一种硫化镉纳米粉的制备方法技术

一种硫化镉纳米粉的制备方法为：1、配制可溶性镉盐和可溶性硫化物溶液；2、制备硫化镉；3、制备镉氨前躯体溶液；4、将前躯体溶液以在制冷机中冻结的方式冷冻成固体冻结物；5、前躯体冻结物冻干制备硫化镉纳米粉；6、收集保存硫化镉纳米粉。本发明专利技术过程简单，操作方便，化学反应条件容易控制与实现，可进行工业化生产。所制备硫化镉纳米粉化学成分纯净，粒径均匀，无硬团聚，为非晶态纳米粉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米粉体材料的制备
，特别涉及一种采用冷冻真空干燥技术制备硫化镉纳米粉体材料的制备方法。
技术介绍
硫化镉(CdS)是一种典型的半导体化合物，室温下其禁带宽度为2.4电子伏特，是一种宽禁带的直接半导体，具有优异的光电转化特性和发光性能，常被用来作为太阳能电池的窗口材料。随着尺寸的减小及形貌的变化，硫化镉纳米结构的禁带宽度发生明显的变化，表现出不同于块材的、更加优异的光电性能，因而在催化、非线性光学、光吸收、传感器和磁性材料等新材料方面有广阔的应用前景，尤其是在光催化领域、太阳能电池方面的应用更令人期待。在已知的光解水制氢催化剂中，硫化镉是一种高效率可见光响应的光催化齐U，能有效地利用可见光实现光解水制氢。另外，美国加州大学新开发的一种新型太阳能电池技术，也是通过硫化镉纳米材料的应用来实现的。采用不同的合成方法和合成条件，可以制备出不同形貌的硫化镉材料。目前人们已经通过多种方法成功制备出不同规格和不同形貌的硫化镉纳米材料，包括硫化镉纳米线，硫化镉空心球，硫化镉立方纳米晶体，硫化镉六方纳米晶体，以及一些掺杂硫化镉纳米材料。所采用的硫化镉纳米材料制备方法包括:胶体化学法、微乳液法、水热法、前躯体分解法等化学方法。这些制备硫化镉纳米的方法存在如下缺点: 1、制备粉体的条件包括加热温度、搅拌速度、PH值范围、化学试剂滴加的速度和滴加的顺序，化学反应条件不容易控制，适用于实验室小剂量制备，不适于工业化大批量生产； 2、在液相中造粒成粉，得到的粉体均分散在液相中，将粉体分离出来进行干燥时，由于有水分子的存在，在水分子表面张力的作用下，易造成颗粒之间发生硬团聚； 3、为了防止所制备粉体在液相中聚集，常添加分散剂、保护剂等非目标成分，或前躯体分解时可能产生副产物，这都容易导致最终所制备粉体的化学组成不纯净 4、所制备粉体颗粒粒径分布不均匀，且为晶体颗粒，活性小。冷冻真空干燥(简称为冷冻干燥，或冻干)方法作为一项成熟技术，已经在食品、医药、生物、材料等领域获得广泛的应用；采用冷冻真空干燥方法制备纳米粉体材料已有近30年的研究历史。目前，人们借助冷冻干燥技术，通过设计不同的化学路径，已经成功制备出多种金属、金属氧化物等纳米粉体材料。而冷冻干燥法制备的纳米粉体材料具有的多项优点，包括:粉体无硬团聚、粉体粒径小且均匀、能保证粉体的化学组成、粉体颗粒为活性强的非晶体结构，是其它制备方法不具备的。目前，用冷冻真空干燥法制备硫化镉纳米材料在国内外都未见报道，也没有制备出非晶态硫化镉纳米粉体的报道。
技术实现思路
