一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法及其装置，属于无机富勒烯的制备领域，目前无机富勒烯类二硫化钨(IF‑WS2)纳米粒子是无机富勒烯类纳米颗粒的杰出代表。其在改善润滑性能、物理吸能、生物医学、电极材料等领域具有广阔的市场前景。但生产制备过程仍然存在单位产量低、无法连续生产、颗粒尺寸可控性不高等诸多问题。本发明专利技术设计了一种可用于连续性工业化生产无机富勒烯类纳米粒子的卧式旋转高温反应装置，并利用该装置探究出最优的IF‑WS2纳米粒子的制备方法。经过实验表明，本发明专利技术实现了IF‑WS2纳米粒子的批量化连续生产工艺，最终产物具备高可控性、高转化率和高品质等特点。

A method and device for preparing inorganic fullerenes disulfide nanoparticles

The invention discloses a method and device for preparing inorganic fullerene disulfide nanoparticles, belonging to the field of inorganic fullerene preparation. At present, inorganic fullerene tungsten disulfide (IF WS2) nanoparticles are outstanding representatives of inorganic fullerene nanoparticles. It has broad market prospects in improving lubrication performance, physical energy absorption, biomedicine, electrode materials and other fields. However, there are still many problems in the production process, such as low yield per unit, unsustainable production and low controllability of particle size. The invention designs a horizontal rotary high temperature reaction device which can be used for continuous industrial production of inorganic fullerenes nanoparticles, and uses the device to explore the optimal preparation method of IF WS2 nanoparticles. The experimental results show that the invention realizes the batch continuous production process of IF WS2 nanoparticles, and the final product has the characteristics of high controllability, high conversion and high quality.

