撞击流反应器制取纳米钛酸钡

撞击流反应器制取纳米钛酸钡 撞击流反应器制取纳米钛酸钡 第39卷第9期 2007年9月 无机盐工业 INORGANICCHEMICALSINDUSTRY15 撞击流反应器制取纳米钛酸钡水 周玉新.,刘建章.,米德伟.伍沅 (1.武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉430073;2.湖北省绿色化学工艺与新型反应器重点实验室) 摘要:在浸没循环撞击流反应器中,以四氯化钛,氯化钡和草酸为原料,采用沉淀法制取纳米钛酸钡,并对产 品进行了透射电子显微镜(TEM)表征.通过均匀实验设计,研究了反应温度,加料时间,反应后陈化时间及钡钛物 质的量比等因素对产品粒径的影响;初步确定了制备纳米钛酸钡适宜的工艺条件为:反应温度75?,陈化时间 200min,加料时间20min,反应物中钡与钛的物质的量比1.01.制取的钛酸钡产品经TEM表征,其形状皆为球状, 具有沉淀法制取的钛酸钡的典型粉体特征,在适宜工艺条件下制取的产品平均粒径为60Bin. 关键词:纳米材料;钛酸钡;沉淀法;撞击流 中图分类号:TQ132.35文献标识码:A文章编号:1006—4990(2007)09—0015—02 Preperationofnanobariumtitanateinthehnpingingstreamreactor ZhouYuxin,LiuJianzhang,MiDewei,WuYuan (1.SchoolofChemicalEngineering&Pharmacy.WuhanInstituteofTechnology,Wuha n430073.China; 2.HubeiKeyLabofNovelChemicalReactor&GreenChemicalTechnology) Abstract:NanobariumtitanatewaspreparedbyprecipitationmethodintheSubmergedCircu lativeImpingingStream Reactor(SCISR),withTiC14,BaC12andoxalicacidastherawmaterials,andtheproductswe recharacterizedbyTEM.The influencesofsuchoperatingparametersasreactiontemperature,feedingtime,agingtimeafte rreaction,andtheamount—of — substanceratioofBa/Tiontheparticlesizeoftheproductwereinvest/gatedbyuniform— designedexperiments.Theopti? malconditionsweredeterminedpreliminarilyasfoHows:thetemperatureis75?,thedrippingtimeofBaC12solution20 min,theagingtimeafterreaction200min-andtheamount—of— substanceratioofBa/Ti1.01.TEManalysisindicatedthat alltheproductswereofsphericalformandhadtypicalcharacteristicsofthebariumtitanateby precipitationmethod,and thoseobtainedundertheoptimalconditionswereaverage—sized60nln. Keywords:nanomaterial;bariumtitanate;precipitationmethod;impingingsWearas 制取纳米钛酸钡方法主要有:1)固相法?j. 2)液相法.液相法主要有:溶胶一凝胶法,水热 法",化学沉淀法等.这些方法的缺点是流 程复杂,粒径较大.运用浸没循环撞击流反应器 (SCISR),以四氯化钛,氯化钡和草酸为原料,采用 沉淀法制取纳米钛酸钡,并初步确定适宜的工艺条 件. 1实验部分 1.1主要原料,仪器和设备 主要原料有:四氯化钛,氯化钡,草酸,均为化学 纯,;氨水,纯. 主要仪器设备:撞击流反应器,自制;超声波震 荡器,KS一150型;真空干燥箱,DZF一1020型;透射 基金项目:国家自然科学基金资助项目(29276260;20176043). 电子显微镜,JEM一100CXlI型. 1.2实验流程 首先将四氯化钛稀释成水溶液,标定后待用. 在搅拌条件下,将草酸溶液加人四氯化钛水溶液中, 然后通过滴加氨水调pH,搅拌反应10min,形成 TiO(C:O);一络离子,加人撞击流反应器.按反应 物中钡与钛的物质的量比,配制成氯化钡溶液.启 动撞击流反应器的螺旋桨,以一定速度,将氯化钡溶 液连续加人到撞击流反应器中,反应时间一定后,生 成共沉淀前驱体BaTiO(C:O):?4H:O.