一种超临界二氧化碳制备稀土硫化铈的方法技术

本发明专利技术提供一种超临界二氧化碳制备稀土硫化铈的方法，其特征在于，以硝酸铈为铈源，以硫化钠为硫源，包括以下步骤：将铈源和硫源溶解在去离子水中，并将之混合；将混合溶液泵入超临界装置的高压反应釜中；随后抽出空气，泵入CO2，20～30分钟后停止换气，升温到45～75℃，继续加压将CO2泵入高压釜，当压力达到100～150bar时，恒温恒压稳定6～8小时；泄压后将沉淀过滤洗涤得到稀土硫化铈纳米粉末。该发明专利技术工艺简单，不污染环境，并且制备出的硫化铈颜料粒径均匀，色泽鲜艳，着色性能优良，无毒害，有利于取代铬红，铬黄等有毒颜料，在涂料、塑料、建筑材料、绘画颜料、油墨、陶瓷等领域有着广泛应用。广泛应用。广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界二氧化碳制备稀土硫化铈的方法


[0001]本专利技术属于稀土材料的合成领域，具体涉及一种超临界二氧化碳制备稀土硫化铈的方法。

技术介绍

[0002]颜料种类繁多，分类标准也具有多样性的特点，一般按化学组成，可将颜料分为无机颜料和有机颜料。一般而言，有机颜料则是指具有颜料特性(颜色、着色力、遮盖力、耐光性、耐候性等)的一类有机化合物，如酞菁颜料、偶氮颜料、三芳甲烷颜料、多环颜料等等。而无机颜料是由有色金属及金属氧化物、硫化物、氢氧化物、硅酸盐化合物、硫酸盐及碳酸盐等无机物组成，如铁粉、铜粉、锌白和钛白等等。有机颜料具有色彩鲜艳、着色力强、绿色环保等优点，而无机色料耐晒性，耐热性，耐候性，耐溶剂性好，遮盖力强，在化学稳定性及热稳定性能方面均大大优于有机色料。因此，无机色料在玻璃、陶瓷、高温塑料等领域的应用更为广泛。
[0003]制作红色颜料是因为红色是中华民族几千年以来内涵最为丰富的色彩之一，在各装饰领域具有举足轻重的地位。目前，使用范围较广的红色颜料大多包含有毒的铅、铬、镉等重金属元素，大量使用不利于人体健康，也不符合我国可持续发展的战略，因此寻找一种能替代他们的颜料是研究的热点。并且随着法律的完善以及人们保护环境的观念日益增强，寻找一种环保无毒害的颜料迫在眉睫。随着研究的深入，研究者们将目光转向了稀土元素，而早在上世纪80年代法国Rhone
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plulenc公司率先开发出了硫化铈系列无机色料产品，并陆续申请了大量的专利。研究发现，稀土倍半型硫化铈(γ
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Ce2S3)呈色稳定，着色力强，遮盖能力强，由于Ce的4f
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5d的电子跃迁使其主波长处于608nm左右，从而呈现大红色调，而且γ
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Ce2S3的S3p
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Ce5d的电子跃迁对紫外线具有较强的吸收，使其还具有抗紫外线辐射的能力，并且不含铅、镉等重金属元素，是一种环保型红色色料，因而被认为是替代硫硒化镉等传统有毒红色料的首选材料。
[0004]目前应用最广的制备稀土硫化铈的方法有两种：一种是高温固相法，一种是还原法。高温固相法制备的硫化铈颗粒粗大、杂质含量多，色度不鲜艳；而还原法使用了有毒有害气体(H2S和CS2)或产生有毒气体(SO2和SO3)，易于危害人体健康并且对环境不友好。而且这两种方法耗能高，难以反应完全，杂质含量多，制备出产品色度值不高，有着诸多的限制。所以本专利技术提供了一种新型环保的超临界CO2法制备稀土硫化铈。
[0005]超临界流体科学技术是全球公认的低环境负荷的绿色技术，完全符合减低甚至无公害化可持续发展的“绿色科学技术的理念”。超临界流体，简称就是指压力和温度都处于临界压力(Pc)及临界温度(Tc)以上的流体，包括超临界二氧化碳、超临界水，都是一种环境友好的溶剂。1822年，Cagniard de la Tour首次在世界上作了有关临界现象的报道，1869年Andrew测定出了CO2的临界参数，即Pc＝72bar，Tc＝304.065K。不仅如此，超临界流体技术还易于控制材料的形貌，粒径，组成，结构等。正是有着这些优点，使得超临界流体具有广泛的应用潜力。
[0006]所以本专利技术的目的就是提供一种利用超临界CO2来制备稀土硫化铈的方法，其不使用H2S、CS2等有毒易燃易爆硫化剂，工艺简单，而且耗能低，反应更完全，制备出的红色硫化铈粒径均匀，杂质含量少，颜色更鲜艳，是一种新型绿色环保的制备方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种超临界CO2制备稀土硫化铈的方法，包括以下步骤：
[0008]S1将铈源和硫源溶解在去离子水中得到溶液A；
[0009]S2将溶液A泵入超临界装置的高压反应釜中；
[0010]S3抽出空气的同时向高压反应釜中泵入CO2，持续20～30分钟；
