本發明專利技術公開了連續流動泡沫法制備納米金屬硫化物粉末的方法及裝置。所述金屬硫化物的通式為MS，其中，M為選自Cd、Cu、Mn、Pb或Zn的二價離子，包括以下步驟：配制起泡劑-穩泡劑溶液，起泡劑的濃度為0.1~5wt%，起泡劑:穩泡劑的重量比為（6~200）:1，并將該溶液分成兩份：溶液A和溶液B;將M的可溶鹽加入到溶液A中，使其摩爾濃度為0.001~0.5mol/L，攪拌得均相溶液C;將可溶硫化物加入到溶液B中，攪拌得均相溶液D,且溶液D中S2-摩爾數與溶液C中M2+摩爾數相等;進氣，使溶液C和溶液D泡沫化完全，然后混合，在50~100℃恒溫反應2~24h，后處理得納米金屬硫化物。本發明專利技術制備的納米金屬硫化物粉末分散性好，尺寸均勻，在8~50nm范圍內；是均相無雜質的硫化物且工藝流程簡單，可大量制備，適于工業化生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于納米材料
，特別涉及連續流動泡沫法制備納米金屬硫化物粉末的方法及裝置。
技術介紹
納米材料的制備是納米科學和技術的物質基礎。制備符合一定要求的、具有某種特定形貌和尺寸的納米材料是使納米科學邁向實用化的一個重要步驟。金屬硫化物種類繁多，具有豐富的價態和價電子層構型，有許多重要的物理性質和化學性質，廣泛地應用于催化、傳感、光學、磁學、醫療、潤滑、電池等領域。隨著尺寸的減小，金屬硫化物在原有性能提高的基礎上更以其獨特的電學、光學、氣敏和力學特性，在催化、傳感、光學、磁學和電池等領域有著廣闊的應用前景。制備金屬氧化物和硫化物納米材料，探索其生長機制，進而實現 對其尺寸及物性的調控，對于最終實現按照人們的意愿設計合成功能材料具有重要意義。因此，大量、低成本和有效地合成與組裝各種形貌的金屬硫化物納米材料無論從基礎研究，還是從性能和應用的角度來看，都有著特殊重要的意義。例如硫化鎘(CdS)是典型的I1-VI族化合物，是一種寬禁帶直接半導體，在太陽能轉換、非線性光學、光化學電池和光催化方面具有廣泛用途。硫化鉛(Pbs)是一種重要的半導體材料，其能帶間隙為O. 41 eV，具有較大的激子波爾半徑(18nm)，在非線性光學器件、紅外探測器、顯示裝置、發光二極管以及太陽能光伏特電池方面有很好的應用前景。為了克服物理方法制備金屬硫化物的缺點，人們又開發了新的化學合成方法，如化學共沉淀法、水熱合成法、微乳法、超臨界流體干燥法和固相法等。使用化學液相方法制備金屬硫化物得到的產品粉末容易團聚，粒度分布不均勻；使用化學物理蒸發方法制備金屬硫化物納米結構工藝復雜，原料成本高，設備昂貴。這些化學合成的方法雖然克服了傳統方法中的某些缺點，但存在設備要求較高、成本高、合成周期長、產物產量較低、容易引起污染，且適用面較窄，難以實現大規模生產等缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種產品粒子在納米尺寸、粒度分布均勻、工藝簡單廉價、可大量制備的納米金屬硫化物粉末的制備方法及其制備裝置。為實現上述目的，本專利技術提供的技術方案是 連續流動泡沫法制備納米金屬硫化物粉末的方法，所述金屬硫化物的通式為MS，M為Cd2+、Cu2+、Mn2+、Pb2+或Zn2+，制備方法包括以下步驟1、配制起泡劑-穩泡劑溶液，向去離子水中分別加入起泡劑和穩泡劑，攪拌均勻后制得起泡劑-穩泡劑溶液，然后將該溶液分成兩份溶液A和溶液B，備用； 其中，加入的起泡劑和穩泡劑重量比為(6 200) : 1，且配制好的起泡劑-穩泡劑溶液中起泡劑的質量濃度為O. Γ5% ； 所述起泡劑為烷基苯磺酸鈉、烷基磺酸鈉、烷基硫酸鈉、十六烷基齒化銨或月桂醇聚醚硫fe酷納; 所述穩泡劑為月桂酰二乙胺、羥甲基纖維素、聚乙烯醇、三乙醇胺、月桂醇、生物聚合物XC或十二烷基氧化物； I1、將M的可溶鹽溶于溶液A中配制成M2+摩爾濃度為O.00Γ0. 