不同氢氧化钠浓度对钛酸钙粒径的影响

贾胜利， 高淑娟

(吕梁学院化学化工系，山西 离石 033000)

不同氢氧化钠浓度对钛酸钙粒径的影响

贾胜利， 高淑娟

(吕梁学院化学化工系，山西 离石 033000)

以较为简便的一步水热法为基本制备方法，以无水Ca(NO3)2、TiCl4和NaOH为原料，成功地合成了CaTiO3晶体粉末，同时利用激光粒度分析仪等表征手段对产物的微结构和形貌进行了表征，并讨论了不同NaOH的初始浓度对CaTiO3粒径的影响。结果表明，100℃下即可水热合成纯相的CaTiO3晶体，选取水热反应温度为200℃、反应时间为6 h、NaOH初始浓度为2.0 mol/L时，获得的CaTiO3粉体结晶性好，晶粒近似立方体形状，尺寸分布均匀，平均粒径约1.0 μm。

钛酸钙;水热法;NaOH的浓度;粒度分析

引言

钙钛矿(perovskite)的形状一般为立方体或八面体，具有光泽，颜色从浅色到棕色不等，有毒，富集在碱性岩或蚀变的辉石岩中，可用于提炼钛、铌和稀土元素［1－7］。CaTiO3作为一种最基本的钙钛矿结构材料，用途非常广泛。因其具有较高的介电系数和负温度系数，是近年来开发用作电子陶瓷材料的精细化工产品，被广泛用于制作中高压陶瓷电容器和PTC热敏电阻等电子元件［8］。CaTiO3具有很好的生物相容性，作为生物材料可以促进细胞附着、增生和快速分化。CaTiO3在紫外光照射下对亚甲基蓝具有较高的光催化率［9］，在光催化方面具有一定的应用潜力［10］。为了更好地了解CaTiO3化合物的结构、性质乃至指导应用，人们对其形貌也给予了极大的关注。可控合成具有不同微纳米结构的CaTiO3颗粒，研究其形貌和尺寸相关的性能将是一项很有意义的工作。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

实验试剂:0.5 mol/L Ca(NO3)2溶液，0.1 mol/L～0.6 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L、2.0 mol/L、3.0 mol/L的NaOH溶液，广州化学试剂厂;TiCl4、无水乙醇、0.3 mol/L的盐酸溶液，天津市化学试剂厂。所有试剂均为分析纯。

实验仪器:BS124S电子天平，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;50 mL高压反应釜;Dragon手动可调式移液枪(100 μL～1 000 μL)，京君龙实验仪器(北京)有限公司;ZKF030电热真空干燥箱，上海实验仪器厂有限公司;HJ－6六联磁力加热搅拌器，金坛市华峰仪器有限公司;SHB－Ⅲ循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司;激光粒度分析仪，型号HYL－1076，丹东市恒宇仪器有限公司。

1.2 实验方法

1)TiCl4盐酸溶液的配制

第1步，定容250 mL浓度为0.3 mol/L的盐酸溶液。

第2步，用上述0.3 mol/L盐酸溶液溶解6.25 mL TiCl4，稀释并定容成 250 mL溶液，即为浓度为0.5 mol/L的TiCl4的盐酸溶液。

2)Ca(NO3)2溶液的配制

用电子天平称取8.200 0 g固体Ca(NO3)2于烧杯中，用蒸馏水溶解，稀释，定容到100 mL的容量瓶中，即为浓度为0.5 mol/L的Ca(NO3)2溶液。

3)CaTiO3的制备

用移液枪分别移取2 mL 0.5mol/L Ca(NO3)2和2 mL 0.5mol/L TiCl4的盐酸溶液到内衬四氟乙烯的高压反应釜中，再缓慢加入30 mL一定浓度的NaOH溶液，磁力搅拌10 min，装釜、封釜，密闭后升温反应一定时间。反应完成后，抽滤所得样品，并依次经甲酸、无水乙醇及二次水洗涤，洗涤次数均为5次，并于60℃真空干燥，即得CaTiO3白色粉末。

