软模板法制备超细钨酸铅
第27卷第6期2010年6月28同
计算机与应用化学
ComputersandAppliedChemistry
、,01.27.No.6June.2010
软模板法制备超细钨酸铅
杜利成p,周元林2,宋开平2
(1.西南科技大学分析测试中心,四川,绵阳,621010:
2.西南科技大学材料学院,四川,绵阳,621010)
摘要:钨酸铅集中了钨和铅的抗辐射特性,制造粒径超细的钨酸铅以提高其防辐射的能力很有特色。钨酸铅的粒度大小直接影响它对放射性物质的防护能力,粒度越小分散越均匀的钨酸铅,防护能力越好。软摸板合成法研究超细PbW04的制备,严格的实验条件,是保证获得超细、均匀的钨酸铅的重要途径,优于其他物理和化学制备方法。以表面活性剂作软摸板,用S.60为水体系的W/O微乳液区成功地合成了超细Pbw04。实验结果证明,以S-60为分散剂的软摸板制备的超细PbW04,粒度分布均匀,采用正交实验法创造最佳实验条件:以S-60为表面活性剂,分散剂浓度为稀释30倍,溶液pH值为9,反应物浓度为0.01mol/L,搅拌速率1
300rpm,Pb(Ach溶液缓慢滴加到Na2W04溶液中,得到超细的目标产物,用于防辐射的填料。
关键词:软模板法;钨酸铅;粒度中图分类号:V512.3
文献标识码:A
文章编号:1001-4160(2010)06-739.742
.
1
引言
核能具有清洁卫生安全,环境污染小等特点,和平利
扯断伸长率为5000/一700%t10】。增大填料的比例可提高产品的防辐射能力,但力学性能更差,且乳胶的悬浮稳定
性也难以控制,极易沉淀。Pbw04作填充料可大大提高
产品的防辐射能力【l¨。
钨酸铅的粒度大小直接影响它对放射性物质的防护能力,填充至器具中,粒度越小的钨酸铅分散越均匀,防护能力越好。因此在制造钨酸铅时应尽力制造出最细的钨酸铅【l引。而研究适当的合成方法,严格控制工艺
用核能是当今世界能源利用的重要发展方向。但核电站及和平利用核能的各种设施、设备的运行会产生大量的
高、中、低能量的放射线。对这些具有危害性的放射线
必须有效的防护,因而需要各种形式、规格的防护产品。钨酸铅作为它们的填充料需求也相应加大[14】。
总结世界各国防辐射材料研究现况,有如下特点:防辐射材料研究所涉范围广【4】,研究辐射防护包括人类所面临的各种辐射:中子辐射、^,射线辐射、电磁波辐射、激光辐射、红外线辐射、紫外线辐射、Gt、B射线辐射和宇宙射线辐射,其中又以对中子辐射、Y射线辐射、电磁
条件,是保证获得超细、粒径均匀的钨酸铅的重要途
径【l}14】。也正是本研究的目的。
2实验部分
2.1主要仪器与试剂
表1实验丰要仪器及设备
Table1
Main
test
波辐射和激光辐射的研究最岁洲。防辐射材料研究的针
对性越来越强,由于各种辐射有各自的特点,还不能找到一种适合防护各种辐射的材料,只能开展有针对性的
instrumentsandequipments
研烈71。
过去各种防辐射材料的生产通常用PbO作填料l引,
以制成对Y射线有一定防护能力的手套、衣、帽等,但
精密试纸
precisionpaper
1~5.4
上海试纸三厂
Shanghai
ReagentFactory
激光粒度分析仪
laserparticlesizeanalyzer
MS-2000英围马尔文公司
BritiseCompaniesMalvein
PbO易从该类产品中迁移出来,对人和环境造成危害。为.改进产品性能,现在国内外大多都是以W03代替PbO,
制成乳胶制品【9l,但这种手套、衣、帽对1,射线的防护能力很低,如对59.5KeV7y射线的屏蔽率,一般在8~ll%
HC.TPl1饥yr.CT天平HC-TPll上海麦聚瑞电子仪器有限公司HC—TPl1/JPT-CTbalance
ShaJlghaiRuiHaiMai-onElectronicDevicesLtd
GSl2-B
恒速搅拌机
constant
E海安亭电子仪器厂
ShanghaiAntingInstrumentFactory
Electronic
speednlixer
左右,同时力学性能较差,其抗拉强度仅(4--6)MPa,
收稿日期:2009.07.06;修回日期:2009—12.17
基金项目:国防科.I:委资助课题:高性能射线防护材料研制(编号:JPPT-115-2.1081).作者简介:杜利成(19“一),男,IⅡt)II・绵阳,硕士,副教授.联系人:杜利成
740
计算机与应用化学
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表2主要试剂
Table2
Main
reagent.
