一种N掺杂NiS纳米微球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及N掺杂NiS纳米微球及其制备方法和应用，所述N掺杂NiS纳米微球的制备方法为：先按照化学式NiS中各个原子的摩尔比例，称取NiCl2·

【技术实现步骤摘要】
一种N掺杂NiS纳米微球及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料制备
，具体涉及一种N掺杂NiS纳米微球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在碳达峰、碳中和的“双碳”战略下，核能已经成为我国能源转型的重要选项。核能作为清洁能源，由于清洁无污染、能量密度高、综合成本低、无供电间隙等优点，已成为替代高污染化石能源的一种不可或缺的重要清洁能源，以解决我国大气污染的问题。核电厂中核燃料在核反应过程中产生大量的核能的同时，也产生大量的放射性裂变产物。在中子轰击下核燃料
235
U发生裂变产生
90
Sr，
89
Sr及一些短寿命的同位素
91
Sr
‑
102
Sr，其中
90
Sr裂变产率可达5.8％，因此在核电厂中，不管是乏燃料、核废料、或排放的流出物中均含有一定浓度的
90
Sr。由于
90
Sr的裂变产额较高、半衰期较长且容易迁移，一旦排放到环境中，容易通过食物链进入人体骨骼中蓄积，同时，
90
Sr在衰变过程中发出高能β射线，容易对生物骨髓造血组织和骨骼产生较大的辐射损伤。因此，
90
Sr不仅对人体组织和健康产生较大的危害，而且对周围生态环境影响很大。为此，国家核电安全监管部门非常重视
90
Sr的排放，把对
90
Sr的监测作为核电厂流出物排放的主要监管项目之一。因此，研发一种针对放射性Sr的高效、快速特异性吸附材料变得尤为关键。
[0003]吸附材料能够有效的从气相或者液相中吸附某种物质，衡量一种吸附材料是否优良主要有以下指标：比表面积、孔道结构、表面官能团、水热稳定性等。良好的吸附材料往往都有优异的吸附特性，通常具备比表面积大，表面活性官能团多，孔道结构良好，孔容大，再生性好，环境污染小，回收方便等特点。吸附的原理是利用材料丰富孔结构和较大的比表面积构造出空间，从而利于吸附作用的发生。随着对吸附材料研究的不断深入，吸附材料的比表面积、孔隙率及尺寸不断突破，先进的纳米吸附材料孕育而生。通过对表面化学，化学工程和纳米技术的结合，为处理放射性废水开辟了有吸引力的方向。经表面修饰所获得的纳米吸附剂已经被成功证明具有优异的吸附效率，可以高效的去除废液中的污染物和重金属污染。在众多高比表面积纳米材料中，硫属纳米材料因其具备独特的性质，在废液中放射性Sr的吸附领域具有诱人的前景。S2–
属于软碱离子，对软酸离子(如Hg
2+
、Pb
2+
、Cd
2+
、Ni
2+
、Co
2+
、UO
22+
、Cs
+
和Sr
2+
等)具有较强的亲和力和较高的选择性，而对硬酸离子(如H
+
、Na
+
和Ca
2+
等)亲和力较差、选择性较低。当把金属硫化物当作吸附剂处理重金属离子或者放射性核素时，其吸附性能受H
+
、Na
+
以及Ca
2+
的负面影响小于传统吸附剂(如活性炭、沸石、黏土、一元金属氧化物等)。因此，金属硫化物吸附剂可以用来处理pH分布范围广、盐浓度高的废水。
[0004]当前，用于吸附核废液中放射性Sr的材料主要为有机物，包含冠醚类树脂和色层树脂粉。存在着合成步骤冗长，制备过程复杂，中间产物较多，萃取过程使用的溶剂量较大，不容易回收等缺点。同时，有机高分子的化学材料对于合成与制备条件的要求也比较苛刻。近年来，热门的金属有机框架(MOF)材料，也有部分用于废液中金属离子的吸附。但配位化合物的种类，制备成本，晶型不容易等因素，限制了其商业化和产业化的进程。而水热法制
备的无机纳米材料，因其制备流程简易，制备条件简单，能量消耗低，易获得高纯度、高品质晶型的无机物，能有效避免硬团聚，物质分散性良好等优势，使其成为科研人员较为青睐的一种材料制备方式。同时，由于磁性纳米材料容易分离和回收，便于重复使用，不易产生有害物质，成为环保型吸附材料的重要研究方向。另外，利用表面修饰方法，在磁性纳米材料表面修饰有机基团，利用金属离子与有机基团的相互作用，包含表面络合、阳离子
‑
π键结合、π
‑
