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硼酸锌的制备

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ColloidsandSurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects

312 (2008) 99–103

Insituandone-stepsynthesisofhydrophobiczincboratenanoplatelets

YumeiTian,YiHe,LianxiangYu,YanhuiDeng,YunhuiZheng,FangSun,ZhihuiLiu,ZichenWang∗

CollegeofChemistry,JilinUniversity,Changchun130012,ChinaReceived22March2007;receivedinrevisedform31May2007;accepted14June2007Available online 19 June 2007

AbstractThepolycrystallineandhydrophobiczincborate(Zn2B6O11·3H2O)nanoplateletswereinsitusuccessfullysynthesizedviaone-stepprecipitationreactioninaqueoussolutionofNa2B4O7·10H2OandZnSO4·7H2Owitholeicacidasthemodifyingagent.Themicrostructuresandmorphologyoftheas-obtainedsampleswerestudiedbyX-raydiffraction(XRD),scanningelectronmicroscopy(SEM)equippedwithanenergy-dispersiveX-rayspectrometer(EDS),transmissionelectronmicroscopy(TEM)andthermogravimetricanalysis(TGA).MeasurementsoftherelativewatercontactangleandtheactiveratioindicatedthatZn2B6O11·3H2Osampleswerehydrophobic.Ithadbeenfoundthattheas-preparedmaterialsdisplayednanoplateletmorphologywithaveragediameters100–500nmandthickness30±5nmandthemorphologyandsizeofthesampleswerecontrolledeffectively.© 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.Keywords:Zincborate;Nanoplatelets;Hydrophobe;Activeratio;Synthesis

1.Introduction

Zincboratehasbeenthesubjectofsignificantresearchforapplicationsincludingthepolymeradditivewhichservesasthecharpromoter,theflameretardantsynergist,thepreservativeinwoodcomposites,thesmokeandafterglowsuppressantduetoitsabilitytoundergoendothermicdehydrationinfirecon-ditions[1–4],andopticalproperties[5–8],andtheadditiveforlubrication[9].Previousworkaboutthesynthesisofzincborateincludedbyreactionsofzincsaltsandboratesaltsinhotwater(≥60◦C)orthroughtheethanolsupercriticalfluiddryingtechnique[10],andreactionofzincoxideandboricacid[11].Importantattributesofzincborateincluderelativelylowwatersolubilityandarelativelyhighdehydrationonsettemperature[12].Thelatterpropertypermitsprocessinginawiderangeofpolymersystem.Butzincborateparticlesarehardlydispersedinapolymermatrixsothattheypreventtheirusinginindustry.Tothebestofourknowledge,studiesofthepreparationofzincboratewithnanos-tructuresandthehydrophobicpropertieshavebeenrelativelyfew.Hereinwereporttheinsituandone-stepsynthesisofactive

∗Correspondingauthor.Tel.:+8643185155358;fax:+8643188499134.E-mailaddress:wangzc@mail.jlu.edu.cn(Z.Wang).zincboratenanoplatelets,whichrequiresneithersophisticatedtechniquesnorcatalysts.Surfacemodificationofzincboratewithhydrophobicpropertieswouldleadtoagreatexpansionofitsapplications.

2.Experimentalpart

2.1.Materials

AllreagentspurchasedfromBeijingChemicalsCo.Ltd.wereofanalyticalpurityandemployedwithoutanyfurthertreat-ments.Distilledwaterwasappliedforallsynthesisandtreatmentprocesses.

2.2.Synthesisofsamples

Inatypicalprocedure,a500mLthree-neckround-bottomedflaskequippedwithathermometer,refluxcondenser,andmechanicalstirrerwaschargedwith100mLof0.1moldm−3Na2B4O7·10H2Oaqueoussolution,20.0mLofabsoluteethanolandacertainamountofoleicacid(OA)heatedat70◦Cand10.0mLof2moldm−3ZnSO4·7H2Oaqueoussolutionwasaddeddropwisetothefirstsolutionwhilebeingstirredforaperiodofabout0.5h.Afteradditionwascomplete,themixture0927-7757/$–seefrontmatter© 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.doi:10.1016/j.colsurfa.2007.06.029100Y.Tianetal./ColloidsandSurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects 312 (2008) 99–103(pH<7.0)wascontinuouslyheatedforabout6.5h.Thefinalmixturewasthenfiltered,washedrepeatedlywithabsoluteethanolanddistilledwatertoremoveunreactedreactantsandby-products,anddriedintheovenat80◦Ctoobtainthefinalwhitezincboratepowders.

