Способ получения нанокристаллического сульфида свинца



Способ получения нанокристаллического сульфида свинца
Способ получения нанокристаллического сульфида свинца

 


Владельцы патента RU 2591160:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к получению порошков, содержащих наночастицы полупроводникового соединения, и может быть использовано в оптоэлектронике и медицине. Способ получения нанокристаллического сульфида свинца включает осаждение из водного раствора смеси неорганической соли свинца и сульфида натрия в присутствии цитрата натрия или динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б). В качестве неорганической соли свинца используют нитрат свинца при следующем соотношении компонентов: нитрат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия или Трилон Б = 1:0,8-2:0,1-2. Изобретение позволяет упростить получение однофазных беспримесных наночастиц сульфида свинца с размерами от 4 до 105 нм, сократить длительность процесса. 1 ил., 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к способам получения порошков, содержащих наночастицы полупроводникового соединения, и может быть использовано в оптоэлектронике и медицине.

Известен гидротермальный способ получения наностержней сульфида свинца. Известный способ включает получение раствора лаурилсульфата натрия и цетил триметил бромид аммония в деионизированной воде, добавление к раствору ацетата свинца и тиомочевины, помещение смеси в автоклав и выдержку в течение 6-24 часов при температуре 80-160°С с последующим охлаждением до комнатной температуры, промыванием продукта деионизированной водой и этанолом, центрифугированием с целью фильтрации и сушкой полученного осадка (Патент CN 101049960; МПК В82В 3/00, С01В 17/20, С01G 21/21; 2007 г. ).

К недостаткам известного способа относятся длительность и сложность процесса, обусловленная необходимостью использования дополнительного оборудования (автоклав, центрифуга), а также использование токсичных стабилизаторов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является известный способ получения нанокристаллических частиц сульфида свинца из водных растворов ацетата свинца и сульфида натрия в присутствии цитрата натрия или динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б) в качестве комплексообразователей, полученный осадок промывают дистиллированной водой, фильтруют и сушат при температуре 50°С на воздухе. Для получения частиц большего размера в нанодиапазоне полученный продукт выдерживается в матричном растворе от 3-х до 32-х суток или в дистиллированной воде в течение 62-х суток. Для удаления адсорбированной влаги полученный порошок отжигают в вакууме при температуре 140-145°С в течение 60-90 минут (Sadovnikov S.I., Gusev A.I. Chemical deposition of nanocrystalline lead sulfide powders with controllable particle size. Journal of Alloys and Compounds. 2014. V.586. P.105-112.)(прототип).

Недостатками известного способа являются, во-первых, длительность процесса получения частиц сульфида свинца в диапазоне 10-60 нм, во-вторых, образование примесных кислородсодержащих фаз, загрязняющих конечный продукт.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой способ получения нанокристаллического сульфида свинца, обеспечивающий сокращение длительности процесса и получение чистого, беспримесного продукта.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения нанокристаллического сульфида свинца, включающем осаждение из водного раствора смеси неорганической соли свинца и сульфида натрия в присутствии цитрата натрия или динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б), в котором в качестве неорганической соли свинца используют нитрат свинца при следующем соотношении исходных компонентов нитрат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия или Трилон Б=1:0.8÷2:0.1÷2.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения нанокристаллического порошка сульфида свинца, в котором в качестве исходного компонента используют нитрат свинца и исходные компоненты берут в предлагаемом соотношении.

Исследования, проведенные авторами предлагаемого способа, позволили выявить неожиданный эффект существенного увеличения скорости роста частиц сульфида свинца в нанодиапазоне в случае использования в качестве исходной неорганической соли свинца нитрата свинца. При этом высокая скорость образования наночастиц позволяет значительно сократить время прохождения процесса, который обусловлен только реакцией осаждения из раствора, время которой составляет 5-35 минут, в этом случае отпадает необходимость в длительной выдержке образовавшихся частиц сульфида свинца в матричном растворе. Увеличение скорости роста частиц, видимо, обусловлено достаточно высокой степенью диссоциации нитрата свинца. При осаждении сульфида свинца из раствора происходит как образование новых центров кристаллизации, так и рост уже образовавшихся кристаллов. Поскольку степень диссоциации нитрата свинца достаточно высока, то в зависимости от начальных концентраций реагентов можно добиться таких условий, когда скорость роста уже образовавшихся кристаллов превышает скорость образования новых центров кристаллизации, тем самым повышая скорость роста наночастиц. Кроме того, при использовании нитрата свинца в конечном продукте не наблюдается образования загрязняющих его кислородсодержащих фаз. Однако выход за предлагаемые пределы соотношения исходных компонентов приводит либо к получению порошков, загрязненных кислородсодержащими фазами, либо к выходу размера частиц из нанодиапазона. Так, если процесс получения нанопорошка осуществляют в присутствии стабилизатора при соотношении менее чем 1:0.8:0.1, то порошки содержат примесные наночастицы сульфита свинца PbSO3 и сульфата свинца PbSO4. Если процесс получения нанопорошка осуществляют в присутствии стабилизатора при соотношении более чем 1:2:2, то образуются крупные частицы сульфида свинца, превышающие диапазон наноразмеров.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. К исходному раствору нитрата свинца Pb(NO3)2 при постоянном перемешивании последовательно добавляют раствор стабилизатора цитрата натрия Na3C6H5C7 (Na3Cit) или динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты C10H14O8N2Na2×2H2O (Трилон Б), а затем раствор сульфида натрия Na2S при следующем соотношении исходных компонентов нитрат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия или Трилон Б=1:0.8÷2:0.1÷2. Смешивание осуществляют при температуре 20-35°С и рН, равном 3÷11. Для нужного рН раствора применяют гидроксид натрия или азотную кислоту. При смешивании реагентов образование наночастиц сульфида свинца происходит в течение 5-35 минут, в результате образуется темно-черный раствор, который оседает в виде осадка. Размеры частиц полученных порошков определяют с помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгено-дифракционного анализа и метода Брунау-эра-Эммета-Теллера (БЭТ). Химический элементный состав определяют энергодисперсионным рентгеновским анализом.