本专利技术提供，该制备方法过程简单，操作方便，化学反应条件容易控制与实现，可进行工业化生产。所制备硫化镉纳米粉化学成分纯净，粒径均匀，无硬团聚，为非晶态纳米粉。本专利技术提供的冷冻真空干燥技术制备硫化镉纳米粉体材料的工艺流程为:硫化镉合成一镉氨络合物溶液制备一络合物溶液冻结一冻结物真空干燥生成硫化镉纳米粉。为: 1、配制可溶性镉盐和可溶性硫化物溶液。将镉盐、硫化物分别盛入两个容器中，加入去离子水，搅拌至完全溶解，分别制成含镉离子、含硫离子的两种水溶液。这里所说的镉盐是指氯化镉、硫酸镉、硝酸镉、醋酸镉、溴化镉、碘化镉，但不限于这几种镉盐，所说的硫化物是指硫化钠、硫化钾、硫化铵、硫化锂、硫化氢、硫氢化钠、硫氢化钾、硫氢化氨，但不限于这几种硫化物； 2、制备硫化镉。在常温下，将上述两种溶液混合并搅拌，将得到的硫化镉沉淀过滤分离，并用去离子水洗涤； 3、制备镉氨前躯体溶液。将洗涤后的硫化镉沉淀放入容器中，加入氨水，搅拌，至硫化镉沉淀溶解成镉氨络合物溶液，作为前躯体溶液备用； 4、将前躯体溶液以在制冷机中冻结的方式冷冻成固体冻结物。这里所说的冻结的方式还包括:经冷媒制冷冻结，在冻干机中经搁板制冷完成冻结，在冻干机中通过直接抽真空进行真空蒸发冻结； 5、前躯体冻结物冻干制备硫化镉纳米粉。开启冻干机，将冻结成固体的前躯体溶液置于冷冻真空干燥机的冻干箱内，保持冻干箱内温度低于前躯体溶液的共晶点温度。当冻干机冷阱温度降低至可以开启真空泵的温度时，开启真空泵，对冷阱和冻干箱抽真空，使冻结物中的氨气分子挥发、水分子升华，至前躯体全部分解生成硫化镉粉体。提高搁板温度并继续抽真空，使硫化镉粉体中结合的氨气和水分子全部分解并挥发走。需要说明的是，本专利技术所使用的冷冻干燥机，应避免采用铜制构件以防被氨腐蚀；在冷冻真空干燥机真空泵排气管处，应加设氨回收系统，以防止氨气排入大气污染环境； 6、收集保存硫化镉纳米粉。关闭冻干机、缓慢开启泄压阀，打开冻干箱门，收集硫化镉纳米粉并包装，常温贮存。本专利技术的特点在于: 1、前躯体制备在常温常压下进行，过程简单，操作方便，不受温度、搅拌速度、PH值、化学试剂滴加的速度和滴加的顺序等因素约束，化学反应条件容易控制，整个过程都适合于规模化工业生产硫化镉纳米粉。2、在前躯体冻结物的真空干燥过程中造粒成粉，得到的是干燥的粉体，造粒和干燥过程同时完成。前躯体是在冻结的前提下被干燥，无液态水存在，没有表面张力的影响，不会造成粉体间的硬团聚。3、前躯体的制备时，容易将硫化镉沉淀洗涤干净，而硫化镉溶于氨水后即得到前躯体溶液，不必另外添加分散剂、保护剂等非目标成分。前躯体溶液冻干过程中，水分子升华、氨气分子升华而被除去，剩余的干燥物质即是纯净的硫化镉纳米粉，没有其它非目标产物生成，整个工艺过程中不会掺入杂质，所以能保证制备的硫化镉粉体化学成分纯净。4、冷冻真空干燥方法制备纳米粉体，由于造粒过程发生在前躯体的冻结状态，前躯体中造粒的微观粒子能量小且相互间距离相对较远，形成粉体颗粒时微观粒子不能规则排列成晶体颗粒，只能形成非晶态颗粒。 由于造粒过程中，微观粒子间距离均与，造粒条件一致，因而可保证形成的硫化镉颗粒粒径均匀。所以冷冻真空干燥方法制备的硫化镉纳米粉体，为粒径均匀的球形非晶体颗粒，颗粒表面原子剩余价键多，有超常的催化活性和光敏性。具体实施例方式实施例1 为: 1、称取氯化镉粉末10克于500毫升烧杯A中，加入100毫升去离子水，搅拌至全部溶解，制成氯化镉水溶液；称取硫化钠粉末10克于200晕升烧杯B中，加入100晕升去尚子水，搅拌至全部溶解，制成硫化钠水溶液。2、在常温下，将烧杯B中的硫化钠水溶液缓慢倒入盛有氯化镉溶液的烧杯A中，并搅拌10分钟，使硫化钠与氯化镉充分发生反应生成硫化镉沉淀；将硫化镉沉淀从溶液中过滤分离出来，用去离子水洗涤硫化镉沉淀3次。3、将经洗涤的硫化镉沉淀放入烧杯A中，加入20%的氨水100毫升，搅拌，至硫化镉沉淀溶解成镉氨络合物溶液。