2.3.Characterizationofthesamples

Thestructureandcompositionofas-preparedcompositeswascharacterizedbyX-raypowerdiffraction(XRD)(SHIMADZUXRD-6000diffractometeremployingNi-filteredCuK␣radi-ation,atascanningrateof6◦/minwith2θrangingfrom20◦to45◦)andanenergy-dispersiveX-rayspectrometer(EDS)(JEOL-6700F,Hitachi)attachedtotheSEM,respectively.ThemorphologyandsizeofthesampleswereobservedusingaHitachiH-800transmissionelectronmicroscope(TEM),atanacceleratorvoltageof200kVandaHitachiscanningelec-tronmicroscope(SEM)withafield-emission-scanningelectronmicroscope(JEOL-6700F,20kV).ThesamplesusedforSEMandTEMcharacterizationweredispersedinabsoluteethanolandwereultrasonicatedbeforeobservation.Thermogravimetricanalysis(TGA)wascarriedoutusingaDTG-60Hanalyzer(SHIMAPZU).Testswereperformedwithabout10mgofsampleonaluminumcrucibleswiththeheatingratesof10◦C/minfrom50to500◦Cinairatmosphereandusingtabular␣-Al2O3asreferenceweightlosseswerecalculatedfromtheTGA.Theeffectofsurfacemodificationisevaluatedbytherela-tivewatercontactangleandfloatingtest.WatercontactangleofsamplewasmeasuredbyusingaFT˚A200(USA)contactangleanalyzer.Onflatsolidsurfaces,thewatercontactanglecanbecarriedoutthroughthesessiledroptechnique.Thepowdersam-plewasfirstpressedintoawaferunder10MPapressureandthenwasmeasuredbysessiledropmethod.Thismethodoffersatwo-foldadvantage,thatis,itrequiresaverysmallamountofliquidandascantsolidsurface.Thefloatingtestwasusedtomeasuretheratioofthefloatingproducttotheoverallweightofthesampleaftertheyweremixedinwaterandstirredvigorously[13].

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硼酸锌

硼酸锌

电缆料专用超细硼酸锌

1、 基本性质

硼酸锌的分子式为（2ZnO·3B2O3·3.5H2O），也称水合硼酸锌，分子量434.75。它是一种无毒、无味、无臭的白色粉末，相对密度2.67，熔点980oC，不溶于乙醇、正丁醇和丙酮，易溶于盐酸、硫酸和亚砜。折射率为1.58~1.59，在冷水中溶解性极低，在热水中可缓慢溶解形成含1%的溶液，在300oC下长时间加热，仅失去0.7的结晶水，加热至300oC以上时，失去全部结晶水。

2、 质量标准

氧化锌 37.5±1.5

氧化硼 48.0±1.5

水分% ≤1.0

筛余物（45um）% ≤1.0

3、 应用

硼酸锌是一种环保型的无机阻燃剂，具有抑烟、无毒、廉价等优点，应用非常普遍，常作为三氧化二锑的代用品。可广泛用于PVC、PBT、PET、PA、PP、PE、PPO等塑料中，在无卤阻燃EVA电缆料、PE、环氧树脂、丙烯酸酯和合成橡胶中，硼酸锌与氢氧化铝间也存在协效作用。在用作电缆料的含硅聚合物中，硼酸锌本身即可用作阻燃也作抑烟剂。硼酸锌的另一个特点是它对很多聚合物的强度、伸长率及热老化性能没什么影响。

4.包装及贮存：

25kg内衬塑料袋，外用编织袋，贮存于阴凉干燥处。

硼酸的制备方法

硼酸的制备方法

硼酸的制备方法

一、硼酸的制备方法

1、电解法

硼酸可以采用电解法制备。将碱性溶液中通过电解产生的氢气放入水，氢气与水发生反应，生成氢氧化钠和氢氧化硼，氢氧化硼溶于水中形成硼酸溶液。

2、热解法

将两种热解材料，即硼砂和醋酸，加入烧瓶中，点火加热，发生反应，产生氢氧化硼和醋酸钠：2H3BO3+6CH3COOH=3H2O+6CH3COONa+3B(OH)3.

热解后的氢氧化硼溶于水中形成硼酸溶液。

3、水解法

又称水解溴法，室温下，将硼酸钠溶于水中，加入少量溴水， pH<2时，发生水解反应生成硼酸根、溴和氢氧化钠：2NaH2BO3+2H2O→4NaOH+2H3BO3+Br2. 再将氢氧化硼溶于水中形成硼酸溶液。