Особенностью предлагаемого способа является возможность получения беспримесных наночастиц сульфида свинца с заранее заданным размером. Размер получаемых наночастиц сульфида свинца в предлагаемом способе непосредственно зависит от соотношения исходных компонентов. Изменение соотношения содержания исходных компонентов в предлагаемых пределах, а именно нитрат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия или Трилон Б=1:0.8÷2:0.1÷2, позволяет при конкретном соотношении из предлагаемого интервала получать наночастицы заданного размера в диапазоне от 4 до 105 нм. Задавая конкретное соотношение компонентов на начальном этапе, можно получать необходимый размер частиц и регулировать его в диапазоне от 4 до 105 нм (см. табл.)

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения.

Пример 1.

Берут 20 мл (0.5 моль л-1) водного раствора нитрата свинца Pb(NO3)2 и добавляют 70 мл дистиллированной воды. Затем при постоянном перемешивании добавляют 10 мл (0.5 моль л-1) раствора цитрата натрия (Na3Cit). Берут 20 мл (0.5 моль л-1) водного раствора сульфида натрия Na2S и добавляют 80 мл дистиллированной воды. При этом рН полученного раствора равно 6,4. При этом достигается следующее соотношение исходных компонентов нитрат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия = 1:1:0.5. Смешивание двух приготовленных растворов осуществляют при температуре 23°С в течение 5 минут. Концентрации компонентов в конечном матричном растворе равны, ммоль л-1: Pb(NO3)2 - 50; Na2S - 50; Na3Cit - 25. Данные по размеру частиц приведены в таблице (образец 3). На фиг.1 показаны сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия нанокристаллического порошка сульфида свинца и его отдельных наночастиц, а также энергодисперсионный анализ нанопорошка.

Пример 2.

Берут 20 мл (0.5 моль л-1) водного раствора нитрата свинца Pb(NO3)2 и при постоянном перемешивании добавляют 3 мл (3 моль л-1) азотной кислоты HNO3, затем добавляют 65 мл раствора (0.2 моль л-1) Трилона Б. Полученную смесь доводят до 100 мл дистиллированной водой. Берут 20 мл (0.5 моль л-1) водного раствора сульфида натрия Na2S и добавляют 70 мл дистиллированной воды. При этом рН конечного раствора равно 4, а соотношение исходных компонентов нитрат свинца:сульфид натрия:Трилон Б равно 1:1:1.3. Смешивание двух приготовленных растворов осуществляют при температуре 23°С в течение 35 минут. Концентрации компонентов в конечном матричном растворе равны, ммоль л-1: Pb(NO3)2 - 50; Na2S - 50; Na2-ЭДТА - 65. Данные по размеру частиц приведены в таблице (образец 8).

Пример 3.

Берут 20 мл (0.5 моль л-1) водного раствора нитрата свинца Pb(NO3)2 и при постоянном перемешивании добавляют 9 мл (3 моль л-1) азотной кислоты HNO3, затем добавляют 100 мл раствора (0.2 моль л-1) Трилона Б. Полученную смесь доводят до 150 мл дистиллированной водой. Берут 20 мл (0.5 моль л-1) водного раствора сульфида натрия Na2S и добавляют 30 мл дистиллированной воды. При этом рН конечного раствора равно 3, а соотношение исходных компонентов нитрат свинца:сульфид натрия:Трилон Б равно 1:1:1.5. Смешивание приготовленных растворов осуществляют при температуре 23°С в течение 20 минут. Концентрации компонентов в конечном матричном растворе равны, ммоль л-1: Pb(NO3)2 - 50; Na2S - 50; Na2-ЭДТА - 100. Данные по размеру частиц приведены в таблице (образец 9).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет реализовать простой управляемый технологический процесс получения однофазных беспримесных наночастиц сульфида свинца заданного размера в диапазоне от 4 до 105 нм.

