一種碳化硼用高純硼酸制備方法技術(shù)

一種碳化硼用高純硼酸制備方法，涉及一種化工原料硼酸的制備方法，該方法第一步，以馬來酸酐和丙烯酸為聚合單體，加入引發(fā)劑，進行聚合反應(yīng)，制得馬來酸酐-丙烯酸共聚物；第二步，加入改性劑，對制得的馬來酸酐-丙烯酸共聚物進行改性，改性后的馬來酸酐-丙烯酸共聚物螯合鈣離子的能力為289.3mg/ml，碳酸鈣分散能力為202.5mg/ml；第三步，采用螯合吸附法制備高純硼酸，工藝簡單，純化效果好。第四步，鰲合劑可回收利用，避免了二次環(huán)境污染和資源浪費。制得的高純硼酸主要用于生產(chǎn)碳化硼，用于飛機裝甲，以增強其硬度及耐高溫等性能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種化工硼酸制備方法，特別是涉及一種碳化硼用高純硼酸制備方 法。
技術(shù)介紹
目前，碳化硼已被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料、化學(xué)原料、電性能、核性能、復(fù)合陶 瓷等方面，其中，在結(jié)構(gòu)材料方面，可用于各種各樣硬金屬、剛玉或玻璃的加工，還可制取耐 磨、耐腐蝕的碳化硼器件；另外，外敷碳化硼材料還可用作切削刀刃、研缽、搗錘等;還可用 作直升飛機的輕質(zhì)裝甲、防彈背心、軸承支承面、矯正工具等。在化學(xué)原料上可用作鋼或其 他合金的硼化劑在鋼表面滲硼，以生成硼化鐵薄層增強材料的強度和耐磨性;還可用于一 些金屬基摩擦材料的添加劑;在還原-化合法制取硼化物粉末時，碳化硼作為硼源，可制取 TiB2、ZrB2、CrB2等粉末，也可制造鹵化硼、硼化氫等，稱為制取粉末的"碳化硼法"。利用 碳化硼電性能可作碳化硼-石墨熱電偶。在核性能中的利用其中子吸收能力強的優(yōu)點用作 中子吸收材料控制棒、調(diào)節(jié)棒、事故棒、安全棒、屏蔽棒等功能元件。碳化硼復(fù)合陶瓷應(yīng)用方 面可通過添加燒結(jié)助劑改善其燒結(jié)行為，獲得價廉物美的碳化硼制品，還可添加大量的 SiC制成復(fù)合材料，它已經(jīng)在工業(yè)噴嘴、栗的密封以及熱擠壓模領(lǐng)域得以應(yīng)用，是一種具有 廣泛應(yīng)用前景的高溫耐蝕、耐磨材料。 由于生產(chǎn)碳化硼所用的硼酸純度不夠，含有一定量的鈣離子，導(dǎo)致碳化硼陶瓷有 兩個致命的弱點：一是碳化硼陶瓷的斷裂韌性很低;二是原子間以牢固的共價鍵連接，共價 鍵含量高達93.9%，因而，獲得高密度的燒結(jié)體非常困難。因此，去除硼酸中的鈣離子，提高 硼酸的純度至關(guān)重要。國內(nèi)外生產(chǎn)高純硼酸的方法很多，如重結(jié)晶法、離子交換法、酯化-蒸 餾法、電化學(xué)與滲透膜法等，但這些方法都有各自的缺點，比如無法得到滿意的純化效果、 能耗大、易引入雜質(zhì)、工藝復(fù)雜等，而且諸多的純化方法中，大多忽略了鈣離子的去除。 采用螯合吸附法制備高純硼酸，工藝簡單，純化效果好，且吸附劑可回收利用，避 免環(huán)境污染和資源浪費。制得的高純硼酸主要用于生產(chǎn)碳化硼，用于飛機裝甲，以增強其硬 度及耐高溫等性能。 目前，國產(chǎn)的工業(yè)硼酸純度較低，一般在99%_99.5%之間，達不到激光晶體、通信光 纖以及核工業(yè)等一些特殊行業(yè)對硼酸純度的要求，因此，對現(xiàn)有工業(yè)硼酸進行提純，制備高 純硼酸迫在眉睫，國內(nèi)外制備高純硼酸的方法主要有以下幾種： (1) 重結(jié)晶法是純度在99.5 %以上的硼酸的主要生產(chǎn)方法； (2) 離子交換法是一種應(yīng)用離子交換樹脂將雜質(zhì)分離的方法； (3) 酯化-水解法得到高純硼酸； (4)電化學(xué)與滲透膜法達到純化硼酸的目的； (5) 絡(luò)合法，加入絡(luò)合劑可以掩蔽被提純物質(zhì)中的金屬陽離子雜質(zhì)，從而降低金屬陽離 子的濃度，重結(jié)晶，得到高純硼酸； (6) 其他方法:螯合吸附法、萃取法、多種方法并用等。