π键结合，H键结合等，进而提高材料的吸附性能。对纳米材料进行表面修饰，丰富了材料表面官能团，能够大幅提高材料的表面活性，成为改善材料吸附性能的一个重要方向。目前，国内关于硫属磁性纳米材料的研究与应用主要聚焦在光电催化，锂电池和超级电容以及生物制药等领域，在核废液中放射性核素的吸附领域的应用鲜有报道。特别的，几乎没有关于硫属磁性吸附纳米微球在核废液中放射性Sr的吸附应用的相关报道。
[0005]本专利技术利用水热法创新性的制备N掺杂的NiS纳米微球，整个制备流程简易，制取条件简单，能量消耗较低，所制晶体尺寸为纳米级，尺寸大小均匀性好，纳米微球的吸附性能优良，具备工业化生产于应用的潜力，在核废液中放射性Sr的吸附领域具有潜在的运用和开发价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术所需要解决的技术问题是克服目前制备纳米吸附材料中存在的制备周期较长，制取效率较低，制备流程较繁琐，制取条件较为苛刻，制备的小颗粒均匀性核分散性较差，材料不易分离与回收等缺陷，运用水热法，提供一种制备周期短，操作流程简单，制取条件简易，纳米颗粒均匀性和分散性好，容易分离与回收，表面官能团丰富，吸附性能优良的新型N掺杂的NiS纳米微球的制备方法及其由该方法制得的N掺杂的NiS纳米微球与应用。
[0007]本专利技术的目的通过如下技术方案实现：
[0008]一种N掺杂的NiS纳米微球的制备方法，它包括以下工艺步骤：
[0009]步骤(1)原料的称取：按照化学式NiS中各个原子的摩尔比例，称取如下的反应原料：0.01～0.05mol NiCl2·
6H2O，0.02～0.10mol硫脲(CH4N2S)；
[0010]接着，再称取占NiCl2·
6H2O与硫脲(CH4N2S)总重量的0.5％～2.5％的络合剂，以及占NiCl2·
6H2O与硫脲(CH4N2S)总重量的1.0％～3.0％的N引入剂；
[0011]步骤(2)反应：
[0012]将步骤(1)称取的各原料置于烧杯中，加入溶剂，搅拌溶解，形成溶液，转移至水热反应釜，然后在180℃～220℃、转速为180
‑
220rpm/min的条件下，反应8～16小时；自然冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇洗涤，离心分离出粉体，干燥得到黑色的N掺杂的NiS纳米微球；
[0013]其中，所述的络合剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇双四乙酸(EGTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)中的一种；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N掺杂的NiS纳米微球的制备方法，其特征在于：它包括以下工艺步骤：步骤(1)原料的称取：按照化学式NiS中各个原子的摩尔比例，称取如下的反应原料：0.01～0.05mol NiCl2·
6H2O，0.02～0.10mol硫脲(CH4N2S)；接着，再称取占NiCl2·
6H2O与硫脲(CH4N2S)总重量的0.5％～2.5％的络合剂，以及占NiCl2·
6H2O与硫脲(CH4N2S)总重量的1.0％～3.0％的N引入剂；步骤(2)反应：将步骤(1)称取的各原料置于烧杯中，加入溶剂，搅拌溶解，形成溶液，转移至水热反应釜，然后在180℃～220℃、转速为180
‑
220rpm/min的条件下，反应8～16小时；自然冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇洗涤，离心分离出粉体，干燥得到黑色的N掺杂的NiS纳米微球；其中，所述的络合剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇双四乙酸(EGTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)中的一种；所述N引入剂为2,4
‑
二氨基苯磺酸、对氨基苯磺酸、苯磺酸、4
‑
氨基苯甲酸、氨基苯硼酸中的一种。2.根据权利要求1所述的N掺杂的NiS纳米微球的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱智华，丘智平，张婉婷，陈胜，温志洲，丘继洪，
申请(专利权)人：福建华微新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：