納米硫酸鋇的制備及表征

朱艷艷，劉 潔

（1.臨沂市恒泰安全生產(chǎn)科技咨詢院，山東 臨沂 276034；2.臨沂大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東 臨沂 276034）

納米硫酸鋇的制備及表征

朱艷艷1，劉 潔2

（1.臨沂市恒泰安全生產(chǎn)科技咨詢院，山東 臨沂 276034；2.臨沂大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東 臨沂 276034）

摘 要：以硫酸鈉和碳酸鋇為原料，碳酸鋇經(jīng)過漿化處理后，與硫酸鈉直接反應(yīng)制備納米硫酸鋇。實(shí)驗(yàn)考察了漿化溶劑用量對納米硫酸鋇粒度的影響，隨著漿化溶劑用量的增加，納米硫酸鋇的產(chǎn)率提高，顆粒分布更均勻，粒徑更小。經(jīng)SEM和XRD測試分析，計(jì)算得出粒子的平均粒徑為20nm左右。結(jié)果表明，該法可以制備出粒徑小、分布窄的納米硫酸鋇粒子。

關(guān)鍵詞：納米硫酸鋇；溶劑；漿化反應(yīng)；粒度；表征

硫酸鋇是一種重要的無機(jī)化工原料，廣泛用于填料、陶瓷等行業(yè)［1］。納米硫酸鋇作為鋇化合物系列產(chǎn)品的主要品種之一，廣泛用于顏料、涂料、油墨、油漆、橡膠、塑料、蓄電池的原料及填充劑［2］，還用作陰極板的膨脹劑和消化系統(tǒng)的造影劑，同時(shí)也是制造其它鋇鹽的原料。目前，我國硫酸鋇的生產(chǎn)多采用傳統(tǒng)方法，該法制備出來的BaSO4晶粒生長不易控制，產(chǎn)品粒徑大，不均勻，只能作為普通的廉價(jià)填料使用［3］。納米硫酸鋇是一種新型的無機(jī)材料，它既具有普通硫酸鋇的作用，又具有新的特殊功能，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。本文以硫酸鈉和碳酸鋇為原料，利用漿化反應(yīng)法成功制備出粒徑小、分布窄的納米硫酸鋇。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

硫酸鈉（工業(yè)品，純度≥99%），碳酸鋇（工業(yè)品，純度≥99%），硫酸（分析純，含量95%～98%），自來水。

電子節(jié)能控溫儀，JJ-1增力電動攪拌器，攪拌電機(jī)，HH-S2 數(shù)顯恒溫水浴鍋，電子天平。

三口燒瓶，燒杯，量筒，抽濾瓶，真空水泵。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取100g碳酸鋇置于三口燒瓶中，分別加入120mL水，水浴60℃加熱，漿化攪拌2h，然后加入72g無水硫酸鈉繼續(xù)攪拌2h。反應(yīng)結(jié)束后，用水洗滌至中性。將樣品分為A和B兩部分，A經(jīng)過濾后直接烘干，B再次轉(zhuǎn)入三口燒瓶中，并加入pH=1的硫酸溶液進(jìn)行洗滌，在80℃的水浴中攪拌反應(yīng)0.5h，反應(yīng)結(jié)束后，洗滌至中性，抽濾烘干。

以同樣的方法，分別加入240mL和300mL的自來水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.3 分析測試

采用日立-H800型透射電子顯微鏡、日本理光D/ax-rBX 型X射線衍射儀、美國Bruker激光粒度分析儀等對產(chǎn)品進(jìn)行分析測試。

通訊聯(lián)系人：劉潔（1980-），女，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向:物理化學(xué)。電話:15553928860，E-mail:liujielydx@163.com

2 結(jié)果與討論

2.1 溶劑用量對產(chǎn)率的影響

在固定反應(yīng)物用量、溫度及轉(zhuǎn)速下，考察自來水用量對BaSO4產(chǎn)率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 溶劑用量對產(chǎn)率的影響

從圖1可以看出，隨著自來水用量的增加，BaSO4的產(chǎn)率逐漸增大，且在120～240mL之間時(shí)，BaSO4的產(chǎn)率有較大提高；240mL時(shí)BaSO4的產(chǎn)率已達(dá)98%，300mL時(shí)達(dá)到99%以上。此時(shí)，再繼續(xù)增加自來水用量，BaSO4的產(chǎn)率提高很有限。

眾所周知，幾乎所有反應(yīng)在一定條件下都能逆向反應(yīng)，因?yàn)榉磻?yīng)不是絕對的，離子只要濃度小到一定程度也是可以共存的，逆反應(yīng)也是可以進(jìn)行的，因此該反應(yīng)是可逆反應(yīng)。自來水用量的增加，使得溶劑中硫酸鈉含量相比于碳酸鋇含量有較大增加，根據(jù)可逆反應(yīng)原理，更有利于正向反應(yīng)（BaCO3+ SO42-→BaSO4+ CO32-），所以硫酸鋇產(chǎn)率上升。反應(yīng)結(jié)束后，殘留的碳酸鋇經(jīng)硫酸洗滌后，轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徜^，產(chǎn)率進(jìn)一步提高。