以上制備高純硼酸的方法中，都忽略了硼酸中鈣離子的含量問題，為此主要是除 去工業(yè)硼酸中的鈣離子。除鈣的方法有多種，國內(nèi)外常用的方法大致分為沉淀法、陽離子交 換樹脂法、添加阻垢劑法、萃取法、浮選法、添加絮凝劑法、吸附法、膜分離法和蒸餾法等。膜 分離法和蒸餾法很少單獨使用，常以離子交換法或沉淀法作為預(yù)處理。將合成的馬來酸酐 丙烯酸共聚物加入改性劑進行改性，改性后的馬來酸酐-丙烯酸共聚物螯合鈣離子的能力 為289.3mg/ml，碳酸|丐分散能力為202.5mg/ml。采用螯合吸附法制備高純硼酸，工藝簡單， 純化效果好。鰲合劑可回收利用，避免了二次環(huán)境污染和資源浪費。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供，該方法以馬來酸酐和丙 烯酸為聚合單體，加入引發(fā)劑，合成馬來酸酐丙烯酸共聚物。同時，將合成的馬來酸酐丙烯 酸共聚物加入改性劑進行改性，制得的高純硼酸生產(chǎn)碳化硼，可增強其硬度及耐高溫等性 能。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的： ，所述方法包括以下過程： a. 首先，向裝有溫度計和冷凝回流裝置的四口燒瓶中加入馬來酸酐和蒸餾水，待馬來 酸酐完全溶解后，量取丙烯酸，同時稱取質(zhì)量分數(shù)為6.67%的過硫酸銨溶解于蒸餾水中，使 其濃度為〇.〇2mol/L，作為引發(fā)劑，同時向四口燒瓶中滴加丙烯酸和過硫酸銨水溶液，恒溫 反應(yīng)后，將溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，進行減壓蒸餾，所得液體即為馬來酸酐-丙烯酸共聚物； b. 向裝有溫度計和冷凝回流裝置的四口燒瓶中加入馬來酸酐、改性劑和蒸餾水，待馬 來酸酐和烯丙基磺酸鈉完全溶解后，量取丙烯酸，同時稱取過硫酸銨溶解于蒸餾水中，同時 向四口燒瓶中滴加丙烯酸和過硫酸銨水溶液;滴加完畢后，恒溫反應(yīng)，將反應(yīng)后的溶液倒入 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，所得液體即為磺酸基馬來酸酐-丙烯酸共聚物； c. 稱取工業(yè)硼酸加入三口燒瓶中，取去離子水?dāng)嚢枞芙猓渲瞥膳鹚犸柡腿芤海鹚?全部溶解后，根據(jù)磺酸基馬來酸酐-丙烯酸共聚物的鈣螯合能力大小，用移液管準確量取 2ml的磺酸基馬來酸酐-丙烯酸共聚物作為吸附劑，加入硼酸飽和溶液中，反應(yīng)結(jié)束后立即 趁熱進行真空抽濾，過濾雜質(zhì)，將濾液放入冰箱冷藏，析出硼酸晶體，再次進行抽濾，將所得 的硼酸晶體放入烘箱中干燥； d. 將所得濾液集中，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器把多余的水分蒸發(fā)出去，再次過濾，干燥得到少許 硼酸晶體，并向剩余溶液中滴加硫酸，使用高速臺式離心機進行離心，固液分離，回收吸附 劑，由于反應(yīng)過程中加入了大量的水，因此回收吸附劑中含有些許水，因此需要再次使用旋 轉(zhuǎn)蒸發(fā)器將水分蒸出，最終得到較純的吸附劑。所述的，所述步驟a中，恒溫反應(yīng)后的溶液放入旋 轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，水浴溫度調(diào)至50°C，循環(huán)水力真空栗壓力升至0.09MPa進行減壓蒸餾1.5h。 