СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВОЛЬФРАМАТА СВИНЦА
METHOD FOR PRODUCING SUPERFINE NANOCRYSTALLINE LEAD TUNGSTATE

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.
4
Известен способ [патент CN №102923780 Method for preparing cubic ZnWO 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.
4
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ [патент CN на изобретение №101684003 Mass production method of nano-PbWO]. 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.
4
Задачей настоящего изобретения является разработка простого и эффективного способа, позволяющего получать высокодисперсный нанокристаллический порошок вольфрамата свинца PbWO в промышленных масштабах.
4
Техническим результатом изобретения является получение нанокристаллического PbWO, 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.
3
2
2
2
4
2
4
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(СНСОО)·3НО, 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 NaWO·2HO на его поверхность при его непрерывном перемешивании. В результате между ацетатом свинца и вольфраматом натрия идет химическая реакция с осаждением высокодисперсного нанокристаллического вольфрамата свинца PbWO.
4
4
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 PbWO, а наличие в маточном растворе значительного количества этанола или ацетона препятствует дальнейшему укрупнению нанокристаллического PbWO
4
4
Использование приведенных интервалов концентраций указанных исходных солей обусловлено тем, что использование более концентрированных растворов не приводит к образованию нанокристаллического PbWO, а использование более разбавленных растворов не позволяет получать значительно меньшие размеры частиц PbWO по сравнению с полученными при использовании приведенных интервалов концентраций, и приводит только к повышению расхода растворителей на осуществление способа.
4
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 PbWO, а большее содержание этанола или ацетона приводит к высокой неоднородности размеров частиц полученного продукта.
Предлагаемый способ может осуществляться следующим образом.
2
4
2
3
2
2
Для приготовления растворов реагентов используются вольфрамат натрия NaWO·2HO марки «ЧДА» ГОСТ 18289-78 (массовая доля основного вещества не менее 99,0%), ацетат свинца Pb(СНСОО)·3HO 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%.
4
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 PbWO. 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.
4
Полученный продукт представляет собой высокодисперсный нанокристаллический вольфрамат свинца PbWO, имеющий средний размер частиц 50 нм, и, кроме того, высокую степень однородности по размерам частиц.
4
Данное изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлена микрофотография структуры полученного высокодисперсного нанокристаллического PbWO, 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.