[發明專利]一種硫化鋅納米氣凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201610309570.8
• 申請日: 2016-05-11
• 公開（公告）號: CN106006717B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 王生釗;南春娟;杜瑞娟;王璐子;李艷艷;杜艾;沈軍;周斌
• 申請（專利權）人: 南陽理工學院;王生釗
• 主分類號: C01G9/08
• 分類號: C01G9/08;B82Y30/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于半導體光催化和氣凝膠領域，具體涉及一種硫化鋅(ZnS)納米氣凝膠的制備方法，該氣凝膠還可以應用于核廢水的處理、光致發光及其光制氫等領域。

背景技術

ZnS(硫化鋅)是屬于II、Ⅵ族半導體材料的一種，ZnS的能隙為3.6～3.8eV，在光催化領域具有很大的優勢。同時，ZnS納米晶顆粒還具有獨特的物理化學性質，如量子尺寸效應、非線性光學性質，在光、電、磁、催化等方面具有潛在的應用前景。目前，為了使ZnS等材料作為光催化材料而大規模的應用于工業生產中，人們進行了大量的工作。例如：在制備過程中向ZnS體系中引入別的離子進行摻雜，或者對ZnS微粒進行表面修飾，以及對ZnS納米材料包括納米粉體、膠粒、納米棒、納米線以及薄膜等形貌與粒徑的控制合成。大量的實驗表明，ZnS的光催化效率和它的比表面積以及粒徑大小有著直接的聯系，一般來說比表面積越大，它與被催化介質的接觸面積就越大，那么它的光催化效率就會越高。因此，硫化鋅納米氣凝膠的制備逐漸走入了人們的視線，并引起了大家的高度重視。

氣凝膠是一種新型的輕質納米多孔非晶固態材料，具有高孔隙率、高比表面積、低密度、低折射率、低彈性模量、低聲阻抗、低熱導率、強吸附性能、典型的分形結構等特點。

發明內容

對于現有技術的不足繼續研究，本發明所制備的硫化鋅納米晶氣凝膠兼具ZnS半導體納米晶和氣凝膠的特性于一體，從而使得半導體納米晶氣凝膠不但有半導體的性質，還同時具有擁有氣凝膠的獨特的結構性能，例如大的比表面積和高的孔洞率以及極低的密度等性質，這使得硫化鋅納米晶氣凝膠在半導體光催化等技術在處理有機污染物、催化化石燃料脫硫、核廢水、太陽能電池、光催化、光致發光、光制氫的處理等諸多方面都有廣闊的應用前景。

其次本發明運用納米顆粒組合法及反膠束體系對ZnS顆粒的尺寸進行控制，制備硫化鋅納米氣凝膠。該ZnS氣凝膠對于含重金屬污水(例如，Hg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺)的治理非常有效且基本不會造成二次污染。同時，ZnS氣凝膠的納米多孔結構使其在熱學、吸附、催化和電子等領域，也可用作超低導電系數的絕緣層、聲阻抗耦合材料、催化劑和催化劑載體、氣體過濾材料等諸多方面，具有很廣闊的應用前景。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種硫化鋅納米氣凝膠的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S1將0.1～0.2mol的Zn(NO₃)₂加入到盛有50mL去離子水的燒杯中，將0.1～0.2mol的Na₂S加入到盛有50mL的去離子水的燒杯中，分別不斷攪拌30～60min；

S2取S1中20～40ml的Zn(NO₃)₂和20～40ml的Na₂S溶液，分別逐滴滴入50～100毫升0.5～1.2mol/L的丁二酸二異辛酯磺酸鈉(AOT)/正庚烷溶液中，不斷攪拌30～60min，形成Zn(NO₃)₂/AOT/正庚烷及Na₂S/AOT/正庚烷反膠束體系；

S3將S2中等體積的Zn(NO₃)₂/AOT/正庚烷和Na₂S/AOT/正庚烷的反膠束溶液緩慢混合，形成ZnS/AOT/正庚烷反膠束體系，攪拌30～90min至到反膠束體系穩定；

S4將10～25毫升0.5～0.8mol/L的對氟苯硫酚(FPhSH)/正庚烷溶液和10～25毫升0.5～0.9mol/L的三乙胺(TEA)/正庚烷溶液同時滴入到S3的ZnS/AOT/正庚烷反膠束體系中，持續攪拌60～120min，得到穩定的懸濁液，對懸濁液進行離心處理，將離心產物用正庚烷清洗3～5遍，得到ZnS納米顆粒；

S5將S4中的ZnS納米顆粒溶于50～100mL丙酮中得到ZnS溶膠，向該ZnS溶膠中滴加3～20mL質量百分含量為1～4％的氧化劑四硝基甲烷(TNM)/丙酮等溶液，持續攪拌30～90min后靜置，經過2～4周的老化后得到ZnS濕凝膠；