5 mol/L的均相溶液C，備用; 所述M的可溶鹽為Cd、Cu、Mn、Pb或Zn的可溶鹽，其中Cd的可溶鹽為硝酸鎘、氯化鎘或醋酸鎘，Cu的可溶鹽為硝酸銅、氯化銅、硫酸銅或醋酸銅，Mn的可溶鹽為硝酸錳、氯化錳、硫酸錳或醋酸錳，Pb的可溶鹽為硝酸鉛或醋酸鉛，Zn的可溶鹽為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅或醋酸鋅； II1、將可溶硫化物加入到溶液B中配制成均相溶液D，且S2 _摩爾數與溶液C中M2+摩爾數相等，所述可溶硫化物為硫化鈉、硫化銨或硫化氫氣體； IV、向步驟II和步驟III得到的溶液C和溶液D中分別通入壓縮空氣，直至溶液C和溶液D中沒有新的氣泡生成為止，然后將兩者混合，得到混合反應液，將得到的混合反應液在5(Tl00°C恒溫條件下靜置2 24h，然后在300(T6000rpm的轉速條件下離心10_30min，將離心沉淀物依次用水和無水乙醇分別洗滌3飛次，并在真空度為O. 05、.1MPa、溫度為4(T10(TC的條件下真空干燥，干燥后制得產品。便于操作，所述溶液A和溶液B為兩等份。—種實現連續流動泡沫法制備納米金屬硫化物粉末的裝置，包括金屬離子溶液滴定管、硫離子溶液滴定管和泡沫混合管，所述金屬離子溶液滴定管和硫離子溶液滴定管下方分別與一個三通管的主管相連通，兩個三通管主管的另一端均與泡沫混合管相連通，三通管支管與壓縮空氣進氣管連通，所述泡沫混合管通過其上設有的出液管與恒溫反應器相連通，恒溫反應器下端和上端的側壁上分別設有進水管和出水管。本專利技術中起泡劑的作用是在介質中形成大量大小適宜和具有一定穩定性的泡沫，增大金屬離子和硫離子接觸機會，因此可以采用烷基苯磺酸鈉、烷基磺酸鈉、烷基硫酸鈉、十六烷基鹵化銨或月桂醇聚醚硫酸酯鈉；穩泡劑的作用是提高氣泡穩定性，遲緩泡沫破滅，使金屬離子附著在泡沫表面，因此可以采用月桂酰二乙胺、羥甲基纖維素、聚乙烯醇、三乙醇胺、月桂醇、生物聚合物Xe或十二烷基氧化物；含M的鹽為可溶鹽因此可以是Cd的可溶鹽為硝酸鎘、氯化鎘或醋酸鎘，Cu的可溶鹽為硝酸銅、氯化銅、硫酸銅或醋酸銅，Mn的可溶鹽為硝酸錳、氯化錳、硫酸錳或醋酸錳，Pb的可溶鹽為硝酸鉛或醋酸鉛，Zn的可溶鹽為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅或醋酸鋅；含硫的化合物為可溶硫化物，因此可以是硫化鈉、硫化銨或硫化氫氣體。本專利技術的有益效果是本專利技術通過將含金屬離子(M2+)的溶液和含硫離子(S2—)的溶液用壓縮空氣泡沫化后，離子附著在泡沫表面，進入泡沫混合管，相互接觸以后形成硫化物的方法，制備得到的納米金屬硫化物粉末分散性好，尺寸均勻，晶型規整，均相無雜質，而且本專利技術提供的制備方法所需的原材料成本低廉，整個制備過程均在空氣條件下進行，無需氮氣保護，制備方法工藝流程簡單，可大量制備，適于工業化生產。