原料名称
分子式
纯度
来源
rawmaterialname
molecularformula
purenesssources
钨酸钠
Na2W0499%
天津试剂厂
tungstatesodium
ReagentFactory
ofTianjin醋酸铅PreAch
98%
天津试剂厂
leadacetate
ReagentFactory
表3辅助试剂
Table3
Assistedreagent.
2.2实验过程
2.2.1
实验方法
为了探索最佳实验方案,采用正交实验法。配好浓
度分别为O.1mol/L,0.05mol/L,O.01mol/L的Pb(AC)2
和Na2W04溶液。另将表面活性剂配制成10%溶液,三
乙醇胺5%将配好的Na2W04倒入反应容器中开动搅拌
器,然后滴加少量的分散剂使之形成软模板后,加入适
量的助剂调节pH值,再漫漫滴加Pb(AC)2溶液,使之
充分反应,等待几分钟关掉搅拌器。取下容器静止一段时间,最后测量产物粒度。
影响钨酸铅粒度的因素很多,其中有分散剂类型,
现搅拌速度越快粒度就越小,于是实验选择较大转速。2.2.2试剂加入顺序
先在试管中加入Na2WO。溶液,表面活性剂,助剂,振荡均匀,后加入Pb(AC):振荡,
再在另一试管中加入
荡,2次实验试剂浓度、体积、pH值等条件均一致。观察两试管内生成物的沉降速度和沉降物的大小,发现先加入Na2WO。溶液的试管产物粒度明显小于另一支,因此,以后只做先加Pb(AC)2后加Na2W04溶液的实验。通过上面实验,再做1次性加入Pb(AC)2和慢慢滴加入Na2WO。的实验,从产物粒度比较看缓慢滴加粒度
小,因此后面实验也只用滴加的办法。
3结果与讨论
3.1条件实验
3.1.1表面活性剂的种类对产物平均粒径的影响
用不同的表面活性剂,但浓度均为O.05mol/L,pH=
9,搅拌速率为1300rpm的条件下,所得到的钨酸铅粉
末平均粒度如下表。
表4表面活性剂对产物粒度的影响
Table4Effectofsurfactant
orion
granularityofproduct.
可见,使钨酸铅的粒度最小的表面活性剂是S.60,它显然优于干烙素和阳离子表面活性剂。因此选S.60做为表面活性剂最佳。
3.1.2表面活性剂浓度对产物平均粒径的影响
浓度方面选取3种,O.01mol/L,0.05mol/L,0.1mol/L
从稀到浓,适当的浓度梯度可以明确它与粒度的关系。在pH--9的条件下,所得到产物的平均粒度如下。
表5
S.60浓度对产物粒度的影响
Table5
EffectofS一60concentration
on
granularityofproduct.
可见,表面活性剂的浓度对产物平均粒径的影响比较明显,其中S.60的最佳浓度为0.05mol/L,产物的平
均粒径最小。
3.1.3溶液pH值对产物平均粒径的影响
在其他条件相同的情况下,观察pH值对粒度的影响。表6是以s.60为表面活性剂,浓度为O.05mol/L的条件下得到产物的平均粒径情况。
表6
pH值对产物粒度的影响
Table6
EffectofpH
011
granularityofproduct.
可见,随着pH的增大钨酸铅的粒度先减小,后增大,
当pH为9~10时,粒径较小。因此pH值选择9-10,
可以得到较小的粒度。
3.1.4搅拌速率对产物平均粒径的影响
用不同的搅拌速度,以S.60为表面活性剂,浓
mol/L,pH=9条件下,所得产物的平均粒径见
pH值、浓度、搅拌速度和表面活性剂用量等。作者还发
Pb(AC)2溶液后加入Na2W04与表面活性剂的混合液,振
2.2.3试剂的加入方式
表7。
度0.05
—,‰裟㈣。蜘器杜利成,等:软模板法制备超细钨酸铅
表7不同搅拌转速得到产物的粒度
Table7
Granulatityofproductunderdifferentblendspeed.
I100
1
741
一系列不同条件的实验,证明影响产物钨酸铅平均粒径的主要因素和水平见表lO。
,,毪拌转孽800
111盟!P!!型虫磐平均粒度/um..,
average
2001300
表9不同搅拌时间得到的产物粒度
1.025
0.830
0.712
0.750
Table9
Granularityofproductundertheconditionof
differentblendingtime.
granulanW/um
可见搅拌转速的增加,钨酸铅颗粒的平均粒径减小。由于试验条件所限,最高转速只能到达l
300rpm。有研
。蒜翟‰
s。曲-h
2h,n
究p1指出,当转速过快,反而会使得粒度变大。由于试验条件所限,本文不便讨论。
3.1.5温度对产物平均粒径的影响
以S一60为表面活性剂,溶液浓度为0.05mol/L,观察沉降速率见表8。
表8不同温度下的沉降速率
Table8
Sedimentationspeedunderdifferenttemperature
表10因素水平表
1'able
l
0Factorsandlevels.
