专利名称：一种纳米硫酸钡粉体的原位可控合成方法
技术领域：
本发明属于化学合成技术领域，涉及一种纳米硫酸钡粉体的原位可控合成方法，具体是一种采用过硫酸钾作为硫酸钡前驱体，原位可控合成纳米硫酸钡粉体的方法。
背景技术：
随着材料行业蓬勃迅速的发展，硫酸钡因具有优异的X射线不透过性、耐光、耐腐蚀、吸油值低、化学惰性等优点，作为众多行业的重要原料，被广泛应用于涂料、橡胶、造纸、医用、以及催化等行业。纳米硫酸钡具有量子效应、尺寸效应和表面效应等重要的结构特征，其物理性能与普通硫酸钡不同，具有高比表面积、高X光不透性、光泽性能更佳等一系列优点，不仅在橡胶、塑料、油墨、涂料、造纸等诸多行业具有广阔的应用前景，而且在医学、陶瓷、复合材料等方面更具有广阔的应用前景。
在现有技术中，制备纳米硫酸钡的主要方法有微乳液法、乙醇-水溶液法、EDTA络合钡离子法，但这些方法很难达到粒径分布窄，而且粒径大都在200nm以上。微乳液法使用大量的微乳液使硫酸钡生成的颗粒不团聚，但微乳液中含有大量的表面活性剂和助表面活性剂，会使合成成本增加，同时废液会污染环境。乙醇-水溶液法其介质是两相溶剂，不仅成本高而且合成过程可控性弱。EDTA络合钡离子法对合成的温度、酸度、反应物加入速度有很高的要求，对粒径的影响较大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术缺点，提供一种工艺简单、易于控制的纳米硫酸钡粉体合成方法，所得的纳米硫酸钡粒径均匀。本发明方法的具体步骤是
步骤(I).将过硫酸钾加入PH值为8. 5 9. 5的碱性水溶液中，溶解形成过硫酸钾水溶液；将过硫酸钾水溶液加热至70 90°C，然后反应O. 5 3小时，形成硫酸根自由基水溶液；反应后，过硫酸根分解为硫酸根自由基，并产生少量的硫酸根离子；
所述的碱性水溶液为KOH水溶液、NaOH水溶液、LiOH水溶液、Ba (OH) 2水溶液、氨水中的一种；每升碱性水溶液中加入5 10克过硫酸钾；
步骤(2).将钡源化合物加入蒸馏水中，搅拌均匀，形成钡离子水溶液；每升蒸馏水中加入5 20克钡源化合物；
所述的钡源化合物为硝酸钡、氯化钡、溴化钡、氢氧化钡和硫化钡中的一种或多种；步骤(3).将硫酸根自由基水溶液降温至45 60°C，然后在O. 5 I小时内将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，再在45 60°C下搅拌反应4 8小时，得到硫酸钡悬浮液；加入的钡离子水溶液与硫酸根自由基水溶液的体积比为I I. 5 :1 ;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温，用蒸馏水洗涤3 4次，在45 60°C下干燥，得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。本发明方法得到的硫酸钡粉体由过纳米硫酸钡粉体材料由过硫酸钾在碱性水溶液中发生分解反应，原位产生硫酸根离子，经与溶液中钡离子反应，原位可控合成纳米硫酸钡。本发明采用原位可控合成方法，有效调控纳米硫酸钡尺寸，得到的硫酸钡纳米颗粒的粒径分布均一，颗粒均匀分散性好，稳定性高。本发明方法工艺简单、易于操作、生产成本低、无污染。
具体实施例方式实施例I
步骤(I).将5克过硫酸钾加入I升PH值为8. 5的KOH水溶液中，溶解形成过硫酸钾水溶液；将过硫酸钾水溶液加热至70°C，然后反应3小时，形成硫酸根自由基水溶液；
步骤(2).将5克氯化钡加入I升蒸馏水中，搅拌均匀，形成钡离子水溶液； 步骤(3).将硫酸根自由基水溶液降温至45°C，按照体积比为1:1在30分钟内将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在45°C，搅拌反应8小时，得到硫酸钡悬浮液；
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温，用蒸馏水洗涤3次，在45°C下干燥，得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。通过扫描电镜观测纳米硫酸钡的粒径和形貌，本实施例所得的纳米硫酸钡颗粒均匀，成椭圆球形，粒径为200nm左右。实施例2
步骤(I).将6克过硫酸钾加入I升PH值为9的NaOH水溶液中，溶解形成过硫酸钾水溶液；将过硫酸钾水溶液加热至75°C，然后反应2. 5小时，形成硫酸根自由基水溶液；
