一种Gd2O2S粉体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种利用高硫焦硫化法制备Gd2O2S粉体，属于无机粉体的制备领域。本发明专利技术以Gd(NO3)3·

【技术实现步骤摘要】
一种Gd2O2S粉体及其制备方法和应用


[0001]专利技术属于无机粉体的制备领域，涉及一种Gd2O2S粉体及其制备方法和应用，具体涉及一种制备Gd2O2S粉体的硫化法。

技术介绍

[0002]稀土硫氧化物是一种性能和应用前景都十分广泛的功能材料之一。它们具有特殊电子结构，可以选择Y、La、Gd和Lu等稀土元素作为Ln2O2S主晶格材料，用其它的镧系元素或过渡族元素对主晶格材料进行掺杂。当以钆为主晶格材料时，其综合性能良好。Gd2O2S具有六方晶体结构，宽的禁带(4.6
‑
4.8eV)，高密度(7.34g
·
cm
‑3)，表现出良好的化学稳定性、高的X射线转换效率、短的衰减时间和无毒性，因此广泛应用于各个方面：包含医疗诊断成像(如X
‑
CT、PET)、高能物理辐射探测器、工业辐射监测、安全检查和生物医学等诸多领域。
[0003]目前，Gd2O2S粉体的合成方法有高温固相法、溶剂热法、还原法、燃烧法、乳状液膜法和硫化法等。高温固相法通常是在非常苛刻的实验条件下进行的固态反应，适用于批量合成，但制备出的Gd2O2S粉体的形貌和尺寸不可控。溶剂热法合成的产物纯净，但产量低，均匀性差。还原法合成Gd2O2S粉体需要使用易燃易爆的氢气，安全性差，燃烧法合成的Gd2O2S粉体形貌不规则，乳状液膜法合成Gd2O2S粉体过程复杂，硫化法采用硫化氢、二硫化碳等硫化剂对前驱体或煅烧产物进行硫化，存在硫化剂毒性大、成本高且不易购买、安全性差和对环境不友好等诸多不足之处。
[0004]石油焦是指的是原油经蒸馏将轻质油分离，重质油再经热裂转化而成的产品。石油焦根据硫的质量分数的不同可分为低硫焦(S≤1.5％)、中硫焦(1.5％＜S＜3.0％)和高硫焦(S≥3.0％)。近年来，我国石油焦需求量不断增大，导致市面上优质低硫石油焦供不应求，而高硫石油焦过剩，价格低，越来越多的企业采用高硫石油焦来生产预焙阳极，其在高温煅烧过程中会排放有害的含硫气体，直接对大气造成严重污染并对人体的健康造成一定的危害。如果将含硫的烟气变废为宝，充分发挥其特有的硫化作用来制备稀土硫氧化物，不仅能合成产物纯度高、形貌可控，而且还能减少能源消耗，降低生产成本，减少大气污染。因此，开展对高硫石油焦煅烧产生的废气的综合利用势在必行。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种利用高硫石油焦煅烧过程中产生的废气制备Gd2O2S粉体的工艺方法。本专利技术以Gd(NO3)3·
6H2O、尿素为原料，首先采用均相沉淀法合成Gd2O3粉体，然后通过在氩气或氮气气氛下煅烧高硫石油焦产生的废气来硫化Gd2O3制备了Gd2O2S粉体。高硫石油焦用作硫源，不仅克服了传统硫化剂硫化氢、二硫化碳和升华硫硫化存在的毒性大、安全性差和成本高的问题，而且采用煅烧高石油焦产生的废气直接作为硫源，降低了对大气环境的污染，具有成本低廉、环境友好等优点。
[0006]本专利技术提供一种Gd2O2S粉体的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)分别配制尿素溶液和含钆离子溶液，在一定温度下将尿素溶液以一定的流速
滴定到含钆离子溶液中，获得前驱体；
[0008](2)将步骤(1)得到前驱体经洗涤、干燥和煅烧获得Gd2O3粉体；
[0009](3)将高硫石油焦和步骤(2)得到的Gd2O3粉体置于电阻炉中，通入惰性气体，进行硫化反应，得到Gd2O2S粉体；所述硫化反应温度为900～1250℃。
[0010]进一步地，在上述技术方案中，步骤(1)中，所述含钆离子溶液为Gd(NO3)3；；所述Gd(NO3)3溶液为Gd(NO3)3·
6H2O溶解于去离子水中；所述含钆离子溶液的摩尔浓度为小于等于0.01mol/L；所述尿素与钆离子的摩尔比为20～100。
[0011]进一步地，在上述技术方案中，步骤(1)中，所述尿素溶液和含钆离子溶液等体积。
[0012]进一步地，在上述技术方案中，步骤(1)中，所述反应温度为80～95℃。
[0013]进一步地，在上述技术方案中，步骤(1)中，所述将尿素溶液滴定到Gd(NO3)3溶液中采用蠕动泵进行滴定，所述尿素溶液的滴定速度为5～50mL/min。