实验中保持水热反应温度200℃、反应时间6 h不变，改变以下反应条件以考察影响产物形成的因素:不同的 NaOH浓度，分别为 0.1 mol/L～0.6 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L、2.0 mol/L、3.0 mol/L。

2 结果与讨论

在水热合成中，影响晶体生长的因素很多，如温度、时间、矿化剂的浓度等，不同的反应条件，可以调整产物的物相和微观结构。本实验主要研究矿物质NaOH的浓度对产物的影响。

在水热反应中，OH－在CaTiO3的结晶过程中起了相当重要的作用［11］。NaOH的初始浓度有一个临界点，在这个临界点附近有一个最佳的生长环境。

图1～图8和第22页图9、图10为保持反应温度200℃、反应时间6 h不变，不同NaOH初始浓度时CaTiO3产物的粒度分析体积分布图。

图1 0.1 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

图2 0.2 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

图3 0.3 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

图4 0.4 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

图5 0.5 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

图6 0.6 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

图7 1.0 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

图8 1.5 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

图9 2.0 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

图10 3.0 mol/L NaOH作用下钛酸钙的粒径分布图

由图1～图10可以看出，NaOH的浓度是影响反应过程中物相的重要因素。图1～图3的粒径范围分布不均匀，跨度较大，可能是因为NaOH的初始浓度较低、OH－浓度较低的缘故，反应不完全。随着反应浓度的提高，加快了CaTiO3颗粒的形成，当NaOH的浓度达到2.0 mol/L时，在粒径为1 μm处，波峰较为尖锐集中，粒径分布范围较窄，合成粉体的平均粒径约为1 μm，合成粉体的粒径的均匀性提高，反应合成的CaTiO3粉体粒径范围均匀，反应比较完全;当NaOH的初始浓度达到3.0 mol/L时，粒径大小变得不再均匀，这可能是由于较高的OH－浓度对于反应物浓度影响较小所致。表1为不同NaOH初始浓度时CaTiO3的粒度参数。

表1 不同NaOH初始浓度时CaTiO3的粒度参数

由表1再结合体积分布图可以看出，当浓度较小时，产物的跨度较大，粒径分布不均匀;浓度较大时，产物跨度较小，中位径比较低。综上分析可得，浓度为2.0 mol/L时，得到的产物粒径分布范围较窄，且峰型较窄、较尖锐，均匀性和分散性都比较好。所以，制备钛酸钙的最佳NaOH初始反应浓度为2.0 mol/L。

3 结语

通过本课题的研究探讨，可以得到:1)以Ca(NO3)2、TiCl4和NaOH为原料，一步水热法制备CaTiO3的最佳条件为，NaOH初始浓度2.0 mol/L，反应温度200℃，反应时间6 h。2)通过粒度分析确定了最佳反应浓度。

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The effect of different concentration of NaOH on the particle size of calcium titanate

JIA Shengli，GAO Shujuan

(Department of Chemistry and Chemical Engineering，Lyuliang College，Lishi Shanxi 033000，China)

Calcium titanate(CaTiO3)is one of compounds of perovskite oxide.It is widely apply in the field of optics，electronics，biology and so on.As a significance functional materias，it has an important role in basic research and practical application.For the first，calcium nitrate anhydrous solution and hydrochloric acid solution of titanium tetrachloride by the molar ratio of 1∶1 mix，then slowly added 2 mol/L of sodium hydroxide solution，after mixing into the reactor lined with tetrafluoroethylene，placed in a thermostat at 200℃ different reaction times.The resulting products were suction filtered and then washed with ethanol and distilled water in order，and the drying temperature is 60℃ for 12 h.Secondly，the effects of different initial concentration of NaOH were investigated.The calcium titanate was well crystallized with cubic when the initial concentration of NaOH was added.The size distribution is uniform.The particle size of product is about 1 μm.

calcium titanate;hydrothermal method;the concentration of NaOH;particle size analysis

O614.23+3

A

1004－7050(2016)06－0020－03

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.06

2016－11－07

贾胜利，男，1987年出生，2011年毕业于中北大学，工学学士，助教。研究方向:无机材料的制备与性能改性。