4、将镉氨络合物溶液倒入直径为20厘米的培养皿中，置于冰箱冷冻室冷冻，至全部冻结成固体冻结物。5、开启实验型冷冻干燥机，为冷阱制冷至_40°C，将装有镉氨络合物溶液冻结物的培养皿置于冻干箱内的隔板上。开启真空泵，控制搁板温度保持在_5°C。当培养皿内的冰晶全部消失后，提 高搁板温度至60°C，继续抽真空至粉体温度接近60°C并保持稳定。6、冻干机停机，缓慢开启泄压阀，打开冻干箱门，收集粉体，装入磨口瓶中封存。实施例2 为: 1、称取硫酸镉粉末100千克放入500升塑料桶A中，加入200升去离子水，搅拌至全部溶解，制成硫酸镉水溶液；称取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫化镉纳米粉的制备方法，其特征是：(1)、配制可溶性镉盐和可溶性硫化物溶液；将镉盐、硫化物分别盛入两个容器中，加入去离子水，搅拌至完全溶解，分别制成含镉离子、含硫离子的两种水溶液；这里所说的镉盐是指氯化镉、硫酸镉、硝酸镉、醋酸镉、溴化镉、碘化镉，但不限于这几种镉盐，所说的硫化物是指硫化钠、硫化钾、硫化铵、硫化锂、硫化氢、硫氢化钠、硫氢化钾、硫氢化氨，但不限于这几种硫化物；（2）、制备硫化镉；在常温下，将上述两种溶液混合并搅拌，将得到的硫化镉沉淀过滤分离，并用去离子水洗涤；（3）、制备镉氨前躯体溶液；将洗涤后的硫化镉沉淀放入容器中，加入氨水，搅拌，至硫化镉沉淀溶解成镉氨络合物溶液，作为前躯体溶液备用；（4）、将前躯体溶液以在制冷机中冻结的方式冷冻成固体冻结物；这里所说的冻结的方式还包括：经冷媒制冷冻结，在冻干机中经搁板制冷完成冻结，在冻干机中通过直接抽真空进行真空蒸发冻结；（5）、前躯体冻结物冻干制备硫化镉纳米粉；开启冻干机，将冻结成固体的前躯体溶液置于冷冻真空干燥机的冻干箱内，保持冻干箱内温度低于前躯体溶液的共晶点温度；当冻干机冷阱温度降低至可以开启真空泵的温度时，开启真空泵，对冷阱和冻干箱抽真空，使冻结物中的氨气分子挥发、水分子升华，至前躯体全部分解生成硫化镉粉体；提高搁板温度并继续抽真空，使硫化镉粉体中结合的氨气和水分子全部分解并挥发走；需要说明的是，本专利技术所使用的冷冻干燥机，应避免采用铜制构件以防被氨腐蚀；在冷冻真空干燥机真空泵排气管处，应加设氨回收系统，以防止氨气排入大气污染环境；（6）、收集保存硫化镉纳米粉；关闭冻干机、缓慢开启泄压阀，打开冻干箱门，收集硫化镉纳米粉并包装，常温贮存。...

【技术特征摘要】
1.一种硫化镉纳米粉的制备方法，其特征是:(I)、配制可溶性镉盐和可溶性硫化物溶液；将镉盐、硫化物分别盛入两个容器中，加入去离子水，搅拌至完全溶解，分别制成含镉离子、含硫离子的两种水溶液；这里所说的镉盐是指氯化镉、硫酸镉、硝酸镉、醋酸镉、溴化镉、碘化镉，但不限于这几种镉盐，所说的硫化物是指硫化钠、硫化钾、硫化铵、硫化锂、硫化氢、硫氢化钠、硫氢化钾、硫氢化氨，但不限于这几种硫化物；(2)、制备硫化镉；在常温下，将上述两种溶液混合并搅拌，将得到的硫化镉沉淀过滤分离，并用去离子水洗涤；(3)、制备镉氨前躯体溶液；将洗涤后的硫化镉沉淀放入容器中，加入氨水，搅拌，至硫化镉沉淀溶解成镉氨络合物溶液，作为前躯体溶液备用；(4)、将前躯体溶液以在制冷机中冻结的方式冷冻成固体冻结物；这里所说的冻结的方式还包括:经冷媒制冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，李洪仁，张世伟，
申请(专利权)人：沈阳大学，
类型：发明
国别省市：