【技术实现步骤摘要】
一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法及其装置
本专利技术涉及无机富勒烯的制备领域，尤其涉及一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法及其装置。
技术介绍
富勒烯是一种由碳原子簇构成的三维笼状结构。具有多层、球型或接近球型的空心笼状结构的纳米粒子，这种结构与富勒烯的笼状结构相似，所以被命名为无机富勒烯类(Inorganicfullerene-like，简称IF)材料。1992年以色列科学家Tenne首次发现了二硫化钨的无机富勒烯类纳米管(INT)和纳米粒子结构[TenneR,MargulisL,GenutM,etal.Polyhedralandcylindricalstructuresoftungstendisulphide[J].Nature,1992,360(6403):444-446.]。无机富勒烯类二硫化钨有单壁、多壁纳米管结构和洋葱状的纳米粒子结构。无机富勒烯类二硫化钨纳米粒子(IF-WS2)指的是具有多层、空心、洋葱状的二硫化钨。无机富勒烯类二硫化钨纳米粒子本身可用作固体润滑剂，在被用作润滑油和润滑脂的添加剂时也表现出优秀摩擦学性能。此外，IF-WS2纳米粒子可以很好的与其他基体材料结合形成具有优良机械性能、力学性能、生物兼容性的纳米复合材料，在吸收冲击波、生物医学、电极材料等领域具有广阔的应用空间。这也增加了各行业对IF-WS2的供给需求。因此，研发出一种操作简单、生产高效可控、产品质量优良的装置和制备方法以实现IF-WS2的工业化生产显得尤为重要。目前，无机富勒烯的合成方法主要有化学气相沉积法、超声波化学法、水热法、激光溅射和电弧放电法等。这些方法以不同的前驱体和制备过程都能得到一定量的无机富勒烯纳米粒子和纳米管，但这些方法仅适用于实验室微量制备，产量仅不到一克，产量低且可控性较差，难以满足工业化需求。中国专利CN101184690A使用固态气相反应法，选用金属卤化物、金属羰基化合物、有机-金属化合物和金属卤化物中一种作为前体在含有H2S气相中进行硫化，形成了无机纳米管和富勒烯纳米粒子；该专利中还设计了一种立式流化床反应器使反应得以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法及其装置，解决
技术介绍
中所提到的技术问题，实现生产过程高可控性、高转化率和产品的高质量；利用该装置探究出最优的IF-WS2纳米粒子的制备方法。一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：选用WO3作为前驱体，将前驱体投入给料系统中，并调整旋转炉倾斜角为5°，使其螺旋输送给料机的推动下沿石英管进入旋转炉的高温位置；步骤2：在进气系统中通入H2、H2S和Ar三种气体，调整旋转炉角度为0°，气流沿石英管到达旋转炉的高温位置，与步骤(1)中前驱体进行氧化-硫化物转化；步骤3：设置反应参数，使步骤(2)中氧化-硫化物的转化反应的到充分进行，反应后得到的产物移动至产物收集系统；步骤4：将步骤(3)所得IF-WS2纳米粒子通过XRD、SEM、TEM进行表征。进一步地，所述步骤1中的WO3为单斜晶系的WO3，粒径在40-100nm。进一步地，所述步骤2中旋转炉的角度在0-15°范围内变化，旋转炉的高温位置温度为550-800℃，进一步地，所述步骤2中H2、H2S和Ar三种气体流速比为0：12:100-50:50:160，氧化-硫化物转化时间为60-300min。进一步地，所述步骤2中旋转炉转速为15-200rpm。一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的装置，所述包括进气控制器、进气装置、喂料系统、气体流速控制器、进料密封装置、反应室、加热控制器、出料密封装置和产物收集系统；所述反应室进料口设置有石英管，所述进气装置和喂料系统的输出端均与石英管连接，所述进料密封装置设置在反应室的进料口的石英管上，所述进气控制器与进气装置连接，控制进气装置的进气速率和进气量，所述气体流速控制器与进料密封装置连接，控制石英管的进料的速率；所述加热控制器与反应室连接，控制反应室的转速、角度和温度，所述反应室的物料输出端设置有输出石英管，所述出料密封装置设置在输出石英管上，所述产物收集系统设置在输出石英管的末端。进一步地，所述反应室包括管式炉、电驱动机、滚动系统和倾斜系统，所述电驱动机与滚动系统连接，所述滚动系统与管式炉连接，所述倾斜系统设置在管式炉的外侧。本专利技术采用了上述技术方案，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术通过改变前驱体种类，控制通入气流的种类，氧化-硫化物转化的温度和时间来控制形成的IF-WS2纳米粒子的形貌结构和尺寸。例如：在控制通入气流均无H2、反应时间等条件完全相同时，使氧化-硫化物转化反应分别在800℃和700℃温度下进行，通过对产物进行XRD表征发现，反应温度为800℃比700℃时IF-WS2的峰强度更强，而WO3-x的峰强更弱，图谱中都发现有2H-WS2的存在，表明在更高的温度形成了更多WS2层。附图说明图1为本专利技术的装置结构示意图；图2为本专利技术带有石英棒的石英管剖视图；图3为本专利技术实例1中IF-WS2的透射电镜图；图4为本专利技术实例4中IF-WS2的透射电镜图；图5为本专利技术实施例7中IF-WS2的扫描电子显微镜图。图中编号：1-进气控制器、2-进气装置、3-喂料系统、4-气体流速控制器、5-进料密封装置、6-反应室、7-加热控制器、8-出料密封装置、9-产物收集系统。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本专利技术进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本专利技术的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本专利技术的这些方面。实施例1一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法，包括如下步骤：选用100Kg的WO3作为前驱体，其晶体类型单斜晶系，平均粒径约为60nm，调整旋转炉倾斜角为5°，使WO3在螺旋输送给料机推动下沿石英管进入高温热区。通入H2、H2S和Ar三种气体，流速比为10:30:100(mLmin-1),调整旋转炉角度为0°,控制旋转炉内温度为800℃，使步骤(1)中的前驱体进行氧化-硫化物转化。设置实验装置的参数，使步骤(2)中氧化-硫化物的转化反应的到充分进行反应120min后得到的产物移动至产物收集系统，即得IF-WS2纳米粒子。将步骤(3)所得IF-WS2纳米粒子通过XRD、SEM、TEM进行表征，在透射电子显微镜下的结构如图3所示。实施例2一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法，包括如下步骤：(1)选用100Kg的WO3作为前驱体，其晶体类型单斜晶系，平均粒径约为60nm，调整旋转炉倾斜角为5°，使WO3在螺旋输送给料机推动下沿石英管进入高温热区。(2)通入H2、H2S和Ar三种气体，流速比为20:30:100(mLmin-1),调整旋转炉角度为0°,控制旋转炉内温度为800℃，使步骤(1)中的前驱体进行氧化-硫化物转化。(3)设置实验装置的参数，使步骤(2)中氧化-硫化物的转化反应的到充分进行反应120min后得到的产物移动至产物收集系统，即得IF-WS2纳米粒子。(4)将步骤(3)所得IF-WS2纳米粒子通过XRD、SEM、TEM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：选用WO3作为前驱体，将前驱体投入给料系统中，并调整旋转炉倾斜角为5°，使其螺旋输送给料机的推动下沿石英管进入旋转炉的高温位置；步骤2：在进气系统中通入H2、H2S和Ar三种气体，调整旋转炉角度为0°，气流沿石英管到达旋转炉的高温位置，与步骤(1)中前驱体进行氧化‑硫化物转化；步骤3：设置反应参数，使步骤(2)中氧化‑硫化物的转化反应的到充分进行，反应后得到的产物移动至产物收集系统；步骤4：将步骤(3)所得IF‑WS2纳米粒子通过XRD、SEM、TEM进行表征。

【技术特征摘要】
1.一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：选用WO3作为前驱体，将前驱体投入给料系统中，并调整旋转炉倾斜角为5°，使其螺旋输送给料机的推动下沿石英管进入旋转炉的高温位置；步骤2：在进气系统中通入H2、H2S和Ar三种气体，调整旋转炉角度为0°，气流沿石英管到达旋转炉的高温位置，与步骤(1)中前驱体进行氧化-硫化物转化；步骤3：设置反应参数，使步骤(2)中氧化-硫化物的转化反应的到充分进行，反应后得到的产物移动至产物收集系统；步骤4：将步骤(3)所得IF-WS2纳米粒子通过XRD、SEM、TEM进行表征。2.根据权利要求1所述的一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法及其装置，其特征在于：所述步骤1中的WO3为单斜晶系的WO3，粒径在40-100nm。3.根据权利要求1所述的一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法，其特征在于：所述步骤2中旋转炉的角度在0-15°范围内变化，旋转炉的高温位置温度为550-800℃，4.根据权利要求1所述的一种制备无机富勒烯类二硫化物纳米粒子的方法，其特征在于：所述步骤2中H2、H2S和Ar三种气体流速比为0：12:100-50:50:160，氧化-硫化物转化时间为60-300min。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王南南，刘光胜，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45