附圖說明圖1 :實現本專利技術中納米金屬硫化物粉末制備方法裝置的結構示意圖；圖2 :實施例1制得的CdS粉末的透射電鏡(TEM)照片； 圖3 :實施例1制得的CdS粉末的電子衍射圖(ED); 圖4 :實施例1制得的CdS粉末的X射線衍射譜圖(XRD); 圖5 :實施例2制得的CdS粉末的場發射掃描電鏡(SEM)照片； 圖6 :實施例3制得的CdS粉末的場發射掃描電鏡(SEM)照片； 圖7 :實施例4制得的CdS粉末的場發射掃描電鏡(SEM)照片； 圖8 :實施例5制得的CdS粉末的場發射掃描電鏡(SEM)照片； 圖9 :實施例6制得的CuS粉末的X射線衍射譜圖(XRD); 圖10 :實施例6制得的CuS粉末的場發射掃描電鏡(SEM)照片； 圖11 :實施例7制得的MnS粉末的X射線衍射譜圖(XRD); 圖12 :實施例7制得的MnS粉末的場發射掃描電鏡(SEM)照片； 圖13 :實施例8制得的PbS粉末的X射線衍射譜圖(XRD); 圖14 :實施例8制得的PbS粉末的場發射掃描電鏡(SEM)照片； 圖15 :實施例9制得的ZnS粉末的X射線衍射譜圖(XRD); 圖16 :實施例9制得的ZnS粉末的場發射掃描電鏡(SEM)照片。圖中標記1、金屬離子溶液滴定管，2、硫離子溶液滴定管，3、三通管，4、泡沫混合管，51、進水管，52、出水管，6、恒溫反應器。具體實施例方式下面對本專利技術的實施例做詳細說明本實施例在以本專利技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和本文檔來自技高網...
【技術保護點】
連續流動泡沫法制備納米金屬硫化物粉末的方法，其特征在于：所述金屬硫化物的通式為MS，M為Cd2+、Cu2+、Mn2+、Pb2+或Zn2+，制備方法包括以下步驟：Ⅰ、配制起泡劑?穩泡劑溶液，向去離子水中分別加入起泡劑和穩泡劑，攪拌均勻后制得起泡劑?穩泡劑溶液，然后將該溶液分成兩份：溶液A和溶液B，備用；其中，加入的起泡劑和穩泡劑重量比為（6~200）:1，且配制好的起泡劑?穩泡劑溶液中起泡劑的質量濃度為0.1~5%；所述起泡劑為烷基苯磺酸鈉、烷基磺酸鈉、烷基硫酸鈉、十六烷基鹵化銨或月桂醇聚醚硫酸酯鈉；所述穩泡劑為月桂酰二乙胺、羥甲基纖維素、聚乙烯醇、三乙醇胺、月桂醇、生物聚合物XC或十二烷基氧化物；Ⅱ、將M的可溶鹽溶于溶液A中配制成M2+摩爾濃度為0.001~0.5?mol/L的均相溶液C，備用；所述M的可溶鹽為Cd、Cu、Mn、Pb或Zn的可溶鹽，其中Cd的可溶鹽為硝酸鎘、氯化鎘或醋酸鎘，Cu的可溶鹽為硝酸銅、氯化銅、硫酸銅或醋酸銅，Mn的可溶鹽為硝酸錳、氯化錳、硫酸錳或醋酸錳，Pb的可溶鹽為硝酸鉛或醋酸鉛，Zn的可溶鹽為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅或醋酸鋅；Ⅲ、將可溶硫化物加入到溶液B中配制成均相溶液D，且S2?摩爾數與溶液C中M2+摩爾數相等，所述可溶硫化物為硫化鈉、硫化銨或硫化氫氣體；Ⅳ、向步驟Ⅱ和步驟Ⅲ得到的溶液C和溶液D中分別通入壓縮空氣，直至溶液C和溶液D中沒有新的氣泡生成為止，然后將兩者混合，得到混合反應液，將得到的混合反應液在50~100℃恒溫條件下靜置2~24h，然后在3000~6000rpm的轉速條件下離心10?30min，將離心沉淀物依次用水和無水乙醇分別洗滌3~6次，并在真空度為0.05~0.1MPa、溫度為40~100℃的條件下真空干燥，干燥后制得產品。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉獻明，楊學義，辛凌云，李仕輝，尹衛東，
申請(專利權)人：洛陽師范學院，
類型：發明
國別省市：
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