径均匀的纳米级碳酸锶，其采用上述的粒径均匀的纳米级碳酸锶的制备方法制得，纳米级碳酸锶的纯度≥99.99wt％；100℃、2hr，水分减量≤0.100wt％；700℃、1hr，灼烧减量≤0.500wt％；ca²⁺≤0.002wt％；mg²⁺≤0.001wt％；ba²⁺≤0.002wt％；na⁺≤0.001wt％；fe³⁺≤0.0003wt％；cl^-≤0.002wt％；物理指标：dmax≤0.2μm；bet≥20m²；粒子形貌：球形或近似于球形的纳米级碳酸锶。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例中提供了一种纳米级碳酸锶，其按照以下制备方法制得：

步骤一：将纯度为99.9％以上尿素、德国默克mok-5012分散剂和去离子水按照用量比1mol：0.0001kg：1kg配制成尿素分散溶液；

将纯度为99.9％以上、氯含量＜100ppm的氢氧化锶和去离子水按照用量比1mol：1kg配制成氢氧化锶溶液。

将纯度为99.9wt％以上的硬脂酸和纯度为99.9wt％以上的纤维素按重量比为1：9组成添加剂。

步骤二：取上述尿素分散溶液1kg和添加剂0.002kg，于2℃搅拌均匀，然后在搅拌条件下，搅拌的转速为83转/分钟，将1kg氢氧化锶溶液加入其中，加入速度为100l/小时，于2℃持续搅拌反应1小时，得到碳酸锶浆料。

步骤三：将碳酸锶浆料于70℃进行喷雾干燥，得到纳米级碳酸锶产品。

将制得的纳米级碳酸锶产品经扫描电镜显微镜检测，图1为sem图，由图1可以看出，该纳米级碳酸锶颗粒为球形或近似球形；直径d＝0.1-0.2μm；bet＝20.5m²。

实施例2

本实施例中提供了一种纳米级碳酸锶，其按照以下制备方法制得：

步骤一：将纯度为99.9％以上尿素、德国默克mok-5012分散剂和去离子水按照用量比1mol：0.0001kg：1kg配制成尿素分散溶液；

将纯度为99.9％以上、氯含量＜100ppm的氢氧化锶和去离子水按照用量比1mol：1kg配制成氢氧化锶溶液。

将纯度为99.9wt％以上的硬脂酸和纯度为99.9wt％以上的纤维素按重量比为1：9组成添加剂。

步骤二：取上述尿素分散溶液1kg和添加剂0.002kg，于2℃搅拌均匀，然后在搅拌条件下，搅拌的转速为83转/分钟，将1kg氢氧化锶溶液加入其中，加入速度为100l/小时，于2℃持续搅拌反应1小时，得到碳酸锶浆料。

步骤三：将碳酸锶浆料和氧化锆磨球以200转/分钟球磨1小时；离心分离，去除液体组分；将剩余的固体组分用去离子水洗涤至少3次。

步骤四：将经过水洗的碳酸锶浆料于70℃进行喷雾干燥，得到纳米级碳酸锶产品。

对制得的纳米级碳酸锶进行扫描电镜显微镜检测，结果为：该纳米级碳酸锶颗粒为球形或近似球形；直径d＝0.1-0.2μm；bet＝21.5m²。

实施例3

本实施例中提供了一种纳米级碳酸锶，其按照以下制备方法制得：

该制备方法与实施例2的制备方法大致相同，不同之处在于：步骤一：将纯度为99.9％以上尿素、德国默克mok-5012分散剂和去离子水、月桂醇硫酸钠按照用量比1mol：0.0001kg：1kg：0.0001kg配制成尿素分散溶液，最后得到纳米级碳酸锶产品。

对制得的纳米级碳酸锶进行扫描电镜显微镜检测，结果为：该纳米级碳酸锶颗粒为球形或近似球形；直径d＝0.1-0.2μm；bet＝23m²。

实施例4

本实施例中提供了一种纳米级碳酸锶，其按照以下制备方法制得：

该制备方法与实施例2的制备方法大致相同，不同之处在于：步骤二：取上述尿素分散溶液1kg和添加剂0.002kg，于2℃搅拌均匀，然后在搅拌条件下，搅拌的转速为83转/分钟，将1kg氢氧化锶溶液加入其中，加入速度为100l/小时，于2℃持续搅拌反应1小时，得到碳酸锶浆料，最后得到纳米级碳酸锶产品。

对制得的纳米级碳酸锶进行扫描电镜显微镜检测，结果为：该纳米级碳酸锶颗粒为球形或近似球形；直径d＝0.1-0.2μm；bet＝23.5m²。

综上所述，本发明实施例的粒径均匀的纳米级碳酸锶及其制备方法，制得的产品粒径均匀、比表面积大、分散性好。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。