一种离子交换树脂制备纳米硫化复合材料的方法与流程

本发明涉及无机纳米材料制备领域，特别涉及一种离子交换树脂制备纳米硫化复合材料的方法。

背景技术：

纳米硫化复合材料是由两种或两种以上的固相至少在一维以纳米级大小复合而成的材料。纳米复合材料中各个组分虽然保持其相对独立性，但复合材料的性质却不是各个组分性能的简单加和，而是在保持各个组分材料的某些特点基础上，具有组分间协同作用所产生的综合新性能。目前，纳米复合材料被广泛应用于电子学、光学、机械学和生物学等众多领域。

经过对现有技术的文献检索发现，目前制备纳米硫化复合材料的方法有多种，如常规的均相沉淀法、微乳液法、水热法、微波法等。这些方法均各有特点，但也存在一些缺点，如较难控制颗粒尺寸、粉体易团聚、工艺操作复杂、设备的要求和成本较高，对环境有污染等。

d113型大孔弱酸性丙烯酸性阳离子交换树脂，因其化学性质稳定，机械性能良好，广泛应用于水处理及废水处理、贵金属回收、抗菌素提纯分离等工业过程。这种大孔型树脂粒度处于0.315～1.25mm，全交换容量高达10.8mmol/g(干)和4.2mmol/g(湿)，ph值使用范围5～14，其内部并存有微细孔和大网孔，润湿树脂的孔径达100～500nm，孔道的表面积可以增大到超过1000m²/g。这为离子交换提供了良好的接触条件，缩短了离子扩散的路程，增加了许多链节活性中心。最近几年，利用离子交换树脂独特的孔道结构，将其作为模板，制备纳米zno、ceo2、nd2o3等应用日益增多，但是利用离子交换树脂制备纳米复合材料却没有报道。鉴于将离子交换树脂的特点和纳米硫化复合材料的制备相关联，特提出本发明。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，本发明提供了一种离子交换树脂制备纳米硫化复合材料的方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：所述制备方法是将预处理后的d113型阳离子交换树脂进行目标改性；在适宜的外场环境下，将两种或两种以上负载不同阳离子的离子交换树脂按照一定比例与含硫离子溶液发生转移交换与吸附；将所得固态产物与离子交换树脂直接分离，干燥后得到纳米硫化复合材料粉体。

本发明所述的制备方法中，所述的预处理为：d113型阳离子交换树脂依次用1mol/lnaoh浸泡、去离子水清洗、1mol/lhcl浸泡，最后用去离子水清洗至中性。

本发明所述的制备方法中，所述的目标改性为：将预处理改性后的离子交换树脂与含zn²⁺、cd²⁺、mn²⁺、co²⁺、ag⁺等溶液反应，使上述目标离子被置换到离子交换树脂上，其中溶液浓度为0.05～0.3mol/l，溶液体积为离子交换树脂体积的1.5～3倍。

本发明所述的制备方法中，所述的外场环境为：树脂加入速度1g/2～6min，反应时间0.5～4h，含硫离子溶液浓度0.05～0.3mol/l，反应温度20～50℃，ph值6～8。

本发明所述的制备方法中，所述的负载不同阳离子的离子交换树脂按照一定比例为：根据所要复合材料中金属离子比例不同，调整不同类型的树脂用量。

本发明所述的制备方法中，所述的直接分离为反应后将固态产物和离子交换树脂混合物通过孔径0.5mm的标准筛，离子交换树脂被截留在标准筛上，固态产物通过标准筛，达到直接分离的目的。

本发明所述的制备方法中，所述的干燥为：分离后的固态产物离心去除上清液，然后置于70～80℃的真空干燥箱内烘干，得到纳米硫化复合材料粉体。

本发明所述的制备方法中，所述的离子交换树脂在反应后转变成na⁺、k⁺等型，可通过与含zn²⁺、cd²⁺、mn²⁺、co²⁺、ag⁺等溶液反应，再次完成目标改性，达到离子交换树脂循环使用的目的。