步骤(2).将8克硝酸钡加入I升蒸馏水中，搅拌均匀，形成钡离子水溶液；
步骤(3).将硫酸根自由基水溶液降温至50°C，按照体积比为1.1:1在35分钟内将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在50°C，搅拌反应7小时，得到硫酸钡悬浮液；
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温，用蒸馏水洗涤4次，在50°C下干燥，得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。通过扫描电镜观测纳米硫酸钡的粒径和形貌，本实施例所得的纳米硫酸钡颗粒均勻，成椭圆球形，粒径为150nm左右。实施例3
步骤(I).将 克过硫酸钾加入I升PH值为9. 5的LiOH水溶液中，溶解形成过硫酸钾水溶液；将过硫酸钾水溶液加热至80°C，然后反应2小时，形成硫酸根自由基水溶液；
步骤(2).将10克溴化钡加入I升蒸馏水中，搅拌均匀，形成钡离子水溶液；
步骤(3).将硫酸根自由基水溶液降温至55°C，按照体积比为1.2:1在40分钟内将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在55°C，搅拌反应6小时，得到硫酸钡悬浮液；
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温，用蒸馏水洗涤3次，在55°C下干燥，得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。通过扫描电镜观测纳米硫酸钡的粒径和形貌，本实施例所得的纳米硫酸钡颗粒均匀，成椭圆球形，粒径为100 150nm左右。实施例4
步骤(I).将8克过硫酸钾加入I升PH值为9. 2的Ba (OH) 2水溶液中，溶解形成过硫酸钾水溶液；将过硫酸钾水溶液加热至85°C，然后反应I. 5小时，形成硫酸根自由基水溶液；步骤(2).将12克硫化钡加入I升蒸馏水中，搅拌均匀，形成钡离子水溶液；
步骤(3).将硫酸根自由基水溶液降温至60°C，按照体积比为1.3:1在45分钟内将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在60°C，搅拌反应5小时，得到硫酸钡悬浮液；
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温，用蒸馏水洗涤4次，在60°C下干燥，得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。通过扫描电镜观测纳米硫酸钡的粒径和形貌，本实施例所得的纳米硫酸钡颗粒均 勻，成椭圆球形，粒径为IOOnm左右。实施例5
步骤(I).将9克过硫酸钾加入I升PH值为8. 8的氨水水溶液中，溶解形成过硫酸钾水溶液；将过硫酸钾水溶液加热至90°C,然后反应I小时，形成硫酸根自由基水溶液；
步骤(2).将15克氢氧化钡加入I升蒸馏水中，搅拌均匀，形成钡离子水溶液；
步骤(3).将硫酸根自由基水溶液降温至60°C，按照体积比为1.4:1在50分钟内将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在60°C，搅拌反应4小时，得到硫酸钡悬浮液；
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温，用蒸馏水洗涤3次，在60°C下干燥，得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。通过扫描电镜观测纳米硫酸钡的粒径和形貌，本实施例所得的纳米硫酸钡颗粒均勻，成椭圆球形，粒径为IOOnm左右。实施例6
步骤(I).将10克过硫酸钾加入I升PH值为9. 5的KOH水溶液中，溶解形成过硫酸钾水溶液；将过硫酸钾水溶液加热至80°C,然后反应O. 5小时,形成硫酸根自由基水溶液；步骤(2).将9克氯化钡与9克硝酸钡加入I升蒸馏水中，搅拌均匀，形成钡离子水溶
液；
步骤⑶.将硫酸根自由基水溶液降温至50°C，按照体积比为I. 5:1在I小时内将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在50°C，搅拌反应6小时，得到硫酸钡悬浮液；