2.2 溶劑用量對硫酸鋇粒度的影響

2.2.1 自來水用量對硫酸鋇粒度的影響

在固定反應(yīng)物用量、溫度及轉(zhuǎn)速下，考察自來水用量對BaSO4粒度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 溶劑用量對硫酸鋇粒度的影響

從圖2可以看出，隨著自來水用量的升高，BaSO4的粒度范圍分布變窄，平均粒徑減小。原因可能是，隨著自來水用量的增加，其溶劑中的硫酸鈉含量也隨之增加，更有利于正向反應(yīng)的進(jìn)行，能夠形成更好的晶體結(jié)構(gòu)，顆粒分布更均勻，粒徑更小。

2.2.2 酸處理對硫酸鋇粒度的影響

制備的BaSO4樣品經(jīng)過硫酸處理后，其與無酸處理后的樣品粒度分布對比如圖3所示。

圖3 酸處理對硫酸鋇粒度的影響

從圖3可以看出，硫酸鋇樣品經(jīng)過硫酸處理后，粒度分布明顯變小，平均粒徑減小。制備的樣品經(jīng)過硫酸處理后，雖然產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率有所提升，但是同時(shí)也破壞了硫酸鋇的晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致顆粒粒徑變小。

3 產(chǎn)品測試與表征

3.1 樣品的TEM分析

圖4為硫酸鋇顆粒的TEM圖。從圖4可以看出，本方法制備的硫酸鋇顆粒分散性好，粒徑小，粒度分布均勻，且粒子形狀較為規(guī)則。同時(shí)，通過計(jì)算得出粒子的平均粒徑為20nm左右。

圖4 硫酸鋇顆粒的TEM圖

3.2 樣品的X RD分析

圖5為硫酸鋇顆粒的XRD圖譜。從圖中可以看出，硫酸鋇顆粒的衍射峰比較尖銳，表明制備的硫酸鋇結(jié)晶性能良好，顆粒純度較高。其d值與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)圖譜24-1035中的d值一致，屬于六方晶系結(jié)構(gòu)。經(jīng)寬化處理后，通過謝樂公式［4］可計(jì)算出，粒子的粒徑為19.9nm，與TEM的測試結(jié)果基本一致。

圖5 硫酸鋇顆粒的XRD圖

根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)原理（此處指溶解度大的控制溶解度小的），標(biāo)準(zhǔn)狀況下BaSO4的溶解度為0.00022g，而BaCO3此時(shí)的溶解度為0.00086g，所以BaCO3+SO42-=BaSO4+ CO32-是可以進(jìn)行的。而同時(shí)，該反應(yīng)的逆反應(yīng)也是可以進(jìn)行的。因此該反應(yīng)在一定情況下是可逆反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后就會殘存一定量的硫酸鈉和碳酸鋇，經(jīng)過硫酸洗滌后，殘存的碳酸鋇轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徜^，產(chǎn)率提高。

5 結(jié)論

1）碳酸鋇經(jīng)過漿化處理后，與硫酸鈉直接反應(yīng)能夠制備出粒徑小、分布均勻的硫酸鋇顆粒。

2）隨著漿化反應(yīng)中自來水用量的增加，硫酸鋇的產(chǎn)率逐漸提高，經(jīng)過硫酸洗滌后，產(chǎn)率進(jìn)一步提高；但是其結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到破壞，粒徑變小。

3）本方法制備工藝簡單，反應(yīng)易于控制，易于實(shí)驗(yàn)工業(yè)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

［1]天津化工研究院.無機(jī)鹽工業(yè)手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1988.

［2]李連成.我國納米碳酸鈣市場［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2000，32（6）:23-25.

［3]劉有智，等.納米硫酸鋇的多種制備方法及表征研究［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)及科學(xué)學(xué)報(bào)，2001，9（2）:8-11.

［4]張立德.納米材料科學(xué)和納米結(jié)構(gòu)［M］.北京:科學(xué)出版社，2001.

中圖分類號：O 614.23+3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9905（2016）02-0012-03

作者簡介：朱艷艷（1982-），女，助理工程師，注冊安全工程師，研究方向:化工安全。電話:13854983205，E-mail:zhuyanyan2002@163.com

收稿日期：2015-12-05

Preparation and Characterization of Nano Barium Sulfate

ZHU Yan-yan， LIU Jie
（Hengtai Institute of Safety Production and Sci-tech Consultation， Linyi 276034， China；2. College of Chemistry and Chemical Industry， Linyi University， Linyi 276034， China）

Abstract:The nano barium sulfate was prepared applied sodium sulfate and barium carbonate as raw material. After slurry treatment，barium carbonate reacted with barium carbonate directly. The infuence of the amount of solvent on the particle size of nano barium sulfate was investigated. The yield of the barium sulfate increased with the increase of the amount of the slurry， while the particle size distribution was more uniform and the particle size was smaller. Through the analysis of SEM and XRD， the average particle size of the particles was about 20nm. The results showed that nano barium sulfate with small size and narrow distribution could be prepared by this method.

Key words:nano barium sulf； solvent； slurry reaction； particle size； characterize