一種高純亞微米ZnS粉的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，將H2SO4去離子水溶液置于反應(yīng)釜A中，向其中添加高純ZnO粉末，反應(yīng)完全后，靜置得高純ZnSO4透明溶液，將NaOH溶液置于反應(yīng)釜B中，同時(shí)向反應(yīng)釜B中通入H2S氣體，靜置得到高純NaHS透明溶液；向ZnSO4透明溶液中加入十二烷基硫酸鈉，攪拌后加入NaHS溶液，待反應(yīng)完全后，繼續(xù)攪拌，靜置得沉淀物；經(jīng)清洗、脫水烘干、氨催化脫水及除氧得高純亞微米ZnS粉，產(chǎn)物純度達(dá)到99.9%以上，更為重要的是產(chǎn)品粒徑較小，粒徑范圍在300nm-500nm之間，而目前傳統(tǒng)方法制備的ZnS粉粒徑往往在幾微米甚至十幾微米之間，以十二烷基硫酸鈉表面活性劑溶液，有利于防止顆粒之間發(fā)生團(tuán)聚和粘結(jié)，增強(qiáng)了顆粒的分散程度，顆粒表面更加規(guī)則。
【專利說明】—種高純亞微米ZnS粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種ZnS粉的制備方法，具體地說，涉及一種可用于涂料、顏料、發(fā)光粉、光學(xué)鍍膜、熒光屏、塑料、橡膠、航空航天等領(lǐng)域的高純亞微米ZnS粉的制備方法，屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種重要的I1、VI族化合物半導(dǎo)體材料，對ZnS的研究從1868年法國化學(xué)家Sidot發(fā)現(xiàn)至今已有130多年的歷史，因其出色的物理特性，如寬帶隙、高折射率、在可見光范圍內(nèi)的高透過率，以及在應(yīng)用光學(xué)、電子和光電子器件等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力而引起人們的極大關(guān)注。
[0003]ZnS屬于直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為3.68-3.8eV，通摻雜可以實(shí)現(xiàn)不同波段的高效可見光輻射，是發(fā)光材料的極佳基質(zhì)，在電致發(fā)光和光致發(fā)光領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。同時(shí)，ZnS材料具有較高的紅外線透過率，在航空航天領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用。
[0004]同時(shí)，ZnS也是一種常用的建筑裝飾材料，廣泛用于涂料、顏料和填料等?？捎糜谥谱靼咨念伭霞安Ａ?、發(fā)光粉、電子真空鍍膜、X線熒光屏、電視熒光屏、橡膠、塑料、發(fā)光油漆等。
[0005]目前，ZnS粉體材料的制備主要采用Y射線輻射法、微波輻射法、氣相沉積法、固相法等物理方法以及溶膠-凝膠法、水熱法等化學(xué)方法，物理法往往對設(shè)備投入較高或能耗較大，不利于節(jié)約成本和降低能耗，而普通的溶液法制備則要求一定的溫度和壓強(qiáng)，產(chǎn)品粒徑較難控制，形貌不規(guī)則，結(jié)晶性差，且工藝較為復(fù)雜。傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的ZnS熒光粉往往存在顆粒粒徑較大，往往在幾個微米甚至十幾微米之間，并且產(chǎn)物的純度不高，不利于實(shí)際應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明要解決的問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，該方法簡單、新穎，基于該種工藝制備的ZnS粉的粒徑在300nm-500nm之間，并且粒度分布均勻，無團(tuán)聚和結(jié)塊現(xiàn)象。本發(fā)明具有方法簡單、易于操作、顆粒無團(tuán)聚且粒徑可控的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]為了解決以上問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，其特征在于:所述制備方法包括以下步驟:
(1)配置前驅(qū)溶液
將NaOH粉末與去離子水配置成濃度為500-1100g/L的去離子水溶液；
將濃H2SO4與去離子水配置成濃度為200-400g/L的去離子水溶液；
(2)ZnSO4前驅(qū)體溶液的制備
將H2SO4去離子水溶液置于反應(yīng)爸A中，向其中添加高純ZnO粉末,反應(yīng)完全后,停止添加ZnO粉，靜置3-6小時(shí)，得高純ZnSO4透明溶液，反應(yīng)過程中，溶液高速攪拌；