所述的，所述步驟b中，恒溫反應(yīng)后的溶液倒入旋 轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，將水浴溫度調(diào)至50°C，循環(huán)水力真空栗壓力升至0 · 09MPa進行減壓蒸餾1 · 5h。 所述的，所述步驟c中，恒溫反應(yīng)結(jié)束后立即趁熱 進行真空抽濾，過濾雜質(zhì)，將濾液放入冰箱冷藏，冷卻至5°C左右，析出硼酸晶體，再次進行 抽濾。 本專利技術(shù)的優(yōu)點與效果是： 1.本專利技術(shù)以改性后的馬來酸酐-丙烯酸共聚物為鰲合劑，螯合鈣離子的能力強，鈣離子 鰲合能力為289 · 3mg/ml，碳酸|丐分散能力為202 · 5mg/ml。 2.本專利技術(shù)采用螯合吸附法制備高純硼酸，工藝簡單，純化效果好。 3.本專利技術(shù)鰲合劑可回收利用，避免了二次環(huán)境污染和資源浪費。制得的高純硼酸 主要用于生產(chǎn)碳化硼，用于飛機裝甲，以增強其硬度及耐高溫等性能?！靖綀D說明】圖1為本專利技術(shù)技術(shù)路線簡圖； 圖2為本專利技術(shù)產(chǎn)品性能表征共聚物IR圖； 圖3為本專利技術(shù)產(chǎn)品性能表征改性共聚物的IR圖當(dāng)前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種碳化硼用高純硼酸制備方法，其特征在于，所述方法包括以下過程：a.首先，向裝有溫度計和冷凝回流裝置的四口燒瓶中加入馬來酸酐和蒸餾水，待馬來酸酐完全溶解后，量取丙烯酸，同時稱取質(zhì)量分數(shù)為6.67%的過硫酸銨溶解于蒸餾水中，使其濃度為0.02mol/L，作為引發(fā)劑，同時向四口燒瓶中滴加丙烯酸和過硫酸銨水溶液，恒溫反應(yīng)后，將溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，進行減壓蒸餾，所得液體即為馬來酸酐?丙烯酸共聚物；b.向裝有溫度計和冷凝回流裝置的四口燒瓶中加入馬來酸酐、改性劑和蒸餾水，待馬來酸酐和烯丙基磺酸鈉完全溶解后，量取丙烯酸，同時稱取過硫酸銨溶解于蒸餾水中，同時向四口燒瓶中滴加丙烯酸和過硫酸銨水溶液；滴加完畢后，恒溫反應(yīng)，將反應(yīng)后的溶液倒入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，所得液體即為磺酸基馬來酸酐?丙烯酸共聚物；c.稱取工業(yè)硼酸加入三口燒瓶中，取去離子水?dāng)嚢枞芙猓渲瞥膳鹚犸柡腿芤海鹚崛咳芙夂?，根?jù)磺酸基馬來酸酐?丙烯酸共聚物的鈣螯合能力大小，用移液管準確量取2ml的磺酸基馬來酸酐?丙烯酸共聚物作為吸附劑，加入硼酸飽和溶液中，反應(yīng)結(jié)束后立即趁熱進行真空抽濾，過濾雜質(zhì)，將濾液放入冰箱冷藏，析出硼酸晶體，再次進行抽濾，將所得的硼酸晶體放入烘箱中干燥；d.將所得濾液集中，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器把多余的水分蒸發(fā)出去，再次過濾，干燥得到少許硼酸晶體，并向剩余溶液中滴加硫酸，使用高速臺式離心機進行離心，固液分離，回收吸附劑，由于反應(yīng)過程中加入了大量的水，因此回收吸附劑中含有些許水，因此需要再次使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器將水分蒸出，最終得到較純的吸附劑。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王國勝，李磊，劉朝暉，張?zhí)焯?/a>，張賓杰，寧志高，
申請(專利權(quán))人：沈陽化工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21