专利名称：高纯纳米硫的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种单质硫的制备方法，具体地讲涉及一种高纯纳米硫的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是高纯纳米硫的制备方法，采用化学气相沉积法，其特征是它包括如下步骤设置三个反应器，1)、固态硫蒸发将单质硫置入第一反应器中，反应器的温度为476-500℃，在惰性保护气体作用下，将固态硫蒸发；2)、利用高温将单质硫原子化和高密分散硫蒸气从第一反应器中进入第二反应器中，反应器温度为700-730℃，然后进入设有多孔阻隔层的第三反应器，第三反应器温度为850-870℃，利用高温将单质硫原子化和高密分散；3)、利用常规工艺进行液相收集或在收集器中加入分散液进行液相收集；4)、脱水分离并烘干得产品。
所述的利用液相收集，在收集器中加入分散液，使硫蒸气在进入液相后与分散液相互作用，形成丝状物，分散液含量为5％-15％，温度为65-80℃。其中分散液为表面活性剂和聚合物胶体稳定剂，具体可用AOT[二(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠]，阴离子表面活性剂如SDS(十二烷基磺酸钠)和DBS(十二烷基苯磺酸钠)、阳离子表面活性剂如CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，以及非离子表面活性剂如Triton X系列(聚氧乙烯醚类)等碳数大于12的活性剂形成反胶团或微乳液，再采用聚合物稳定胶体，具体如明胶、PVA(聚乙烯醇)等聚合物。
本发明采用化学气相沉积法，通过保护气体、分散液、温度、阻隔层材料的选择，使本发明得到的产品纯度达99.999％，粒径为1-100nm，其产品分别为颗粒状或丝状物(当在收集器中加入分散液后得丝状物)。本发明加入阻隔层材料介孔二氧化硅，反应快，产率高。
二、在有预热的条件下，利用高温将单质硫原子化和高密分散。
1、2号及3号炉温的控制表1-3 2号及3号炉温的确定
当硫在476℃基本气化后，需升高温度，使硫趋于单原子化、分散度增加，温度直接从476℃直接上升至850℃，分散效果并不理想，加入一个过渡温区(700℃)，结果表明，分步加热效果好。
2、3号炉中阻隔层材料的选择3号炉温度≥850℃，此温度是使硫单质原子化、高分散的最佳温度。为使硫气体在此温区能停留更长的时间以便充分作用，选用三种不同的多孔材料4A沸石、石英玻璃珠(直径0.5cm)、介孔二氧化硅(孔径10-20nm)，将三种材料分别置于3号炉管中，进行制备效果比较，结果如表1-4。
表1-4不同阻隔介质的试验效果比较
所选取材料均为耐高温材料，在炉中能起到延长加温时间的效果，但由于4A沸石孔径太小，产率低，反应速度慢；石英珠颗粒大，气体通过时速率相对较快，反应时间相对不长，效果不理想。而介孔二氧化硅能达到要求，孔径小于50nm，如图3所示。
三、利用液相将纳米颗粒收集，为常规工艺。
四、常规脱水分离并烘干得产品。
按照上述工艺，在保护气体作用下，在1、2、3号炉温分别为≥476℃、700℃、≥850℃条件下，阻隔材料为介孔二氧化硅，制备出的颗粒纳米硫的纯度由ICP-MS检测为99.9999％。
本发明制备出的颗粒纳米硫，可用在药物、化妆品等上，由于粒度减小，粒子的总表面积增大，同样条件下可以减少硫的用量并保证药效不变，显著优点是涂在皮肤上光滑，不湿涩；还可用于半导体工业。
实施例2如图2所示，高纯纳米硫(丝状)制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于利用液相收集时加上分散液相作用的一步，这是形成硫纳米丝的关键。
1、反应温度的选择表2-1反应温度如下表所示
经多次实验结果表明制备硫纳米丝选择的炉温要略高于制备硫纳米颗粒的选择的炉温，主要是由于要保证硫能很好地单原子化，使硫单原子的活性更高，能量更大。