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温，用蒸馏水洗涤4次，在50°C下干燥，得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。通过扫描电镜观测纳米硫酸钡的粒径和形貌，本实施例所得的纳米硫酸钡颗粒均匀，成椭圆球形，粒径为120nm左右。实施例7
步骤(I).将10克过硫酸钾加入I升PH值为8. 5的KOH水溶液中，溶解形成过硫酸钾水溶液；将过硫酸钾水溶液加热至80°C，然后反应I小时，形成硫酸根自由基水溶液；
步骤(2).将7克氯化钡、7克硝酸钡与6克溴化钡加入I升蒸馏水中，搅拌均匀，形成钡离子水溶液；
步骤(3).将硫酸根自由基水溶液降温至55°C，按照体积比为1.5:1在45分钟内将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在60°C，搅拌反应4小时，得到硫酸钡悬浮液；
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温，用蒸馏水洗涤3次，在55°C下干燥，得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。通过扫描电镜观测纳米硫酸钡 的粒径和形貌，本实施例所得的纳米硫酸钡颗粒均匀，成椭圆球形，粒径为200nm左右。
权利要求
1.一种纳米硫酸钡粉体的原位可控合成方法，其特征在于该方法的具体步骤是 步骤(I).将过硫酸钾加入PH值为8. 5 9. 5的碱性水溶液中，溶解形成过硫酸钾水溶液；将过硫酸钾水溶液加热至70 90°C，然后反应O. 5 3小时，形成硫酸根自由基水溶液；反应后，过硫酸根分解为硫酸根自由基，并产生少量的硫酸根离子；每升碱性水溶液中加入5 10克过硫酸钾； 步骤(2).将钡源化合物加入蒸馏水中，搅拌均匀，形成钡离子水溶液；每升蒸馏水中加入5 20克钡源化合物； 所述的钡源化合物为硝酸钡、氯化钡、溴化钡、氢氧化钡和硫化钡中的一种或多种；步骤(3).将硫酸根自由基水溶液降温至45 60°C，然后在O. 5 I小时内将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，再在45 60°C下搅拌反应4 8小时，得到硫酸钡悬浮液；加入的钡离子水溶液与硫酸根自由基水溶液的体积比为I I. 5 :1 ; 步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温，用蒸馏水洗涤3 4次，在45 60°C下干燥，得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。
2.如权利要求I所述的一种纳米硫酸钡粉体的原位可控合成方法，其特征在于步骤(I)中所述的碱性水溶液为KOH水溶液、NaOH水溶液、LiOH水溶液、Ba (OH) 2水溶液、氨水中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种纳米硫酸钡粉体的原位可控合成方法。现有合成方法很难达到粒径分布窄、成本高、可控性弱。本发明方法首先将过硫酸钾加入pH值为8.5～9.5的碱性水溶液中，70～90℃下反应0.5～3小时，形成硫酸根自由基水溶液；将钡源化合物加入蒸馏水中，形成钡离子水溶液；然后将硫酸根自由基水溶液降温至45～60℃，将钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中，在45～60℃下搅拌反应4～8小时，得到硫酸钡悬浮液；将硫酸钡悬浮液冷却至常温，洗涤、干燥后得到原位合成的纳米硫酸钡粉体。本发明方法有效调控纳米硫酸钡尺寸，得到的硫酸钡纳米颗粒的粒径分布均一，并且工艺简单、易于操作、生产成本低、无污染。
文档编号B82Y30/00GK102863002SQ201210362670
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者程亚军, 方超, 肖颖, 付俊 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所