用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法及产品技术

本发明专利技术属于新材料制备相关技术领域，其公开了一种用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法及产品，该方法包括以下步骤：先将含硫气体作为硫源与平衡气混合均匀，再采用等离子体碰撞含硫气体分子以在气相中产生含硫基团，进一步生成S

【技术实现步骤摘要】
用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法及产品


[0001]本专利技术属于新材料制备相关
，更具体地，涉及一种用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法及产品。

技术介绍

[0002]硫是一种自然界含量十分丰富的元素，在地壳中约占0.05％，其在自然界中能以单质的形式存在。单质硫的应用历史悠久，中国古代就有将单质硫应用于皮肤杀菌、火药制作等领域。目前单质硫在电极材料、储能及农业肥料等领域发挥着重要作用。随着纳米技术的发展，大量研究发现纳米尺寸的单质硫相较于常规微米尺寸的单质硫在能源、催化、生命医学等领域材料性能提升明显。
[0003]纳米单质硫的研究成果较少，因此本专利技术针对纳米硫化合物的制备方法进行综述，研究成果包括：
[0004](1)专利CN112844330A公开了一种“一步共沉淀”方法制备纳米硫化亚铁复合材料，但是该方法使用较多化学试剂、流程复杂且应用于大规模生产会产生大量化学废液。(2)专利CN112391533A公开了利用固体废弃物一步制备纳米硫化亚锡的方法，该专利技术提出将含锡电子废弃物与由硫化钙和二氧化硅组成的添加剂混匀造块后进行还原焙烧即可得到高纯度纳米硫化亚锡粉体，该专利技术中采用的焙烧温度为750～900℃，高温造成该方法运行成本较高；(3)专利CN113697838A公开了一种以纳米碳酸钡浆液为前驱体制备纳米硫酸钡的方法，该方法需要先合成两种预反应混合物，需要调节溶液的pH值在一定范围，且需要压滤水洗、干燥等操作可得纳米硫酸钡，该方法步骤繁琐，成本高且生产过程将产生较多废液，不适合大规模应用；(4)专利CN112588254A公开了一种高活性纳米硫脱汞吸附剂的制备方法，该方法利用低温等离子体的方法在气相中直接制备的单质硫纯度高，但是该方法无法调节生成的纳米硫中S
n
(n＝6～9)的含量分布；(5)专利CN112028110A公开了一种片状纳米硫化铜材料的制备方法，该方法以二氧化硫为硫源，在水热反应、电解还原、冲洗、离心、洗涤、烘干、研磨等一系列步骤下获得纳米硫化铜材料，同样的该方法步骤繁琐，运行成本高，不适合大规模量产。
[0005]此外，已有的研究成果重点关注不同物理尺寸以及物理结构纳米硫颗粒的制备，对产物纳米硫的化学组成调控方法鲜有研究。需要说明的是，单质硫化学组成复杂，常温常压下单质硫主要由S8分子组成，还包含少量S6和S7等多种同素异形体。不同同素异形体分子结构、化学性质差异大。总的来说，目前缺乏一种同步调控纳米硫颗粒物理尺寸及化学组成的方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法及产品，采用H2S和SO2气体为硫源，利用低温等离子体产生的高能电子碰撞H2S和SO2分子，在气相中产生S、SH、SOOH等含硫基团，进一步生成S
n
分子，最终长
大生成纳米硫颗粒。相较于液相合成方法，本专利技术流程简单、制备过程使用的化学试剂少、制备的纳米硫颗粒纯度高。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用介质阻挡放电等离子体制备纳米硫材料的方法，所述方法主要包括以下步骤：先将含硫气体作为硫源与平衡气混合均匀，再采用等离子体碰撞含硫气体分子以在气相中产生含硫基团，进一步生成S
n
分子，最终长大成纳米硫颗粒；其中，制备过程中采用冷却介质对等离子体反应区域进行冷却；n＝6～8。
[0008]进一步地，所述含硫气体包括H2S及SO2气体，平衡气为氩气。
[0009]进一步地，冷却介质为液氮或液态二氧化碳；混合均匀后的气体通入反应器内，反应器位于冷却腔室内，其形成所述等离子体反应区域；将冷却介质通入冷却腔室内对所述等离子体反应区域进行冷却。
[0010]进一步地，采用液氮为冷却介质时，液体流量为0.1～4.5t/h；采用液态二氧化碳为冷却介质时，液体流量优选为0.1～3t/h。
[0011]进一步地，H2S和SO2气体的总流量为0.1～1000ml/min，H2S和SO2的气体流量比值为0.1～10。
[0012]进一步地，采用真空泵来控制等离子体反映区域的真空度，进而调控生成的纳米硫颗粒的物理尺寸及化学组成。
