[發(fā)明專利]一種超聲波輔助超臨界CO2流體剝離二硫化鉬的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410130854.1
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103910384A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊桂生;徐芹;汪麗娟
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥杰事杰新材料股份有限公司
• 主分類號: C01G39/06
• 分類號: C01G39/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所 34115
• 代理人: 汪貴艷

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種超聲波輔助超臨界CO2流體剝離二硫化鉬的方法。

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背景技術(shù)

二硫化鉬作為一種具有類似石墨烯結(jié)構(gòu)的層狀半導體材料，其具有金屬光澤、良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，并且觸及有滑膩感，適用于潤滑領(lǐng)域，并具有“潤滑之王”的美譽。與普通的二硫化鉬相比，納米二硫化鉬在各方面性能上得到了進一步的提升，表現(xiàn)為：大的比表面積，吸附能力更強、反應(yīng)活性更高及優(yōu)異的摩擦性能，因此近幾年來引起了廣泛的關(guān)注。目前制備的二氧化鉬納米材料的形貌結(jié)構(gòu)各不相同，包括納米管、納米線、納米棒、納米花、空心納米球以及富勒烯結(jié)構(gòu)。但是其二維納米結(jié)構(gòu)卻報道較少，主要因為二硫化鉬屬于典型的片層結(jié)構(gòu)，層與層之間是以較弱的范德華力結(jié)合，在外界影響下，易發(fā)生蜷曲和團聚。

由于二維納米二硫化鉬材料在離子交換、吸附、傳導、分離和催化等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如何開發(fā)成為了國內(nèi)外研究的熱點。目前制備二維納米二硫化鉬的主要集中在以下幾種方法：液相法、高壓電弧法、氧化還原法和氣相沉積法；其中，在液相中直接分散再機械剝離二硫化鉬可能是低成本制備二維納米二硫化鉬的有效方法，但是其操作繁瑣且產(chǎn)率較低。高壓電弧法、氧化還原法和氣相沉積法雖然可以制備出高質(zhì)量的二維納米二硫化鉬，但是高溫高壓的反應(yīng)條件及其復雜的制備過程，不能滿足低成本、大規(guī)模生產(chǎn)二維納米二硫化鉬的需求。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超聲波輔助超臨界CO₂流體剝離二硫化鉬的方法，可以實現(xiàn)二維納米二硫化鉬的高效率、低成本、安全、無污染、工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

一種超聲波輔助超臨界CO₂流體剝離二硫化鉬的方法，該方法采用超臨界CO₂流體為剝離劑，超聲波為輔助剝離的方法，具體步驟包括：

（1）將二硫化鉬和干冰按質(zhì)量比為1：（10～30）加入超聲反應(yīng)釜中；

（2）打開超聲反應(yīng)釜中的超聲波細胞粉碎機發(fā)生器，使超聲反應(yīng)釜內(nèi)壓力和溫度值均達到CO₂臨界值后，超聲波細胞粉碎機發(fā)生器再繼續(xù)工作10～180min后關(guān)閉；

（3）打開反應(yīng)釜上的泄壓閥，使壓力降到常壓，即得二維納米二硫化鉬。

所述步驟（1）中超聲反應(yīng)釜包括上蓋和釜體，所述釜體內(nèi)部設(shè)有超聲波細胞粉碎機發(fā)生器，所述超聲波細胞粉碎機發(fā)生器的上部套設(shè)于上蓋上；所述上蓋上位于超聲波細胞粉碎機發(fā)生器的兩側(cè)分別設(shè)有壓力表與溫度顯示表；所述釜體側(cè)壁上設(shè)有泄壓閥。

所述上蓋和釜體之間夾設(shè)有聚四氟乙烯密封墊片，采用對稱分布的高壓螺栓將上蓋固定密封在釜體上端。

所述步驟（1）中所述的干冰質(zhì)量和超聲反應(yīng)釜體積比為1：（20～50）g/mL。

所述步驟（1）中二硫化鉬為輝鉬礦粉體或微米級二硫化鉬。

所述步驟（2）中超聲波細胞粉碎機發(fā)生器再繼續(xù)工作時，超聲反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為8.0～20Mpa、溫度為32～85℃。

所述步驟（2）中超聲波細胞粉碎機發(fā)生器的超聲波功率為50～1500W。

所述的輝鉬礦粉體是將選礦后的輝鉬礦置于球磨機中球磨破碎，過200目篩后得到；所述的微米級二硫化鉬是指商品化的二硫化鉬微米級粉末，其粒徑介于10～100μm。

本發(fā)明采用自行設(shè)計的超聲反應(yīng)釜，通過加入適量干冰，在超聲波細胞粉碎機發(fā)生器的超聲輔助下達到超臨界狀態(tài)，實現(xiàn)對二硫化鉬的物理剝離。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果如下：

（1）本發(fā)明的超聲反應(yīng)釜不需要特殊的加溫加壓裝置，解決了直接注入超臨界流體CO₂時需要使用特殊的設(shè)備控制的問題，一般該類設(shè)備體積龐大，價格昂貴。

（2）本發(fā)明的反應(yīng)釜內(nèi)的超聲波細胞粉碎機發(fā)生器可以起到兩方面的作用：一是創(chuàng)造超臨界的條件，因為超臨界CO₂流體需要在31度，7.2MPa的壓力情況下形成，本發(fā)明不需要加熱，只要加入適量的干冰，在其超聲作用下，就能達到7.2MPa以上的壓力，同時超聲也會使溫度上升，滿足超臨界流體的形成條件；二是超聲能夠輔助CO₂流體擴散進入二硫化鉬層間，降低了層間作用力，實現(xiàn)二硫化鉬的有效剝離。

（3）本發(fā)明通過控制反應(yīng)釜的壓力、超聲時間及其頻率等條件可以制備出大塊、質(zhì)量高、層數(shù)可控的二硫化鉬。