4、氧化钠法

将氧化钠与硼砂混合，加入少量水搅拌均匀，即可反应生成硼酸钠：3Na2O+2B2O3+3H2O→2NaH2BO3+3NaOH. 再将硼酸钠溶于水中，形成硼酸溶液。

二、硼酸的后处理

硼酸的后处理通常包括净化、结晶、析出、干燥等工序，以确保所得产品质量符合要求。

1、净化

在制备硼酸中，硼酸溶液中含有杂质，如氢氧化钠、氢氧化钡等，可以采用定向沉淀法对溶液进行净化。 2、结晶

通常使用沸醇抽滤结晶或者沸反抽滤结晶的方法进行结晶处理，生成晶体硼酸。

3、析出

硼酸晶体可以通过热重密技术对晶体进行析出，将晶体中的其他不需要的元素去除。

4、干燥

最后将结晶的产物干燥，可以得到硼酸粉末或者硼酸颗粒，以供工业使用。

实验讲义——精选推荐

实验讲义——精选推荐

多金属氧酸H4SiMo12O40·nH2O催化剂合成及表征实验

一、实验目的

（1）学习多金属氧酸H4SiMo12O40·nH2O催化剂的合成原理以及应用该催化剂由苯

甲醛制备苯甲酸的实验方法；

（2）进一步熟悉和掌握溶剂萃取、重结晶以及熔点测量等基本操作

二、实验原理

杂多酸及其盐类作为新型催化材料,以其独特的酸性(即酸强度较均一纯B 酸) 、多功能性、反应场均一和“假液相”行为等特点,在催化领域受到高度关

注，尤其是在催化、医药、材料科学等领域作为开发新型高效催化剂方面发挥着

越来越重要的作用。

本实验将钼酸钠在高氯酸的作用下与硅酸钠反应制备多金属氧酸硅钼酸催化剂，并应用该催化剂以苯甲醛为原料催化制备苯甲醛。

反应方程式如下；

催化剂的合成： 12Na2MoO4 + Na2SiO3 + 26HClO4 = H4SiMo12O40 + 26NaCl + 11H2O+52O2

苯甲酸的催化合成实验：

C6H5CHO + H2O2 =====催化剂 C6H5COOH

三、主要仪器和药品

仪器：

四口烧瓶(250mL)；滴液漏斗；分液漏斗；搅拌器；表面皿

药品：

钼酸钠、硅酸钠、高氯酸、苯甲醛、乙醚、蒸馏水

四、实验步骤

1. H4SiMo12O40·nH2O多酸催化剂的合成

称取20gNa2Mo12O4溶于40ml热水（70℃，水浴）中，在搅拌下，加入Na2SiO3（0.7g），然后再滴加约15ml高氯酸（20min），控制PH约为2，在70℃，搅拌

反应1.5h。反应溶液逐渐变为黄色；将混合物置于分液漏斗中，加30ml乙醚，

下层油状物转移至另一分液漏斗中，加入水、浓HCl和乙醚萃取，共萃取2次（第

一次：16ml乙醚+8ml 6mol/l的HCl溶液；第二次：4ml 6mol/l的HCl溶液+16ml

水+醚合物1/2体积的乙醚）。黄色的醚合物转移到蒸发皿中，加少许硝酸和水（几

滴即可），搅拌几下，减压蒸馏出乙醚或待乙醚自然完全挥发后，得黄色十二硅

微乳液法

微乳液法

硼酸盐-锌盐法

3.5ZnSO4+3.5Na2B4O7+0.5ZnO+10H2O=2(2ZnO·3B2O3·3.5H2O)+3.5Na2SO4+2H3BO3

1 材料与方法

1.1 材料 甲苯（油相，简写作O）、十二烷基苯磺酸钠（表面活性剂S） 无水乙醇（助表面活性剂，简写作A）、氧化锌， 硫酸锌，集热式恒温加热磁力搅拌器。

1.2 实验方法

1.2.1 反相微乳的制备

把有机溶剂、表面活性剂、助表面活性剂混合为乳化体系，再加入水，体系会在某一瞬间变得透明（或有浮光），则形成纳米微乳，若为分层或混浊，则不是。

1.2.1.1 纳米硼酸锌的制备 将一定浓氧化锌和硫酸锌度按比例配制混匀，以此混合液为水相配制W/O型微乳液A；硼砂按同样的方法制得微乳液B。向定量的微乳B中逐渐加入微乳A，反应一段时间。

先配制表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(S)和甲苯（O）的混合液，按比例配3份，S∶0=2∶1，1∶1，1∶2，然后向其中加入氧化锌和硫酸锌混合溶液搅拌 ，滴加 无水乙醇至体系由白色乳状液转为无色透明稳定微乳液为止 1.2.1.2 根据油、水、表面活性剂所占百分比作出对应的拟三元相图，确定微乳液区域。

2.1 反相微乳的制备 2.1.1 拟三角相图 在乳化剂和助乳化3种比值下（S∶A=2∶1，1∶1，1∶2）得到3张伪三元相图（图1）。图中阴影部分为微乳区。根据微乳区的大小，选择具有较大微乳区的图以下实验。

2.1.2 适宜的O/(S+A)比例 固定S∶A=2∶1，在微乳区域中，根据以下几个不同的油相与表面活性比例[O/（S+A）：1/9，2/8，3/7，4/6，5/5，6/4，7/3]，观察形成微乳的过程情况来选择最佳O/（S+A）的比例。

2.1.3 微乳液类型的判断

2.1.3.2 染色法检测反相微乳特征 油溶性染料苏丹红能在微乳液中扩散，而水溶性染料亚甲基蓝在微乳液中几乎不扩散，表明在该配比下的微乳为油包水（W/O）型微乳液。