新形SrCO3晶体的制备

刘伟明,白国英,李春梅＊,谷 宁

(1.河北师范大学化学与材料科学学院,石家庄 050016; 2.复旦大学化学系激光化学研究所,上海 200433)

新形SrCO3晶体的制备

刘伟明1,2,白国英1,李春梅1＊,谷 宁1

(1.河北师范大学化学与材料科学学院,石家庄 050016; 2.复旦大学化学系激光化学研究所,上海 200433)

以氯化锶、尿素、氢氧化纳、乙二胺四乙酸二钠和淀粉为原料,通过络合与均相沉淀法成功合成了稻草束状和花状碳酸锶晶体,并应用XRD、SEM和IR技术对样品进行了检测和表征。结果表明:添加EDTA和淀粉,对碳酸锶晶形有显著影响,可得到纯度高、分散性好的束状的亚微米级碳酸锶晶体。

碳酸锶;束状;均相沉淀法;乙二胺四乙酸二钠(EDTA)

1 引言

碳酸锶是重要的基本化工原料之一,作为重要的锶盐,它不仅是生产显像管、显示器、监视器和电子元器件的重要原料,而且还广泛应用于磁性材料、陶瓷和涂料的制造。产品用途遍及电子信息、化工、轻工、陶瓷,冶金等十几个行业。然而不同形貌的碳酸锶产品具有不同的应用价值。例如,高纯碳酸锶产品作为电子陶瓷的生产原料,粒子的形貌近似为球状,这是由于电子元件高温烧成反应系固相反应,传质以固相为主,粒径小的球形粉粒比表面积大,有利于反应进行。另外,线状碳酸锶具有很好的补强效果;针状碳酸锶可用于微电子工业及塑料、橡胶、涂料等填料;而片状碳酸锶粒子的活性较高,易与二氧化钛混合生成分散均匀的钛酸锶粉体等。因此,对于碳酸锶粒子的形貌控制也是目前研究的主要问题[1-3]。笔者以氯化钡、尿素、氢氧化钠和EDTA为原料,通过络合与均相沉淀法成功合成束状和花状碳酸锶微晶。该合成途径对制备条件的要求较低,操作简便,不涉及模板、有机溶剂和表面活性剂,达到了对碳酸锶粒子形貌的基本控制。

2 实验

2.1 仪器与试剂

Hitachi S-570扫描电子显微镜、SH IM ADZU FTIR-8900型红外光谱仪、红外线干燥仪、D8 A dvence(德国布鲁克斧头公司)X-射线粉末衍射仪,测试条件:Cu Ka靶,管压 40KV,管流40m A,衍射角2θ范围15～70°。

主要试剂:六水氯化锶、尿素、氢氧化钠、淀粉、ED TA,以上药品均为分析纯。

2.2 试验方法

配制两份浓度分别为 0.1mol/L氯化锶、0.03mol/L ED TA、2mol/L尿素、1mol/L氢氧化钠的混合溶液,过滤,(其中一份加入一定量的淀粉溶液)置于恒温水浴锅95℃恒温反应一定时间,将沉淀离心分离,热去离子水和无水乙醇洗涤,最后红外干燥仪干燥。

3 结果与分析

图1a是样品碳酸锶的X射线衍射谱图。其峰的位置及峰强度与碳酸锶的PDF标准卡74-1491相吻合,表明产物是纯的、斜方晶系碳酸锶。由所得样品尖锐的特征衍射峰说明样品的结晶比较完整。图1b是样品的红外吸收谱图。孤立平坦CO32-离子为D3h对称性。在1469 cm-1附近粗大的吸收峰是由于不对称伸缩振动引起的;857 cm-1和701 cm-1峰分别属于平面外弯曲振动和平面内伸缩振动;857 cm-1处的峰表明所得 Sr-CO3属正交晶系[4]。

图2是只加和不加淀粉时 SrCO3的 SEM图。图2a中晶体为均一的束状,晶体两端较中间部分宽,晶体长度约为2.5微米。图2b是加入淀粉,延长反应时间所得产物的SEM图,较不加淀粉时的变化明显,为近球形花状 SrCO3晶体。

在上述反应中存在以下过程:

碱性溶液中 CO(NH2)2分解为 CO32-和NH3,Sr2+与 CO32-结合生成 SrCO3。CO32-与Sr2+反应首先生成粒度较小的一级粒子,小粒子具有较高的表面自由能,相互团聚形成较大的二级粒子,再进一步生长成为完整的SrCO3晶体。EDTA为较强的络合剂,可与Sr2+生成稳定的络合物,影响晶体的生长速度,降低了溶液的过饱和度,进而改变晶体形貌。同时,在添加 ED TA后,其在SrCO3晶体表面进行了选择性吸附,影响部分晶面生长,改变了晶体的生长习性,使晶体由中心向外生长,晶体两端面粗糙,表面自由能高,生长较快,晶面由小到大向外平行移动,使SrCO3生长成为束状。而淀粉在SrCO3晶体表面的吸附不具有选择性,所以加入一定量的淀粉后所得晶体为近似于球形的花状。因此,晶体的形状和粒度是晶形改变剂与晶体生长习性共同作用的结果,通过络合作用控制反应的过饱和度也是影响晶体形貌的因素之一。

4 结论

以氯化锶、尿素、氢氧化钠、EDTA和淀粉为原料,通过络合与均相沉淀法成功合成了束状和花状碳酸锶晶体。实验中 ED TA和淀粉对碳酸锶晶体的生长有着显著影响。所得产品为分散性较好的碳酸锶亚微米级多晶。

[1] 张明轩,霍冀川,刘树信等.不同形貌超细碳酸锶粒子制备研究进展[J].化工新型材料,2006,34(11):5-10.

[2] 曹怡,王海滨.碳酸锶粒子的形貌研究控制[J].无机盐工业,2008,40(11):18-20.

[3] 周玉新,张娟,李哲伦等.撞击流反应-沉淀法制备纳米碳酸锶[J].化工矿物与加工,2008,(7):4-7.

[4] S.Z.Li,H.Zhang,J.Xu,et al.Hydrothermal synthesis of flower-like SrCO3 nanostructures[J].Mater.Lett., 2005(59),420-422.

Syn thesis of SrCO3with New Shape

LIUWei-ming1,2,BAIGuo-ying1,LIChun-meia1,GU Ning1

(1.College of Chemistry and M aterial Sciences,Heibei N ormal University,Shijiazhuang,050016,China;2.Laser Chemistry Institute&Department of Chem istry,Fudan University,Shanghai,200433,China)

Fasciculate and flower-like strontium carbonate is successfully synthesized by a simp le comp lexing reaction and homogeneous p recipitation method w ith the raw materials,such sa strontium chloride,urea,sodium hydroxide,starch and ethylenediamineteraacetic acid disodium salt.The samp le of p roduct was analyzed by X-ray pow der diffraction,scanning electron microscopy and the infrared. This research reveals that ethylenediamineterraacetic acid disodium salt and starch p lay impo rtant roles in determ ining the final p roduc mo rphology and can fo rm submicron fasciculate and flow er-like particles,w hich has better dispersion p roperty and higher purity.

Strontium carbonate;Fasciculation;Homogeneous Precipitation;EDTA

O741

:A

1001-9383(2010)03-0013-03

2010-08-16

河北师范大学科研基金(L2007Y04)

刘伟明(1985-),男,硕士,主要研究方向:物理化学。

李春梅,副教授,Email:lcm55@163.com