2、分散液的选择要制备出丝状纳米硫，关键是控制硫原子的定向生长方向，采用气体硫在含分散液的液相中定向生长，含分散液的液相可提供软模板，使气体硫能快速在模板中定向生长。其中分散液为表面活性剂和聚合物胶体稳定剂，具体可用AOT[二(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠]，阴离子表面活性剂如SDS(十二烷基磺酸钠)和DBS(十二烷基苯磺酸钠)、阳离子表面活性剂如CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，以及非离子表面活性剂如Triton X系列(聚氧乙烯醚类)等碳数大于12的活性剂形成反胶团或微乳液，再采用聚合物稳定胶体，具体如明胶、PVA(聚乙烯醇)等聚合物。
表2-2 分散液的用量对硫纳米丝形成的影响
由上表可知，分散液含量为10％时应可产生硫纳米丝，产量较大。分散液的温度对硫纳米丝形成的影响。
表2-3温度对硫纳米丝形成的影响
由上表可知，分散液的温度控制是很重要的，温度对硫纳米丝的产生起重要作用，温度过低，使硫蒸汽进入分散液中快速冷却，使硫易凝结，不易在分散液中在形成丝，综上所述，选用75-80℃为最佳反应温度，如图4所示。
离心过滤、干燥均为普通实验过程，没有特别要求，干燥温度控制在100℃以内即可。经过上述过程制备的硫纳米丝质量可靠纯度高，杂质含量少，直径分布窄，直径为20nm左右，长度为2um左右。
权利要求
1.高纯纳米硫的制备方法，采用化学气相沉积法，其特征是它包括如下步骤设置三个反应器，1)、固态硫蒸发将单质硫置入第一反应器中，反应器的温度为476-500℃，在惰性保护气体作用下，将固态硫蒸发；2)、利用高温将单质硫原子化和高密分散硫蒸气从第一反应器中进入第二反应器中，反应器温度为700-730℃，然后进入设有多孔阻隔层的第三反应器，第三反应器温度为850-870℃，利用高温将单质硫原子化和高密分散；3)、利用常规工艺进行液相收集或在收集器中加入分散液进行液相收集；4)、脱水分离并烘干得产品。
2.根据权利要求1所述的高纯纳米硫的制备方法，其特征是所述单质硫杂质含量小于2.0％。
3.根据权利要求1所述的高纯纳米硫的制备方法，其特征是所述的多孔阻隔层材料为介孔二氧化硅，孔径小于50nm。
4.根据权利要求1所述的高纯纳米硫的制备方法，其特征是所述的分散液为表面活性剂和聚合物胶体稳定剂，具体可用AOT[二(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠]，阴离子表面活性剂如SDS(十二烷基磺酸钠)和DBS(十二烷基苯磺酸钠)、阳离子表面活性剂如CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，以及非离子表面活性剂如Triton X系列(聚氧乙烯醚类)等碳数大于12的活性剂形成反胶团或微乳液，再采用聚合物稳定胶体，具体如明胶、PVA(聚乙烯醇)等聚合物。
5.据权利要求1所述的高纯纳米硫的制备方法，其特征是在改集器中加入分散液进行液相收集，分散液含量为5％-15％，温度为65-80℃。
6.据权利要求1所述的高纯纳米硫的制备方法，其特征是所述的惰性保护气体为Ar、N2气其中任一种或二者混合；最佳为N2气。
全文摘要
本发明涉及一种单质硫的制备方法。高纯纳米硫的制备方法，采用化学气相沉积法，其特征是它包括如下步骤设置三个反应器，1)固态硫蒸发将单质硫置入第一反应器中，反应器的温度为476－500℃，在惰性保护气体作用下，将固态硫蒸发；2)利用高温将单质硫原子化和高密分散硫蒸气从第一反应器中进入第二反应器中，反应器温度为700－730℃，然后进入设有多孔阻隔层的第三反应器，第三反应器温度为850－870℃，利用高温将单质硫原子化和高密分散；3)利用常规工艺进行液相收集或在收集器中加入分散液进行液相收集；4)脱水分离并烘干得产品。制备的硫为颗粒状或丝状，其粒径为1－100纳米、纯度为99.999％。本发明反应快，产率高。
文档编号C01B17/02GK1453205SQ0312801
公开日2003年11月5日 申请日期2003年5月23日 优先权日2003年5月23日
发明者皮振邦, 田熙科, 杨超 申请人:中国地质大学(武汉)