[发明专利]金属硫化物的机械化学制备工艺

说明书

本发明涉及金属硫化物的制备及机械化学反应技术领域，具体涉及一种金属硫化物的机械化学制备工艺。金属单质和硫粉混合后置于研磨反应罐中，加入研磨碰撞介质；在氩气气氛条件下，将研磨反应罐密封后置于研磨反应装置的旋转磁场中进行研磨；冷却后经磁分离，得到金属硫化物。本发明在磁场、电场、机械能的协同作用下，研磨反应罐内的研磨碰撞介质高频碰撞促使金属单质和硫粉之间发生化学反应，生成相应的二元、三元或四元金属硫化物，极大地提高了研磨效率，避免副产物的生成，属于一种绿色化学合成方法。本发明操作简便、生产成本低、环境友好，并适用于规模化生产。

技术领域

本发明涉及金属硫化物的制备及机械化学反应技术领域，具体涉及一种金属硫化物的机械化学制备工艺。

背景技术

由于S^2-和O^2-在电负性和离子半径方面的区别，与金属氧化物相比，金属硫化物具有更为丰富的结构和优良的性能，已广泛用作半导体材料、储氢材料和光电催化等领域。鉴于其优良的性能和广阔的应用，金属硫化物的合成研究也备受研究者们的关注。

当前，国内外制备金属硫化物的方法有很多种，传统的制备方法大致可以分为湿法制备和干法制备。

中国专利CN1613750A公开一种溶剂热法制备金属硫化物，将金属或金属低硫化物与单质硫一起置于有机溶剂中在100-500℃、1-800个大气压下反应6-12小时，得到金属硫化物。由于溶剂热法涉及到有机溶剂的使用，会产生一定的废液废渣；而且反应属于高温高压条件，存在一定的安全隐患，对制备条件的控制比较严格。

中国专利CN1911787A公开一种纳米金属硫化物的固相制备方法，属于球磨法与中高温固相法相结合来制备硫化物。将过渡金属氧化物或过渡金属硫化物粉末与硫脲按一定摩尔比混合，采用研磨或球磨1-4小时使其混合均匀；然后将混合均匀的粉体装入陶瓷或黏土坩埚中并放入马弗炉进行加热处理(200-500℃)；冷却后将产物加少量溶剂研磨3～30分钟。该专利虽不涉及有机溶剂的使用，但有副产物有毒气体SO₂的产生，对环境有一定的污染，而且实验步骤繁琐，不利于大规模生产。

中国专利CN101792931A公开一种高能球磨法和高温固相法相结合的方法制备金属硫化物单晶材料。将硫粉和金属粉置于球磨罐中，在氩气气氛条件下球磨；然后将球磨后的产物在氩气气氛或氩气与空气混合气氛条件下进行长时间恒温焙烧，待产物冷却后重复上述操作2-6次即可得目的产物。此方法虽然可以得到金属硫化物，但在制备过程中需进行多次焙烧才可以将未反应充分的产物进一步与硫反应生成高纯金属硫化物，球磨过程中发生的化学反应转化率低，且整个制备过程操作繁琐，耗时较长。

另外，金属硫化物的制备方法还有溶胶凝胶法、化学气相沉积法等，这些方法多用于实验室合成，有一定的副产物，难以分离，而且成本设备要求较高，不适合大规模的工业化生产。

因此，亟需寻找一种简单有效的金属硫化物绿色合成工艺具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种无溶剂金属硫化物的机械化学干法制备工艺，将金属单质和硫粉按照计量比混合后置于研磨反应罐中，加入研磨碰撞介质；在氩气气氛条件下，将研磨反应罐密封后置于研磨反应装置的旋转磁场中进行研磨；冷却后经磁分离，得到金属硫化物。通过磁力研磨化学法制备金属硫化物，反应物接触更充分，反应时间更短，操作简单、生产成本低、无副产物、环境友好。

本发明所述的金属硫化物的机械化学制备工艺：金属单质和硫粉混合后置于研磨反应罐中，加入研磨碰撞介质；在氩气气氛条件下，将研磨反应罐密封后置于研磨反应装置的旋转磁场中进行研磨；冷却后经磁分离，得到金属硫化物。

其中：

所述的金属单质为d区过渡金属、ds区过渡金属或p区的主族金属中的一种或多种；优选铁、钴、镍、锌、铜或锡中的一种或多种。

所述的金属单质与硫粉的混合比例为化学计量比。