(3)NaHS前驅(qū)體溶液的制備
將配置的NaOH溶液置于反應(yīng)釜B中，同時(shí)向反應(yīng)釜B中通入H2S氣體，反應(yīng)完全后，靜置3-6小時(shí)，得到高純NaHS透明溶液；
(4)ZnS粉的制備
向步驟(2)所得ZnSO4透明溶液中加入十二烷基硫酸鈉，攪拌均勻后，后向其中加入步驟(3)所得NaHS透明溶液，反應(yīng)過程中溶液不斷高速攪拌，待反應(yīng)完全后，繼續(xù)攪拌30-60分鐘，靜置3-5小時(shí)后，得沉淀物；
(5)ZnS粉的清洗
將步驟(4)所得沉淀物和溶液一同轉(zhuǎn)入濾槽中，進(jìn)行抽濾，抽濾后，在攪拌下，加入去離子水清洗得ZnS粉末，攪拌5-15 min后，繼續(xù)抽濾，重復(fù)清洗5_8次，得ZnS粉料；
(6)脫水烘干
將步驟(5)所得粉料置于真空烘箱中，通入高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，在120-150°C下烘干10-15h后，停止加熱，繼續(xù)通入氮?dú)庵磷匀焕鋮s，得ZnS粉；
(7)氨催化脫水及除氧
將步驟(6)所得ZnS粉置于還原爐內(nèi)密封，通入高純氨氣，加熱至250-30(TC，保溫30-60min后停止加熱，繼續(xù)通入氨氣，自然冷卻至室溫后出爐，得高純亞微米ZnS粉。
[0008]一種優(yōu)化方案，所述ZnO粉末為分析純，純度99.9%以上。
[0009]進(jìn)一步地，所述NaOH為分析純，純度99.9%以上。
[0010]進(jìn)一步地，所述H2SO4為分析純，純度99.9%以上。
[0011]進(jìn)一步地，所述十二烷基硫酸鈉為分析純，濃度99%以上。
[0012]進(jìn)一步地，所述十二烷基硫酸鈉的添加量為50_100g/L。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明工藝較為簡單，對設(shè)備要求較低，且節(jié)能環(huán)保，產(chǎn)物純度達(dá)到99.9%以上，更為重要的是產(chǎn)品粒徑較小，粒徑范圍在300nm-500nm之間，而目前傳統(tǒng)方法制備的ZnS粉粒徑往往在幾微米甚至十幾微米之間。
[0014](2)以十二烷基硫酸鈉表面活性劑溶液，有利于防止顆粒之間發(fā)生團(tuán)聚和粘結(jié)，增強(qiáng)了顆粒的分散程度，顆粒表面更加規(guī)則。
[0015](3)反應(yīng)過程中，溶液高速攪拌是為了使反應(yīng)物反應(yīng)均勻、充分，也有利于防止產(chǎn)物之間發(fā)生團(tuán)聚。
[0016](4)對產(chǎn)物ZnS粉的多次清洗有利于去除產(chǎn)物中混有的雜質(zhì)離子，提高產(chǎn)物純度。
[0017](5)通入高純N2是有利于防止產(chǎn)物ZnS與空氣中的氧或其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致產(chǎn)物純度降低。
[0018](6)通入高純氨氣有利于除去負(fù)氧離子、氧化物及水分。
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]附圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所得高純亞微米ZnS粉形貌照片；
附圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中所得高純亞微米ZnS粉粒度分布圖；附圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中所得高純亞微米ZnS粉粒度分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 實(shí)施例1，一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，包括以下步驟:
(1)配置前驅(qū)溶液
將高純NaOH粉末、H2SO4溶液分別溶于去離子水中配置成不同濃度的水溶液，其中: NaOH (分析純)溶液的濃度為600g/L去離子水；
H2SO4 (分析純)溶液濃度為280g/L去離子水；
(2)ZnSO4前驅(qū)體溶液的制備
將配置的稀H2SO4溶液置于反應(yīng)爸A中，向其中添加高純ZnO粉末,反應(yīng)完全后,停止添加ZnO粉，靜置3小時(shí)，得高純ZnSO4透明溶液。反應(yīng)過程中，溶液高速攪拌。
[0022](3) NaHS前驅(qū)體溶液的制備
將配置的NaOH溶液置于反應(yīng)釜B中，同時(shí)向反應(yīng)釜B中通入H2S氣體，反應(yīng)完全后，靜置4小時(shí)，得到高純NaHS透明溶液。
[0023](4) ZnS粉的制備