[0013]进一步地，通过控制冷却介质的流量来控制所述等离子体反应区域的冷却速率，进而控制生成的纳米硫颗粒的物理尺寸及化学组成。
[0014]进一步地，H2S气体流量控制为200ml/min，SO2气体流量为100ml/min，Ar的气体流量为600ml/min，液氮的流速为1t/h，等离子体放电电压为5.0kV。
[0015]进一步地，H2S气体流量控制为100ml/min，SO2气体流量为100ml/min，Ar的气体流量为800ml/min，液氮的流速为2.5t/h，等离子体放电电压为4.0kV。
[0016]本专利技术还提供了一种采用如上所述的用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法制备的纳米硫材料，所述纳米等离子体包括S6、S7及S8，其中，纳米硫颗粒中S6的含量为3.2％，S7的含量为2.8％，S8的含量为94.0％或者纳米硫颗粒中S6的含量为6.8％，S7的含量为8.4％，S8的含量为84.8％。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法及产品主要具有以下有益效果：
[0018]1.本专利技术采用H2S和SO2气体为硫源，利用低温等离子体产生的高能电子碰撞H2S和SO2分子，在气相中产生S、SH、SOOH等含硫基团，进一步生成S
n
分子，最终长大生成纳米硫颗粒。相较于液相合成方法，本专利技术流程简单、制备过程使用的化学试剂少、制备的纳米硫颗粒纯度高。
[0019]2.本专利技术使用液氮或者液态二氧化碳作为冷却介质，相较于常见的在空气中冷却的方法，冷却速率大大提高；并通过调控冷却介质的流量控制等离子体反应区域内的冷却速率，进而控制产物纳米硫颗粒的物理尺寸大小以及化学组成(即S
n
，n＝6～8的含量)，此方法设备简单、调控精准。
[0020]3.本专利技术采用真空泵控制等离子体反应区域内的真空度，进而控制反应粒子(电子、带电离子、自由基团等)的平均自由程，进而调控生成的纳米硫颗粒的物理尺寸大小以
及化学组成(即S
n
，n＝6～8的含量)，此方法设备简单、调控精准。
附图说明
[0021]图1是本专利技术提供的用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法的流程示意图；
[0022]图2是图1中的用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法所用设备的示意图；
[0023]图3是以H2S和SO2气体为硫源、Ar为平衡气，介质阻挡放电等离子体制备的纳米硫颗粒的透射电镜图；
[0024]图4是以H2S和SO2气体为硫源，Ar为平衡气，介质阻挡放电等离子体制备的纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：先将含硫气体作为硫源与平衡气混合均匀，再采用等离子体碰撞含硫气体分子以在气相中产生含硫基团，进一步生成S
n
分子，最终长大成纳米硫颗粒；其中，制备过程中采用冷却介质对等离子体反应区域进行冷却；n＝6～8。2.如权利要求1所述的用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法，其特征在于：所述含硫气体包括H2S及SO2气体，平衡气为氩气。3.如权利要求1所述的用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法，其特征在于：冷却介质为液氮或液态二氧化碳；混合均匀后的气体通入反应器内，反应器位于冷却腔室内，其形成所述等离子体反应区域；将冷却介质通入冷却腔室内对所述等离子体反应区域进行冷却。4.如权利要求2所述的用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法，其特征在于：采用液氮为冷却介质时，液体流量为0.1～4.5t/h；采用液态二氧化碳为冷却介质时，液体流量优选为0.1～3t/h。5.如权利要求2所述的用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法，其特征在于：H2S和SO2气体的总流量为0.1～1000ml/min，H2S和SO2的气体流量比值为0.1～10。6.如权利要求2所述的用介质阻挡放电等离子体来制备纳米硫材料的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗光前，孙瑞泽，余鸣宇，王莉，李显，姚洪，
申请(专利权)人：深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：