[0014]进一步地，在上述技术方案中，步骤(2)中，所述洗涤溶剂为去离子水和无水乙醇，所述洗涤为依次采用去离子水和无水乙醇进行；所述煅烧温度为600～1000℃，煅烧时间为0.5～2h。
[0015]进一步地，在上述技术方案中，步骤(3)中，所述电阻炉为真空电阻炉，所述真空度为
‑
0.1～
‑
0.05MPa；所述惰性气体为氩气或氮气。
[0016]进一步地，在上述技术方案中，步骤(3)中，硫化反应时间为0.5～2h。
[0017]采用上述制备方法得到的Gd2O2S粉体，所述粉体的形状为球形、近球形或类球形；所述Gd2O2S粉体颗粒直径为50
‑
100nm；所述Gd2O2S粉体为单相六方晶体结构。
[0018]本专利技术又提供一种Gd2O2S粉体的应用，所述Gd2O2S粉体应用在X
‑
CT、X射线增感屏、正电子发射断层成像、高能物理和工业探测等领域。
[0019]本专利技术的目的在于提供一种利用高硫石油焦硫化法制备Gd2O2S粉体的工艺方案。首先通过钆源Gd(NO3)3，并固定尿素和钆离子的摩尔比，调整钆离子的摩尔浓度(0.01，0.05和0.1mol/L)和尿素溶液的滴定速度合成了不同形貌和尺寸的前驱体，进而在马弗炉中800℃煅烧2小时，得到不同形貌的Gd2O3粉体。然后以高硫石油焦为硫源，在不同温度下煅烧的废气对上述Gd2O3粉体进行2小时硫化，通过分析制备中Gd2O2S粉体的物相、尺寸和形貌变化规律，制定最优合成工艺方案。
[0020]本专利技术提供了一种Gd2O2S粉体的制备中最优工艺的主要特征在于：选择0.01mol/L的Gd(NO3)3作为钆源，尿素：钆离子的摩尔比为50，尿素溶液的滴定速度为50mL/min。高硫石油焦的硫化工艺为：硫化温度1000℃，硫化时间2小时，获得的Gd2O2S粉体纯度最高，形貌为近球形和近球形。
[0021]本专利技术提供的最优Gd2O2S粉体的制备方法，得到Gd2O2S粉体。其前驱体、煅烧产物和硫化产物尺寸小，颗粒直径在50
‑
100nm，粉体为球形和近球形，且所合成的Gd2O2S粉体是单相。该Gd2O2S粉体可以应用在X
‑
CT、X射线增感屏、正电子发射断层成像(PET)、高能物理和工业探测等领域。
[0022]本专利技术有益效果
[0023]本专利技术以Gd(NO3)3·
6H2O、尿素为原料，首先采用均相沉淀法合成Gd2O3粉体，然后通过在氩气或氮气气氛下煅烧高硫石油焦产生的废气来硫化Gd2O3制备了Gd2O2S粉体。高硫石油焦用作硫源，不仅克服了传统硫化剂硫化氢、二硫化碳和升华硫硫化存在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Gd2O2S粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别配制尿素溶液和含钆离子溶液，在一定温度下将尿素溶液以一定的流速滴定到含钆离子溶液中，获得前驱体；(2)将步骤(1)得到前驱体经洗涤、干燥和煅烧获得Gd2O3粉体；(3)将高硫石油焦和步骤(2)得到的Gd2O3粉体置于电阻炉中，通入惰性气体，进行硫化反应，得到Gd2O2S粉体；所述硫化反应温度为900～1250℃。2.根据权利要求1所述的Gd2O2S粉体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含钆离子溶液为Gd(NO3)3；所述含钆离子溶液的摩尔浓度为小于等于0.01mol/L；所述尿素与钆离子的摩尔比为20～100。3.根据权利要求1所述的Gd2O2S粉体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述尿素溶液和含钆离子溶液等体积。4.根据权利要求1所述的Gd2O2S粉体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应温度为80～95℃。5.根据权利要求1所述的Gd2O2S粉体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述将尿素溶液滴定到Gd(NO3)3溶液中采用蠕动泵进行滴定，所述尿素溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：连景宝，曲慧琳，朴虹谚，张欣，李鑫，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：