[发明专利]一种制备富勒烯结构的纳米WS2的方法及其专用流化床反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备富勒烯结构的纳米WS₂的方法及其专用流化床反应器，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

自以色列科学家R.Tenne在1992年首次合成了具有富勒烯结构的纳米二硫化钨（IF-WS₂）以来，过渡金属二硫化物纳米晶体的制备及其特性研究成为近年来国内外学者的研究热点。特别是富勒烯结构的纳米二硫化钨具有独特的嵌套中空结构，广泛应用于太阳能电池、固体润滑剂、电子探针、储氢材料、超导材料和抗震材料等。

MS₂（M=Mo，W）纳米粉的制备可分为物理法和化学法两种。物理法包括高能球磨法（专利CN1793304）、电子束辐射法等，但物理法所制备的纳米MS₂纯度不高。化学法是制备MS₂的常用方法，可通过其各自的三氧化物在还原气氛中高温硫化来合成。专利CN1411426于2003年第一个公开了宏量制备一种富勒烯结构的纳米二硫化钨的制备方法，以三氧化钨为前驱体，与H₂S气体在还原性气氛中反应合成了IF-WS₂。其反应方程式如下：

WO₃+2H₂S+H₂=WS₂+3H₂O

该专利采用流化床反应器，具体装置为将一束石英管放在主石英管（直径40mm）内，使WO₃粉末松散的分散在各管中，然后将反应器送入水平炉内，使粉末处于恒温区（约850°C），H₂/N₂+H₂S气体流通过每一装有粉末的管子。在单次批料（3-10小时）内可制得0.4g富勒烯结构的纳米WS₂。但从专利摘要附图中看，所述的反应器结构复杂，存在装料、卸料困难、不易操作等缺点。目前已有技术，无论是物理法还是化学法，均难以大量连续制备高纯度的富勒烯结构纳米WS₂。

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种简单的可连续大批量制备富勒烯结构的纳米WS₂的流化床方法及其专用流化反应器。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备富勒烯结构的纳米WS₂的方法及其专用流化床反应器。

本发明所提供的一种流化床反应器，包括反应釜筒体，所述反应釜筒体内设有一中心提升管，所述反应釜筒体与所述中心提升管之间形成的环腔为外环逆流区；

所述反应釜筒体的底部设有第一载气通入管路；所述第一载气通入管路的一端为中心提升管气体分布板，且该端部延伸至所述中心提升管的下开口端；所述第一载气通入管路的内径小于所述中心提升管的内径；

所述外环逆流区内设有外环管气体分布板，所述外环管气体分布板的一端与所述反应釜筒体相连接，另一端与所述第一载气通入管路相连接；所述外环管气体分布板与所述中心提升管的下开口端之间设有间距；

所述反应釜筒体的底部处设有第二载气通入口；所述反应釜筒体的顶部设有气体排出口；所述反应釜筒体的侧壁上设有进料口和出料口，所述进料口和所述出料口均设于所述中心提升管的上开口端的上部。

上述的流化床反应器中，所述中心提升管的内径为所述反应釜筒体的内径的1/5～1/2。

上述的流化床反应器中，所述中心提升管的壁厚为1～5mm。

上述的流化床反应器中，所述中心提升管气体分布板的开孔率为0.05%～5%，目的是提供均匀的反应气体，使固体物料在中心提升管内均匀散式流化；

所述外环管气体分布板的开孔率为0.1～5%。

本发明还进一步提供了制备富勒烯结构的纳米WS₂的方法，包括如下步骤：

将WO₃粉体从上述流化床反应器的进料口进入至所述反应釜筒体中，同时通过所述第一载气通入管路向所述中心提升管内通入第一载气，所述WO₃粉体与所述第一载气发生还原硫化反应，并被所述第一载气提升至所述中心提升管的上开口端并下落至所述逆流反应区内，然后和从所述第二载气通入口通入的第二载气继续反应；从所述流化反应器的出料口得到富勒烯结构的纳米WS₂；

所述第一载气和第二载气的混合物中包括H₂S和H₂。