向步驟(2)所得ZnSO4透明溶液中加入十二烷基硫酸鈉(添加量50g/L)，攪拌均勻后，后向其中加入步驟(3)所得NaHS透明溶液，反應(yīng)過程中溶液不斷高速攪拌。待反應(yīng)完全后，繼續(xù)攪拌40分鐘，靜置3小時(shí)后，得沉淀物。
[0024](5) ZnS粉的清洗
將步驟(4)所得沉淀物和溶液一同轉(zhuǎn)入濾槽中，進(jìn)行抽濾，抽濾后，在攪拌下，加入去離子水清洗所得ZnS粉末，攪拌6min后，繼續(xù)抽濾，重復(fù)清洗5次，得ZnS粉料。
[0025](6)脫水烘干
將步驟(5)所得粉料置于真空烘箱中，通入高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，在125°C下烘干Ilh后，停止加熱，繼續(xù)通入氮?dú)庵磷匀焕鋮s，得ZnS粉。
[0026](7)氨催化脫水及除氧
將步驟(6)所得ZnS粉置于還原爐內(nèi)密封，通入高純氨氣，加熱至260°C，保溫45min后停止加熱，繼續(xù)通入氨氣，自然冷卻至室溫后出爐，包裝即得高純亞微米ZnS粉，如圖1所
/Jn ο
[0027]從圖1可以看出，顆粒粒徑分布均勻，分散性良好，絕大多數(shù)顆粒粒徑在300-500nm 之間。
[0028]實(shí)施例2，一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，包括以下步驟:
(1)配置前驅(qū)溶液
將高純NaOH粉末、H2SO4溶液分別溶于去離子水中配置成不同濃度的水溶液，其中: NaOH (分析純)溶液的濃度為800g/L去離子水；
H2SO4 (分析純)溶液濃度為300g/L去離子水；
(2)ZnSO4前驅(qū)體溶液的制備
將配置的稀H2SO4溶液置于反應(yīng)爸A中，向其中添加高純ZnO粉末,反應(yīng)完全后,停止添加ZnO粉，靜置5小時(shí)，得高純ZnSO4透明溶液。反應(yīng)過程中，溶液高速攪拌。
[0029](3) NaHS前驅(qū)體溶液的制備將配置的NaOH溶液置于反應(yīng)釜B中，同時(shí)向反應(yīng)釜B中通入H2S氣體，反應(yīng)完全后，靜置5小時(shí)，得到高純NaHS透明溶液。
[0030](4) ZnS粉的制備
向步驟(2)所得ZnSO4透明溶液中加入十二烷基硫酸鈉(添加量75g/L)，攪拌均勻后，后向其中加入步驟(3)所得NaHS透明溶液，反應(yīng)過程中溶液不斷高速攪拌。待反應(yīng)完全后，繼續(xù)攪拌43分鐘，靜置4.5小時(shí)后，得沉淀物。
[0031](5) ZnS粉的清洗
將步驟(4)所得沉淀物和溶液一同轉(zhuǎn)入濾槽中，進(jìn)行抽濾，抽濾后，在攪拌下，加入去離子水清洗所得ZnS粉末，攪拌Smin后，繼續(xù)抽濾，重復(fù)清洗7次，得ZnS粉料。
[0032](6)脫水烘干
將步驟(5)所得粉料置于真空烘箱中，通入高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，在135°C下烘干12h后，停止加熱，繼續(xù)通入氮?dú)庵磷匀焕鋮s，得ZnS粉。
[0033]( 7 )氨催化脫水及除氧
將步驟(6)所得ZnS粉置于還原爐內(nèi)密封，通入高純氨氣，加熱至275 °C，保溫43min后停止加熱，繼續(xù)通入氨氣，自然冷卻至室溫后出爐，包裝即得高純亞微米ZnS粉，如圖2所
[0034]從圖2中可以看出顆粒粒徑分布較窄，分布在300_500nm之間，符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，有極少量的顆粒粒徑在500-700nm之間。所制備ZnS粉的平均粒徑為0.387nm。
[0035]實(shí)施例3，一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，包括以下步驟:
(1)配置前驅(qū)溶液
將高純NaOH粉末、H2SO4溶液分別溶于去離子水中配置成不同濃度的水溶液，其中: NaOH (分析純)溶液的濃度為1000g/L去離子水；
H2SO4 (分析純)溶液濃度為380g/L去離子水；
(2)ZnSO4前驅(qū)體溶液的制備
將配置的稀H2SO4溶液置于反應(yīng)爸A中，向其中添加高純ZnO粉末,反應(yīng)完全后,停止添加ZnO粉，靜置6小時(shí)，得高純ZnSO4透明溶液。反應(yīng)過程中，溶液高速攪拌。
[0036](3) NaHS前驅(qū)體溶液的制備
將配置的NaOH溶液置于反應(yīng)釜B中，同時(shí)向反應(yīng)釜B中通入H2S氣體，反應(yīng)完全后，靜置3小時(shí)，得到高純NaHS透明溶液。
[0037](4) ZnS粉的制備
向步驟(2)所制備的ZnSO4透明溶液中加入十二烷基硫酸鈉(添加量82g/L)，攪拌均勻后，后向其中加入步驟(3)所制備的NaHS透明溶液，反應(yīng)過程中溶液不斷高速攪拌。待反應(yīng)完全后，繼續(xù)攪拌54分鐘，靜置4.5小時(shí)后，得沉淀物。
