一种轻质中空碳酸锶微球的制备方法

本发明属于化工材料技术领域，具体涉及一种轻质中空碳酸锶微球的制备方法。

背景技术：

碳酸锶是21世纪发展起来的新型超细固体材料，常用作降速剂，由于国外技术封锁等原因，降速剂的相关研究报道较少，特别是对既能降低燃速又能降低压强指数的碳酸锶降速剂的研究更少。超细碳酸锶具有粒径可控、表面积大、催化活性位点多等优点，可以更好地抑制ap的分解，从而降低推进剂的燃速，在ap固体推进剂中起着至关重要的作用。

专利cn201410298981.2公开了一种球形纳米碳酸锶及其制备方法，采用可溶性锶盐溶液加入形貌剂，在超声反应器中通入co2进行反应获得碳酸锶的方法。该方法得到的得球形碳酸锶单体粒径在80~200nm。专利cn201510291818.8公开了一种球形碳酸锶制备方法，采用氢氧化锶水溶液加入复合形貌剂形成混合体系，再加入碳化剂在气-液反应器中进行反应获得碳酸锶的方法，该方法提高产率，降低成本，其微观形貌为平均粒径不超过1μm的球形碳酸锶。专利cn201710844207.0公开了一种碳酸锶花球的制备方法，利用水热法获得尺寸分布均一的碳酸锶花球。该方法操作简单、重复性好，有望应用于光催化反应。专利cn201710243017.3公开了一种中空米粒状碳酸锶的制备方法，该制备方法不使用任何晶形控制剂，直接采用氢氧化锶溶液和二氧化碳通过简单的碳化反应合成中空米粒状碳酸锶。该方法得到得碳酸锶长度为3~6μm，直径为0.5~1μm，由于具有中空结构，可以作为载体，负载其他物质，具有应用前景。

目前，国内外碳酸锶制备大多采用不同的方法并调节反应条件或者添加晶形控制剂的方式来控制碳酸锶的粒度和形貌，但仍处于研究阶段。因此，寻求新的制备方法和工艺流程制备碳酸锶具有较大的意义。

技术实现要素：

本发明克服现有技术的不足，提供一种轻质中空碳酸锶微球的制备方法即复合软模板反应控制沉淀法，制备得到的轻质中空碳酸锶微球的具有分散性好、高度轻质且形貌可控，且符合绿色化学理念、易于工业化生产的优点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种轻质中空碳酸锶微球的制备方法，采用复合软模板反应控制沉淀法，将聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和十二烷基苯磺酸钠(sdbs)作为复合模板剂，原位控制生长法制备具有中空结构的球形碳酸锶材料，具体包括以下步骤：

(1)配制srcl2和pvp的混合溶液a，配制nh4hco3和pvp的混合溶液b；

(2)配制sdbs水溶液，将混合溶液a缓慢滴加到sdbs水溶液中进行反应，持续搅拌3h，再将混合溶液b缓慢滴加于上述反应液中，搅拌至生成白色胶体溶液；

(3)将步骤（2）所得反应产物静置24h，经离心沉淀、洗涤、干燥、煅烧，即可得到轻质中空碳酸锶微球。

进一步的，步骤（1）中srcl2溶液、nh4hco3溶液的浓度均为0.1-0.3mol/l，pvp的总用量与混合溶液a和混合溶液b的总体积比为为0.2-0.8g：300ml，所述混合溶液a与混合溶液b的体积比为1:2。

进一步的，步骤（2）中sdbs水溶液的浓度为0.08-0.14mol/l，所述sdbs水溶液与混合溶液a和混合溶液b体积之和的比为1:3。

进一步的，步骤(2)中加入混合溶液b后反应过程中恒温温度40-70℃，并保持搅拌7小时。

进一步的，步骤(2)中使用蠕动泵进行缓慢滴加，蠕动泵工作范围20-40rpm。

进一步的，步骤(3)中采用去离子水和无水乙醇作为洗涤剂，并且分别洗涤3次。

进一步的，步骤(3)中将沉淀先在真空干燥箱中50-90℃干燥4~6h，后在马弗炉的煅烧350℃煅烧4-6h。

进一步的，所制备的轻质中空碳酸锶微球的形貌为球形或近似于球形的中空结构单体，其粒径在1~3μm。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述的复合软膜板反应控制沉淀法是以分析纯的srcl2·6h2o和nh4hco3为原料，以pvp和sdbs为复合模板剂，在液相反应过程中以蠕动泵控制滴加速度，能够制备出高品质的轻质中空碳酸锶微球。

(2)本发明所述的复合软膜板反应控制沉淀法是一种绿色安全、环境友好、重复性高的方法。并且该方法对实验制备条件要求不苛刻，实验中使用的所有药品价格也较低，有望实现碳酸锶的工业化生产。

(3)本发明的复合软膜板反应控制沉淀法制备出的轻质中空碳酸锶微球，具有分散性好、形貌可控、密度低、比表面积大、稳定性好、高纯度的优点。

附图说明

图1为实施案例1轻质中空碳酸锶微球的sem图之一。

图2为实施案例1轻质中空碳酸锶微球的sem图之二。

图3为实施案例1轻质中空碳酸锶微球的tem图。

图4为实施案例1轻质中空碳酸锶微球的xrd图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

准确配制浓度为0.1mol/l的100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液和100mlsdbs溶液。再称取0.4gpvp，在磁力搅拌条件下，分别与100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液混合，配制成a溶液和b溶液。并且在磁力搅拌条件下，使用转速为20rpm蠕动泵将a液缓慢滴加到100mlsdbs溶液中混合，整个滴加时间为90min，再持续搅拌3h。然后将混合后的溶液倒入1000ml的三口烧瓶中，并置于恒温温度为50℃的df-101s型集热式恒温加热磁力搅拌器上。然后使用转速为20rpm蠕动泵将b溶液缓慢滴加到三口烧瓶中，整个滴加过程持续3h。反应结束后，再持续搅拌4h，然后将反应产物静置24h后离心沉淀，将沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后将沉淀放到真空干燥箱中，在50℃下干燥6小时。最后，将干燥好的产物放入箱式电阻炉中350℃煅烧4h，收集样品备用。