[0011]S4升温到45～75℃；
[0012]S5将CO2泵入高压釜，当压力达到100～150bar时，恒温恒压稳定6～8小时；
[0013]S6泄压后将溶液A沉淀过滤得到沉淀物B；
[0014]S7对沉淀物B洗涤得到过滤产物C。
[0015]S8对过滤产物C进行干燥得到稀土硫化铈粉末
[0016]可选的，铈源为硝酸铈、氯化铈、草酸铈、醋酸铈中的一种或多种的混合。
[0017]可选的，硫源包括硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫代乙酰胺、硫化钠、硫脲中的一种及多种的混合。
[0018]可选的，加入硫源与铈源摩尔比1.52:1。
[0019]可选的，稀土化合物与硫化物搅拌后在超临界CO2状态下反应，反应温度45～75℃，反应时间6～8h，反应压强为100～150bar。
[0020]可选的，洗涤是用去离子水和乙醇交替洗涤，每次洗涤后采用离心机进行过滤，过滤产物重新在去离子水或乙醇中分散，最后一次用乙醇洗涤以方便干燥，离心机的离心速度为10000～12000r/min。
[0021]所述的干燥是在60～80℃真空烘箱中烘干，烘干时间为12h。
[0022]本专利技术具有以下优点：(1)制备操作简单，耗能低，反应更完全。(2)不使用或不产生有毒气体，安全环保。(3)稀土硫化铈产物颜色鲜艳，着色力强，而且粒径均匀，分散性好，耐温性和耐腐蚀性好。(4)产物不含重金属元素，无毒害，是取代有毒红色颜料的良好替代品。
附图说明
[0023]图1是本专利技术装置的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例1制备的稀土硫化铈的X射线衍射图；
[0025]图3是本专利技术实施例1制备的稀土硫化铈的扫描电镜图。
[0026]附图标记：1
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CO2储存罐，2
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控制系统，3
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泵，4
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高压反应釜，5
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加热线圈。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例，对本专利技术进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件
几何中心的方向。
[0028]实施例1
[0029]在室温下将1mmol硝酸铈和1.5mmol硫化钠溶解在30ml去离子水中，将混合溶液泵入超临界装置的高压反应釜中；抽出空气，泵入CO2，20分钟后停止换气，升温到45℃，继续加压将CO2泵入高压釜，当压力达到100bar时，恒温恒压稳定6小时；反应结束后，释放高压反应釜里的CO2，冷却至室温获得溶液A，将溶液A置入离心机以10000r/min离心后，用去离子水和乙醇交替洗涤获得过滤产物C，将过滤产物C在60℃干燥12h，得到的稀土硫化铈粉末。
[0030]本实施例中获得的稀土硫化铈粉末扫描电镜图如图3所示，从图中可以看出，本实施例获得的稀土硫化铈粉末的粒径分布均匀，分散性较佳。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳制备稀土硫化铈的合成方法，其特征在于：稀土化合物与硫化物搅拌后在超临界CO2状态下反应，反应温度45～75℃，反应时间6～8h，反应压强为100～150bar，获得含有稀土硫化铈的溶液A，将溶液A沉淀过滤得到沉淀物B，对沉淀物B洗涤干燥得到稀土硫化铈粉末。2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳制备稀土硫化铈的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1将铈源和硫源溶解在去离子水中得到溶液A；S2将溶液A泵入超临界装置的高压反应釜中；S3抽出空气的同时向高压反应釜中泵入CO2，持续20～30分钟；S4升温到45～75℃；S5将CO2泵入高压釜，当压力达到100～150bar时，恒温恒压稳定6～8小时；S6泄压后将溶液A沉淀过滤得到沉淀物B；S7对沉淀物B洗涤得到过滤产物C；S8对过滤产物C进行干燥得到稀土硫化铈粉末。3.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳制备稀土硫化铈的合成方法，其特征在于：所述铈源为硝酸铈、氯化铈、草酸铈、醋酸铈中的一种或多种的混合。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：白功勋，张洪彬，叶仁广，徐时清，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：