Способ получения высокодисперсного нанокристаллического вольфрамата свинца

Способ получения высокодисперсного нанокристаллического вольфрамата свинца

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к получению нанокристаллических порошков химических соединений, может использоваться для производства радиационно-защитных, фотокаталитических, сцинтилляционных материалов.

Известен способ получения нанокристаллических порошков оксидов металлов [патент РФ №2425803], заключающийся в получении гидроокисей металлов методом обратного осаждения с последующими сушкой и прокаливанием, причем метод обратного осаждения включает использование ультразвуковой обработки раствора солей металлов в распылительной форсунке, что обеспечивает диспергирование раствора до капель размером менее 1,0 мкм.

К недостаткам данного способа следует отнести использование ультразвукового распыления растворов солей, так как это обеспечивает усложнение конструкции, повышение расхода электроэнергии и снижение скорости выхода продукта.

Известен способ [патент CN №102923780 Method for preparing cubic ZnWO₄ nanocrystal photocatalysis material], который заключается в том, что вольфрамат цинка получают осаждением при медленном смешивании и ультразвуковой обработке подготовленных растворов реагентов, причем в качестве дисперсанта используется поливинилацетат.

Недостатками данного способа являются: добавление поливинилацетата в раствор реагента, что усложняет промывку готового продукта; необходимость поддерживания определенных значений pH среды; дополнительное применение ультразвуковой обработки; длительность процесса.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ [патент CN на изобретение №101684003 Mass production method of nano-PbWO₄]. Указанный способ заключается в предварительном приготовлении растворов вольфрамата натрия и ацетата свинца, быстром добавлении раствора ацетата свинца к раствору вольфрамата натрия, продолжительном перемешивании, отделении и сушке продукта, причем в раствор вольфрамата натрия добавляют дисперсант PQA-2 и триэтаноламин.

Недостатками данного способа являются: большой расход воды и большие габариты требуемого оборудования; использование нескольких дополнительных веществ-дисперсантов; сравнительно невысокая дисперсность полученного продукта (размер частиц до 90 нм).

Указанные недостатки устраняются в предлагаемом изобретении.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого и эффективного способа, позволяющего получать высокодисперсный нанокристаллический порошок вольфрамата свинца PbWO₄ в промышленных масштабах.

Техническим результатом изобретения является получение нанокристаллического PbWO₄, имеющего средний размер частиц около 50 нм, значительное снижение расхода воды для осуществления способа (до 5-10 раз по сравнению с прототипом), исключение имеющих ограниченное применение в промышленности веществ-дисперсантов из компонентов, необходимых для осуществления способа.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения высокодисперсного нанокристаллического вольфрамата свинца осуществляется путем проведения химической реакции между растворами ацетата свинца и вольфрамата натрия. Данный способ заключается в следующем: 5-20% раствор ацетата свинца Pb(СН₃СОО)₂·3Н₂О, подготовленный путем растворения ацетата свинца в смеси воды и этанола или ацетона при их соотношении 1,5-1 : 1, диспергируется и в виде мелких капель добавляется в 2,5-10% водный раствор вольфрамата натрия Na₂WO₄·2H₂O на его поверхность при его непрерывном перемешивании. В результате между ацетатом свинца и вольфраматом натрия идет химическая реакция с осаждением высокодисперсного нанокристаллического вольфрамата свинца PbWO₄.

Сущность изобретения заключается в том, что раствор ацетата свинца, приготовленный в смеси воды и этанола или ацетона, имеет гораздо меньшее значение поверхностного натяжения по сравнению с водным раствором вольфрамата натрия, и при добавлении первого раствора в виде мелких капель на поверхность второго за счет возникающих поверхностных явлений происходит очень быстрое распределение первого раствора по поверхности, а затем и в объеме второго раствора. В результате исключается возможность роста крупных кристаллов PbWO₄, а наличие в маточном растворе значительного количества этанола или ацетона препятствует дальнейшему укрупнению нанокристаллического PbWO₄

Использование приведенных интервалов концентраций указанных исходных солей обусловлено тем, что использование более концентрированных растворов не приводит к образованию нанокристаллического PbWO₄, а использование более разбавленных растворов не позволяет получать значительно меньшие размеры частиц PbWO₄ по сравнению с полученными при использовании приведенных интервалов концентраций, и приводит только к повышению расхода растворителей на осуществление способа.

Использование смеси воды и этанола или ацетона при их соотношении 1,5-1 : 1 обусловлено тем, что при меньшем количестве этанола или ацетона не достигается образования нанокристаллического PbWO₄, а большее содержание этанола или ацетона приводит к высокой неоднородности размеров частиц полученного продукта.

Предлагаемый способ может осуществляться следующим образом.

Для приготовления растворов реагентов используются вольфрамат натрия Na₂WO₄·2H₂O марки «ЧДА» ГОСТ 18289-78 (массовая доля основного вещества не менее 99,0%), ацетат свинца Pb(СН₃СОО)₂·3H₂O марки «ЧДА» ГОСТ 1027-67 (массовая доля основного вещества не менее 99,5%). Подготавливают 90 г смеси дистиллированной воды и этанола при их соотношении 1,5 : 1, в полученной смеси растворяют 10 г ацетата свинца. Далее 8,97 г вольфрамата натрия растворяют в 80,75 г дистиллированной воды. Получают прозрачные бесцветные растворы. Требуемое количество реагентов определяется исходя из соотношения масс реагентов в уравнении химической реакции (1) при небольшом избытке вольфрамата натрия, до 3%.

Раствор вольфрамата натрия помещают в емкость, превышающую по объему объем раствора в 1,5-2 раза. Раствор ацетата свинца диспергируют и в виде мелких капель добавляют в раствор вольфрамата натрия на его поверхность при его непрерывном перемешивании. В результате из раствора осаждается высокодисперсный нанокристаллический PbWO₄. Полученный продукт отделяют от маточного раствора методом центрифугрования, после чего тщательно промывают в водно-этаноловой смеси до полного удаления побочных продуктов реакции и сушится при 110°C. В результате получают около 12 г продукта. Все этапы процесса, кроме сушки, производятся при стандартных условиях.

Полученный продукт представляет собой высокодисперсный нанокристаллический вольфрамат свинца PbWO₄, имеющий средний размер частиц 50 нм, и, кроме того, высокую степень однородности по размерам частиц.

Данное изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлена микрофотография структуры полученного высокодисперсного нанокристаллического PbWO₄, наглядно демонстрирующая размерность и однородность частиц продукта, а на фиг. 2 представлена его рентгенограмма, показывающая, что продукт полностью закристаллизован и имеет тетрагональную структуру штольцита.

При реализации предлагаемого изобретения достигается получение более дисперсного (до 2 раз по сравнению с прототипом) продукта, а также предлагаемый способ имеет более высокую скорость выхода продукта и меньшие габариты требуемого оборудования, ввиду меньшего расхода растворителей на приготовление растворов (до 5-10 раз). Также исключается необходимость использования дополнительных веществ - дисперсантов, имеющих ограниченное применение в промышленности.

Способ получения высокодисперсного нанокристаллического вольфрамата свинца, осуществляющийся путем проведения химической реакции между растворами ацетата свинца и вольфрамата натрия, отличающийся тем, что 5-20% раствор ацетата свинца Pb(СН₃СОО)₂·3H₂O, подготовленный путем растворения ацетата свинца в смеси воды и этанола или ацетона при их соотношении 1,5-1 : 1, диспергируется и в виде мелких капель добавляется в 2,5-10% водный раствор вольфрамата натрия Na₂WO₄·2H₂O на его поверхность при его непрерывном перемешивании.