Способ получения нанокристаллического сульфида свинца, включающий осаждение из водного раствора смеси неорганической соли свинца и сульфида натрия в присутствии цитрата натрия или динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б), отличающийся тем, что в качестве неорганической соли свинца используют нитрат свинца при следующем соотношении исходных компонентов: нитрат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия или Трилон Б = 1:0,8-2:0,1-2.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам получения коллоидных растворов, содержащих наночастицы полупроводникового соединения, и может быть использовано в оптоэлектронике и медицине.

Изобретение относится к области получения тонких пленок сульфида свинца нанокристаллической структуры, активных в ближнем ИК-диапазоне. Предложен способ получения тонких пленок сульфида свинца, активных в ближнем инфракрасном диапазоне, включающий осаждение из водного раствора смеси ацетата свинца и диамида тиоугольной кислоты в присутствии цитрата натрия и гидроксида натрия.

Изобретение относится к способам получения порошковых материалов в расплавленных солях, в частности к способам получения порошкообразных сульфидов кадмия и свинца.

Изобретение относится к технологии производства неорганических веществ, в частности сульфида свинца, используемого в качестве материала для оптоэлектроники и приборов, работающих в инфракрасной области.

Изобретение относится к способам фазового анализа полиметаллических руд и может быть использовано при исследовании свинцовых руд и концентратов с целью упрощения анализа окисленных и сульфидных соединений свинца.

Изобретение относится к области повышения ударопрочности листов, полученных из полиакрилата способом полива. Прозрачная и ударопрочная сшитая акриловая композиция состоит из хрупкой матрицы (I), имеющей температуру стеклования, большую чем 0°C, и эластичных доменов, имеющих характеристический размер, меньший чем 100 нм, состоящих из макромолекулярных последовательностей (II), обладающих эластичными свойствами, с температурой стеклования, меньшей чем 0°C, характеризующихся среднечисловым молекулярным весом между 30000 и 500000 г/моль, в которой содержание сшивающего агента составляет между 0,1 и 2% по весу относительно сшитой акриловой композиции.

Изобретение может быть использовано в химической, добывающей, пищевой отраслях промышленности и в медицине. Для получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного наноразмерными частицами оксида титана, к исходному СВМПЭ при интенсивном перемешивании добавляют тетрахлорметан-бензольную смесь.

Изобретение относится к полимерной системе, обладающей селективностью адсорбции по размерам и, в частности, к полимерным системам, имеющим множество пор, в том числе транспортные поры, и отрицательный ионный заряд на их поверхности.

Изобретение относится к получению порошков. Отходы быстрорежущей вольфрамсодержащей стали Р6М5 подвергают электроэрозионному диспергированию в реакторе в среде диэлектрической жидкости посредством искровых разрядов между указанными отходами и электродами, состоящими из того же материала.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено в солнечных коллекторах с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения.

Изобретение относится к материаловедению, а именно к лазерной обработке поверхности металлов для снижения скорости коррозии и повышения коррозионной стойкости поверхности нелегированной стали.

Изобретение относится к способам получения полимерных нанокомпозитных материалов и непосредственно касается получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного наноразмерными частицами оксида гафния, который может быть применен в различных областях, например, для изготовления керамики, катализаторов, биомедицинских материалов, для изготовления материалов для элементов энергонезависимой памяти для нужд микроэлектроники.
Изобретение может быть использовано в производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих высокое значение адгезии и когезии.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения наночастиц диоксида титана проводят откачивание вакуумной камеры, наполнение ее инертным газом, зажигание электрической дуги постоянного тока между графитовым электродом и металл-углеродным композитным электродом.

Изобретение может быть использовано в производстве медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии, и в качестве сорбентов для адсорбции ионов тяжелых металлов.
Группа изобретений относится к медицине, конкретно к пористому двухфазному материалу фосфата кальция/гидроксиапатита (ФК/ГАП) в качестве заменителя кости, содержащему спеченный ФК стержень и по меньшей мере один однородный и замкнутый эпитаксически выращенный слой нанокристаллического ГАП, нанесенный поверх спеченного ФК стержня, при этом эпитаксически выращенные нанокристаллы имеют такой же размер и структуру, как и костный минерал человека, т.е.
Изобретение относится к области получения композитных строительных материалов и может быть использовано в технологии изготовления древесно-минеральных плит, применяемых в качестве несущих, самонесущих стен и перегородок, конструкционных звуко- и теплоизоляционных плит и панелей.

Изобретение относится к кормопроизводству, в частности к способу снижения содержания свинца и кадмия в мясной массе домашней птицы. Способ включает непрерывную подачу корма, содержащего добавку вещества с частицами наноразмерного масштаба, начиная с двухнедельного возраста откармливаемой птицы до ее убоя.

Изобретение относится к кормопроизводству, в частности к способу снижения содержания кадмия и свинца в мясной массе домашней птицы. Способ включает непрерывную подачу корма, содержащего добавку вещества с частицами наноразмерного масштаба, начиная с двухнедельного возраста откармливаемой птицы до ее убоя.

Изобретение относится к области нанотехнологии и фармацевтики. Описан способ получения нанокапсул адаптогенов в оболочке из пектина.
Наверх