本发明所述的制备方法中，所述的离子交换树脂和含硫离子溶液反应方式为恒温振荡反应、机械搅拌反应、磁力搅拌反应中的一种。

本发明所述的制备方法中，所述的去离子水，即电导率小于2μs/cm的水。

采用上述技术方案，本发明制备的纳米硫化复合材料平均粒径为10～100nm。

本发明制备的纳米硫化复合材料广泛用于光催化剂、吸附剂、助燃剂、气敏元件等多个行业。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、d113型阳离子交换树脂独特的内部纳米级孔道结构能有效规整材料形貌，控制材料生长大小和方向，可以作为纳米硫化复合材料的模板；同时该树脂容易被负载可交换的目标离子，并在反应过程中缓慢释放出目标离子，可以作为纳米硫化复合材料的构成离子供体。

2、通过对树脂加入速度、反应时间、含硫离子溶液浓度、反应温度、ph值等外场条件的调节，实现了对纳米硫化复合材料粒径的有效控制。

3、制备的纳米硫化复合材料粉体，其平均粒径为10～100nm。

4、纳米硫化复合材料制备过程中目标离子从离子交换树脂被置换下来，与硫离子反应，直接得到复合材料，该过程为固态到固态的转移，为不可逆过程，有利于提高产率；同时含硫离子溶液中的杂质离子被置换到离子交换树脂上，避免了该杂质离子对产物的干扰，提高了产物的纯度。

5、本发明对设备的要求低，制备工艺操作简单，生产周期短，产物纯度较高，离子交换树脂的循环使用进一步降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明中离子交换树脂制备纳米硫化复合材料流程图；

图2是采用本发明制备方法所得纳米硫化复合材料的扫描电镜图。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

如图1所示，称取两份2g干的d113型阳离子交换树脂，分别用去离子水清洗，去除杂质和悬浮物，而后用2～3倍树脂体积的1mol/lnaoh浸泡3～5h，清洗至中性，再用2～3倍树脂体积的1mol/lhcl浸泡3～5h，清洗至中性。而后将上述树脂置于50ml、0.5mol/lnaoh溶液中反应4h，使其转为na型；清洗树脂，直到上清液电导率<100μs/cm。

取一份树脂置于40ml、0.5mol/lzn(no3)2溶液中，并将装有混合物的锥形瓶置于恒温振荡反应装置30℃振荡4h，而后静止12h，用去离子水清洗至上清液电导率<100μs/cm，最终使其转为zn型。取另一份树脂置于80ml、0.5mol/lagno3溶液中，并将装有混合物的锥形瓶置于恒温振荡反应装置30℃振荡5h，而后静止12h，用去离子水清洗至上清液电导率<100μs/cm，最终使其转为ag型。

将装有100ml、0.2mol/lna2s溶液的锥形瓶置于恒温振荡反应装置，振荡速度为100r/min，调节反应温度为40℃，此时溶液的ph值约为7；分多次少量加入上述zn型和ag型离子交换树脂，控制8min内加料完毕，之后继续振荡1h。随着树脂的逐渐加入，溶液出现浑浊。反应完毕，室温下静置12h。而后用孔径0.5mm的标准筛过滤分离树脂和产物，并用去离子水反复冲洗树脂2～3次，收集洗出液，离心分离，将固态产物置于80℃的真空干燥箱内烘干，得到纳米硫化复合材料粉体，纳米硫化复合材料的扫描电镜图见图2。

将反应后的阳离子交换树脂依次与1mol/lhcl、0.5mol/lnaoh反应，使其使其转为na型。然后将树脂分为两份，分别与zn(no3)2溶液和agno3溶液反应，以转为zn型和ag型。最后将树脂与na2s溶液反应，制备纳米硫化复合材料。具体反应条件同上。以此完成离子交换树脂的一次循环使用。

所涉及到的化学反应式为：

rcooh+naoh→rcoona+h2o

2rcoona+zn(no3)2→(rcoo)2zn+2nano3

rcoona+agno3→rcooag+nano3

(rcoo)2zn+2na2s+2rcooag+→zns+ag2s+4rcoona

其中r表示树脂上的聚合物骨架。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。