实验表明:乃>五>r3>T4。20"C和25"C沉降速度基本一致,超过40。C以后,生成的粒度就相当大了。因此温
3.2正交实验结果的分析
表11的分析:
(1)级差R越大,表示此因素改变时对指标的影响越大,这个因素影响显著。所以,影响因素大小的排序
度在20℃左右是比较理想的选择。3.1.6搅拌时间对产物平均粒径的影响
以S.60为活性剂,浓度为0.05mol/L,观察沉降速率见表9。
实验证明:乃>乃>乃>兀,当搅拌时间超过3小时后r的变化不明显。因此我们选择搅拌时间至少为2小时。
钨酸铅平均粒径大小的主要影响因素和水平,通过
表1
Table
1
1
为:A—C—B—D。即:表面活性剂浓度(稀释倍数)--・pH一浓度一搅拌速度。
(2)均值K越小,表示向粒径变小越有利。因而较优水平应为:AKl,BKl,CK2,DK3,即,表面活性剂稀释30倍,浓度O.01mol/L,pH---9,搅拌转速l300rpm。
正交实验结果直观分析表
1
Tableofonhogonalexperimentresultsintuitiveanalysis.
因素factors
编号
serialnumber
和s活urt≤ac淼tant
平均粒度/um
(1lutiontimes)
……………r…一7
.j’…1.
一
搅拌转速
blendingspeed/rpm
average
granularity/tan
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计算机与应用化学
2010,27(6)
ZhaiChau,LaiXi.Nanoa-A1203powders.OrdnanceSinica,2008,
4结论
以S.60为表面活性剂的微乳液体系,制备出超细粒度的钨酸铅分布均匀。采用正交试验得出最佳试验条件
为:稀释30倍的S.60为分散剂,浓度为O.01moFL,pH值为9,搅拌速度为l300rmp时,得到平均粒径较小的PbW04产物。通过以上研究,结论如下:
29(121:1458—1461.9l。
inthe
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(1)pH值对粒度影响较大。以pH--9为分界,从1-9,
生成的钨酸铅粒度逐渐减小,9以上,颗粒反而增大。
r21表面活性剂应在反应前加入,使反应物被表面活性剂充分包裹而形成胶团,从而使生成物粒度最小。
”
ofTechnologyMaterSciEd,Sept,2006,3(21):57-60.
一
w’ZhouTL,QiaoQc,eta1.Ex—perimentalstudyofYang
wastewatertreatmentofreactivedyebyphys—chemistrymethod.
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Mining&Technology,2007.
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(3)随着表面活性剂浓度的增加,产品粒度减小。但
加入量超稀释30倍,粒度又增大。
(4)提高搅拌器的转速,钨酸铅的粒度越小。(5)反应物浓度愈低,生成钨酸铅粒度就愈小,但浓
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Sensingtechnology
Synthesisofultra—finePbW04bysofttemplatemethod
DuLichengr,ZouYuanlin2andSongKaipin92
(1.AnalysisandTestingCenter,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang,621010,Sichuan,China;2.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang,621010,
Sichuan。China)
Abstract:Leadttmgstatecombinestheanti—radiationpropertieoftungstenandlead.andmanufacturingultra.finegranularitylcadtungstatetoenhanceitscapacitytoradiationisquitedistinctive.Thegrainsizeoflcadtungstatehasdirectimpactontheabilltyofitsprotectionfromradioactivematerials,withsmallerthegrainsizeandmoreuniformdispersionofleadtungstate,thebetterprotective
PbW0mRigorousexperiment
conditionsaresettledtoensureaccesstoultra-fine.homogeneouslcadtungstateproductbeaerthanotherphysicalandchemicalpreparationmethods.Thesurface—activeagentforthesofttemplate.withtheS.60forthewatersystemW/Omieroemulsionzone
abilityitgoing
to
be.In
thispaper,soft-templatesynthesiswasintroduced
to
prepareultra-fine
SUCCESSfullysynthesizedultra.fineconditions:theS.60
PbWOd.Resultsshowthatdispersing
agent
PbW04withuniformgranul州tydistribution.Whileusingorthogonal
as
S.60inthesofttemplatemethodproducedultra・fineexperimentalmethodtocreatethebestexperimental
reactant
surfactantdispersantindiluted30timesconcentration.pH=9,theconcentrationof
was0.0lm01/L,
stirringspeedatl300rpm
and
slowlyadddropsofNa2W04solutionintoPb(Ac)2solution.Thentheproductofultra-freeproduct
fortheanti—radiationprotectionfillerhasbeenmade.Keywords:soft-templatemethod,PbW04,granularity
(Received:2009-07-06;Revised:2009・12・17)
软模板法制备超细钨酸铅
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
杜利成, 周元林, 宋开平, Du Licheng, Zou Yuanlin, Song Kaiping
杜利成,Du Licheng(西南科技大学分析测试中心,四川,绵阳,621010), 周元林,宋开平,ZouYuanlin,Song Kaiping(西南科技大学材料学院,四川,绵阳,621010)计算机与应用化学
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