[发明专利]连续流动泡沫法制备纳米金属硫化物粉末的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及连续流动泡沫法制备纳米金属硫化物粉末的方法及装置。 

背景技术

纳米材料的制备是纳米科学和技术的物质基础。制备符合一定要求的、具有某种特定形貌和尺寸的纳米材料是使纳米科学迈向实用化的一个重要步骤。金属硫化物种类繁多，具有丰富的价态和价电子层构型，有许多重要的物理性质和化学性质，广泛地应用于催化、传感、光学、磁学、医疗、润滑、电池等领域。随着尺寸的减小，金属硫化物在原有性能提高的基础上更以其独特的电学、光学、气敏和力学特性，在催化、传感、光学、磁学和电池等领域有着广阔的应用前景。制备金属氧化物和硫化物纳米材料，探索其生长机制，进而实现对其尺寸及物性的调控，对于最终实现按照人们的意愿设计合成功能材料具有重要意义。因此，大量、低成本和有效地合成与组装各种形貌的金属硫化物纳米材料无论从基础研究，还是从性能和应用的角度来看，都有着特殊重要的意义。例如硫化镉(CdS)是典型的Ⅱ-Ⅵ族化合物，是一种宽禁带直接半导体，在太阳能转换、非线性光学、光化学电池和光催化方面具有广泛用途。硫化铅(PbS)是一种重要的半导体材料，其能带间隙为0.41 eV，具有较大的激子波尔半径(18nm)，在非线性光学器件、红外探测器、显示装置、发光二极管以及太阳能光伏特电池方面有很好的应用前景。

为了克服物理方法制备金属硫化物的缺点，人们又开发了新的化学合成方法，如化学共沉淀法、水热合成法、微乳法、超临界流体干燥法和固相法等。使用化学液相方法制备金属硫化物得到的产品粉末容易团聚，粒度分布不均匀；使用化学物理蒸发方法制备金属硫化物纳米结构工艺复杂，原料成本高，设备昂贵。这些化学合成的方法虽然克服了传统方法中的某些缺点，但存在设备要求较高、成本高、合成周期长、产物产量较低、容易引起污染，且适用面较窄，难以实现大规模生产等缺点。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种产品粒子在纳米尺寸、粒度分布均匀、工艺简单廉价、可大量制备的纳米金属硫化物粉末的制备方法及其制备装置。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

连续流动泡沫法制备纳米金属硫化物粉末的方法，所述金属硫化物的通式为MS，M为Cd²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Pb²⁺或Zn²⁺，制备方法包括以下步骤：

Ⅰ、配制起泡剂-稳泡剂溶液，向去离子水中分别加入起泡剂和稳泡剂，搅拌均匀后制得起泡剂-稳泡剂溶液，然后将该溶液分成两份：溶液A和溶液B，备用；

其中，加入的起泡剂和稳泡剂重量比为（6~200）:1，且配制好的起泡剂-稳泡剂溶液中起泡剂的质量浓度为0.1~5%；

所述起泡剂为烷基苯磺酸钠、烷基磺酸钠、烷基硫酸钠、十六烷基卤化铵或月桂醇聚醚硫酸酯钠；

所述稳泡剂为月桂酰二乙胺、羟甲基纤维素、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、将M的可溶盐溶于溶液A中配制成M²⁺摩尔浓度为0.001~0.5 mol/L的均相溶液C，备用；

所述M的可溶盐为Cd、Cu、Mn、Pb或Zn的可溶盐，其中Cd的可溶盐为硝酸镉、氯化镉或醋酸镉，Cu的可溶盐为硝酸铜、氯化铜、硫酸铜或醋酸铜，Mn的可溶盐为硝酸锰、氯化锰、硫酸锰或醋酸锰，Pb的可溶盐为硝酸铅或醋酸铅，Zn的可溶盐为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌或醋酸锌；

Ⅲ、将可溶硫化物加入到溶液B中配制成均相溶液D，且S^2-摩尔数与溶液C中M²⁺摩尔数相等，所述可溶硫化物为硫化钠、硫化铵或硫化氢气体；

Ⅳ、向步骤Ⅱ和步骤Ⅲ得到的溶液C和溶液D中分别通入压缩空气，直至溶液C和溶液D中没有新的气泡生成为止，然后将两者混合，得到混合反应液，将得到的混合反应液在50~100℃恒温条件下静置2~24h，然后在3000~6000rpm的转速条件下离心10-30min，将离心沉淀物依次用水和无水乙醇分别洗涤3~6次，并在真空度为0.05~0.1MPa、温度为40~100℃的条件下真空干燥，干燥后制得产品。

便于操作，所述溶液A和溶液B为两等份。