静置陈 化,过滤,用去离子水洗涤至无氯离子,在真空干燥 机中干燥,800oC煅烧2h,得纳米钛酸钡产品. 1.3实验' 选择4个影响因子:反应温度,陈化时间,加料 持续时间,反应物中钡与钛的物质的量比,采用均匀 设计法安排实验,实验结果见表1. 16无机盐工业第39卷第9期 表1实验结果 2结果与讨论 2,1产品的表征 产品用JEM一100CX?型透射电子显微镜测定 其形貌和粒径.实验9和1O的钛酸钡产品电镜照 片见图1和图2.不同条件下产品粒径见表1,且皆 为球状,具有沉淀法制取的钛酸钡的典型粉体特征. ??图1实验9钛酸钡 粉体电镜照片 图2实验1O钛酸钡 粉体电镜照片 2.2适宜的制备工艺条件 本实验研究中,产品收率较高,皆高于90%,差 别不大,因此产品收率不作为研究的主要对象,而以 产品粒径作为实验条件优劣的判据. 由表1可见反应温度,陈化时间,加料时间,反 应物中钡与钛的物质的量比对钛酸钡的产品粒径皆 有影响.由于均匀设计允许的因子水平数较多,水 平间隔较小,研究因子的范围宽,实验点在整个实验 区域内分布均匀,实验结果具有较好的代表性.因 此,指标值最佳的实验点所对应的实验条件,即使不 是全面实验中最优的条件,相对来说,也是接近于全 面实验中的最优条件的.因此,可以直接采用它作 为相对较优的实验条件来使用?引.本研究的1O组 实验中,9号和1O号实验产品粒径较小,约60am 左右,但1O号产品粒径分布较窄,晶粒更均匀.对 应的工艺条件:反应温度为75?,陈化时间 200min,加料时间20min,反应物中钡与钛的物质 的量比1.01.故将其作为适宜的制备工艺条件. 3结论 1)在浸没循环撞击流反应器中,以四氯化钛, 氯化钡和草酸为原料,采用沉淀法制取了纳米钛酸 钡,产品经透射电子显微镜测定,粒径为60am左 右;2)得出较适宜的制备工艺条件为:反应温度 75oC;陈化时间200min;加料时间20min;反应物 中钡与钛的物质的量比1.01. 参考文献: ,陈丽莎,吴键,等,BaTiO3系PTCR粉体的制备工艺研 [1]周学农 究[J].人工晶体,1997,26(3/4):399, [2]孙继红,范文浩,吴东,等.溶胶一凝胶(sol—ge1)化学及其应 用[J],材料导报,2000,14(4):25-29. [3]BasantakumarSharmaH,SarmaHNK,Mansi~IshA.Ferroelectric anddielectricpropertiesofsol—-gelprocessedbariumfitanatece?- ramiesandthinfilms[J],JournalofMaterialsScience,1999,34: 1385—1390. [4]方瑜,肖定全,刘娟妮,等.溶胶一凝胶法制备钛酸锶钡铁电薄 膜的研究[J],无机盐工业,2005,37(6):21—22. [5]姚奎,孔令兵,张良莹,等,BaTiO微粉的溶胶凝胶制备与表征 [J].西安交通大学,1996,30(12):40—4_4,59. [6]李青莲,陈维,陈寿田,等,纳米钛酸钡及其烧结物的制备[J], 应用化学,2000,17(1):84—86, [7]陈瑞澄.钛酸钡粉体的水热法合成[J].湿法冶金,1998(2): 20—21.28, [8]朱启安,杨立新.电子陶瓷材料钛酸钡的生产工艺及技术进展 [J],无机盐工业,2001,33(2):23—25, [9]LeeJH,w0ncW,KimTS.CharacteristicsofBaTiOpowders synthesizedbyhydrothermalprocess[J].JournalofMaterialsSci— ence,2000,35:4271—4274. [10]CiftciE,Ptal'lBlnanMN,shumskyM.Hydrothermalprecipitation andcharacterizationofnanocrystallineBaTiO3particles[J].Jour- halofMaterialsScience,2001,36(20):4875—4882. [11]朱启安.电子陶瓷材料钛酸钡的水热合成方法研究[J].湘潭 大学自然科学,2000,22(1):50—53. [12]AdairJH,KerchnerJA,BellNs,eta1.Applicationofchemical principlesinthesolutionsynthesisandprocessingofceramicand metalparticles[J].ACSSymp.Ser.,1998,681:82—94. [13]周玉新.实验设计与数据处理[M].武汉:湖北科学技术出版 社,2005:183. 收稿日期:2007—04—05 作者简介:周玉新(1957一),男,副教授,主要从事化学工程及化 工新产品研发,已发表论文3O余篇,出版着作1本,参编 着作3本. 联系方式:zyx8119@163.corn