[0038](5) ZnS粉的清洗
將步驟(4)所得沉淀物和溶液一同轉(zhuǎn)入濾槽中，進(jìn)行抽濾，抽濾后，在攪拌下，加入去離子水清洗所得ZnS粉末，攪拌12min后，繼續(xù)抽濾，重復(fù)清洗8次，得ZnS粉料。
[0039](6)脫水烘干
將步驟(5)所得粉料置于真空烘箱中，通入高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，在143°C下烘干14h后，停止加熱，繼續(xù)通入氮?dú)庵磷匀焕鋮s。[0040](7)氨催化脫水及除氧
將(6)所得ZnS粉置于還原爐內(nèi)密封，通入高純氨氣，加熱至280°C，保溫52min后停止加熱，繼續(xù)通入氨氣，自然冷卻至室溫后出爐，包裝即得高純亞微米ZnS粉，如圖3所示。
[0041]從圖3中可以看出顆粒粒徑分布較窄，90%以上的顆粒粒徑分布在300_500nm之間，有極少量的顆粒粒徑在500-1000nm之間。所制備ZnS粉的平均粒徑為0.402nm。
[0042]所述ZnO粉末為分析純，純度99.9%以上；NaOH為分析純，純度99.9%以上；H2S04為分析純，純度99.9%以上；十二烷基硫酸鈉為分析純。
[0043]以上所 述為本發(fā)明最佳實(shí)施方式的舉例，其中未詳細(xì)述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何基于本發(fā)明的技術(shù)啟示而進(jìn)行的等效變換，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，其特征在于:所述制備方法包括以下步驟: (1)配置前驅(qū)溶液 將NaOH粉末與去離子水配置成濃度為500-1100g/L的去離子水溶液； 將濃H2SO4與去離子水配置成濃度為200-400g/L的去離子水溶液； (2)ZnSO4前驅(qū)體溶液的制備 將H2SO4去離子水溶液置于反應(yīng)爸A中，向其中添加高純ZnO粉末,反應(yīng)完全后,停止添加ZnO粉，靜置3-6小時(shí)，得高純ZnSO4透明溶液，反應(yīng)過程中，溶液高速攪拌； (3)NaHS前驅(qū)體溶液的制備 將配置的NaOH溶液置于反應(yīng)釜B中，同時(shí)向反應(yīng)釜B中通入H2S氣體，反應(yīng)完全后，靜置3-6小時(shí)，得到高純NaHS透明溶液； (4)ZnS粉的制備 向步驟(2)所得ZnSO4透明 溶液中加入十二烷基硫酸鈉，攪拌均勻后，后向其中加入步驟(3)所得NaHS透明溶液，反應(yīng)過程中溶液不斷高速攪拌，待反應(yīng)完全后，繼續(xù)攪拌30-60分鐘，靜置3-5小時(shí)后，得沉淀物； (5)ZnS粉的清洗 將步驟(4)所得沉淀物和溶液一同轉(zhuǎn)入濾槽中，進(jìn)行抽濾，抽濾后，在攪拌下，加入去離子水清洗得ZnS粉末，攪拌5-15min后，繼續(xù)抽濾，重復(fù)清洗5_8次，得ZnS粉料； (6)脫水烘干 將步驟(5)所得粉料置于真空烘箱中，通入高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，在120-150°C下烘干10-15h后，停止加熱，繼續(xù)通入氮?dú)庵磷匀焕鋮s，得ZnS粉； (7)氨催化脫水及除氧 將步驟(6)所得ZnS粉置于還原爐內(nèi)密封，通入高純氨氣，加熱至250-30(TC，保溫30-60min后停止加熱，繼續(xù)通入氨氣，自然冷卻至室溫后出爐，得高純亞微米ZnS粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，其特征在于:所述ZnO粉末為分析純，純度99.9%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，其特征在于:所述NaOH為分析純，純度99.9%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，其特征在于:所述H2SO4為分析純，純度99.9%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純亞微米ZnS粉的制備方法，其特征在于:所述十二烷基硫酸鈉為分析純，濃度99%以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5其中之一所述的制備方法，其特征在于:所述十二烷基硫酸鈉的添加量為50-100g/L。
【文檔編號】C01G9/08GK103964491SQ201410184830
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】王強(qiáng) 申請人:濰坊大耀新材料有限公司