采用x-射线衍射仪（xrd）、场发射扫描电镜（sem）、透射电镜（tem）对实施例1制备的样品进行形貌、尺寸进行表征，见图1～4，制备的样品xrd衍射峰与标准谱图峰位一致，且具有规整的形貌，尺寸均一。

实施例2

准确配制浓度为0.1mol/l的100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液和100ml，0.08mol/l的100mlsdbs溶液。再称取0.4gpvp，在磁力搅拌条件下，分别与100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液混合，配制成a溶液和b溶液。并且在磁力搅拌条件下，使用转速为20rpm蠕动泵将a液缓慢滴加到100mlsdbs溶液中混合，整个滴加时间为90min，再持续搅拌3h。然后将混合后的溶液倒入1000ml的三口烧瓶中，并置于恒温温度为60℃的df-101s型集热式恒温加热磁力搅拌器上。然后使用转速为20rpm蠕动泵将b溶液缓慢滴加到三口烧瓶中，整个滴加过程持续3h。反应结束后，再持续搅拌4h，然后将反应产物静置24h后离心沉淀，将沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后将沉淀放到真空干燥箱中，在50℃下干燥6小时。最后，将干燥好的产物放入箱式电阻炉中350℃煅烧4h，收集样品备用。

实施例3

准确配制浓度为0.1mol/l的100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液和100mlsdbs溶液。再称取0.6gpvp，在磁力搅拌条件下，分别与100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液混合，配制成a溶液和b溶液。并且在磁力搅拌条件下，使用转速为20rpm蠕动泵将a液缓慢滴加到100mlsdbs溶液中混合，整个滴加时间为90min，再持续搅拌3h。然后将混合后的溶液倒入1000ml的三口烧瓶中，并置于恒温温度为40℃的df-101s型集热式恒温加热磁力搅拌器上。然后使用转速为20rpm蠕动泵将b溶液缓慢滴加到三口烧瓶中，整个滴加过程持续3h。反应结束后，再持续搅拌4h，然后将反应产物静置24h后离心沉淀，将沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后将沉淀放到真空干燥箱中，在50℃下干燥6小时。最后，将干燥好的产物放入箱式电阻炉中350℃煅烧4h，收集样品备用。

实施例4

准确配制浓度为0.3mol/l的100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液和100mlsdbs溶液。再称取0.8gpvp，在磁力搅拌条件下，分别与100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液混合，配制成a溶液和b溶液。并且在磁力搅拌条件下，使用转速为20rpm蠕动泵将a液缓慢滴加到100mlsdbs溶液中混合，整个滴加时间为90min，再持续搅拌3h。然后将混合后的溶液倒入1000ml的三口烧瓶中，并置于恒温温度为70℃的df-101s型集热式恒温加热磁力搅拌器上。然后使用转速为20rpm蠕动泵将b溶液缓慢滴加到三口烧瓶中，整个滴加过程持续3h。反应结束后，再持续搅拌4h，然后将反应产物静置24h后离心沉淀，将沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后将沉淀放到真空干燥箱中，在50℃下干燥6小时。最后，将干燥好的产物放入箱式电阻炉中350℃煅烧4h，收集样品备用。

实施例5

准确配制浓度为0.2mol/l的100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液和0.12mol/l的100mlsdbs溶液。再称取0.4gpvp，在磁力搅拌条件下，分别与100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液混合，配制成a溶液和b溶液。并且在磁力搅拌条件下，使用转速为20rpm蠕动泵将a液缓慢滴加到100mlsdbs溶液中混合，整个滴加时间为90min，再持续搅拌3h。然后将混合后的溶液倒入1000ml的三口烧瓶中，并置于恒温温度为60℃的df-101s型集热式恒温加热磁力搅拌器上。然后使用转速为20rpm蠕动泵将b溶液缓慢滴加到三口烧瓶中，整个滴加过程持续3h。反应结束后，再持续搅拌4h，然后将反应产物静置24h后离心沉淀，将沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后将沉淀放到真空干燥箱中，在50℃下干燥6小时。最后，将干燥好的产物放入箱式电阻炉中350℃煅烧4h，收集样品备用。

实施例6

准确配制浓度为0.1mol/l的100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液和0.14mol/l的100mlsdbs溶液。再称取0.4gpvp，在磁力搅拌条件下，分别与100mlsrcl2溶液、200mlnh4hco3溶液混合，配制成a溶液和b溶液。并且在磁力搅拌条件下，使用转速为20rpm蠕动泵将a液缓慢滴加到100mlsdbs溶液中混合，整个滴加时间为90min，再持续搅拌3h。然后将混合后的溶液倒入1000ml的三口烧瓶中，并置于恒温温度为50℃的df-101s型集热式恒温加热磁力搅拌器上。然后使用转速为20rpm蠕动泵将b溶液缓慢滴加到三口烧瓶中，整个滴加过程持续3h。反应结束后，再持续搅拌4h，然后将反应产物静置24h后离心沉淀，将沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后将沉淀放到真空干燥箱中，在50℃下干燥6小时。最后，将干燥好的产物放入箱式电阻炉中350℃煅烧4h，收集样品备用。