一种室温固相反应制备CdS纳米粒子的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种室温固相反应制备CdS纳米粒子的 方法。
【背景技术】
[0002] 由于CdS纳米微粒在光、电、磁、催化等方面有巨大的应用潜能（如发光二极管、太 阳能电池、传感器、光催化等领域），因而引起了人们的高度重视，各种CdS纳米粒子的制备 方法相继被报道。制备出可控、高密度且粒度均匀的纳米材料是制备合成工艺研究的目标。 近十年来，人们已经使用了许多方法来制备纳米硫化镉，主要有沉淀法、溶胶一凝胶法、微 乳液法、模板合成法等，以气、液相中进行居多。室温固相化学反应是纳米粒子制备的一种 价廉而又简易的全新方法，俞建群等提出用〇(1(011) 2与Na2S? 9H20 -步室温固相化学反应 直接制备出粒径30nm左右的CdS粒子；同类研究的硫源也均直接使用离子态硫化合物，稳 定剂多为巯基乙醇、巯基醋酸、巯基苯酚等巯基类修饰剂，这些物质化学性质不稳定，易于 氧化，申请人在此基础上，提出用有机物硫脲作硫源，牛血清白蛋白为稳定剂，室温固相反 应直接制备出粒径可控较为均匀的粒径4~5nm左右CdS纳米粒子，量子效率显著，有着很 高的光催化活性，且制备简单、温度缓和、易控制、清洁生产、产量高，有望大规模生产。
[0003] CdS纳米粒子的光催化活性已得到广泛研究，以期应用于如染料废水等的处理。染 料废水是难降解的工业废水之一，因酸性和碱性条件下的偶氮和醒式结构是染料化合物的 主体结构，所以降解甲基橙在染料工业废水的降解研究中有一定的代表性。甲基橙光催化 降解效率低一直是人们研究的方向，以往大量的实验都是在紫外灯的照射下进行，与实际 应用不相符（太阳光中只有5%为紫外光，光催化剂必须为可见光响应型），虽然有人研究 过可见光光降解实验，4h催化效果在80%以上，可见结果并不令人满意。本申请制备的CdS 纳米粒子作光催化剂，通过对甲基橙降解各种因素的探讨，找到了甲基橙的最佳光催化效 果，进行太阳光催化降解实验，取得了良好效果。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种可控性强的理想CdS纳米粒子制备的新方法新工艺。
[0005] 本发明具体通过以下技术方案实现：
[0006] -种室温固相反应制备CdS纳米粒子的方法，按质量比1:1. 6:6分别称取 CdS04 ? 8H20、硫脲、NaOH，将CdS04 ? 8H20和硫脲先分别研磨细再与NaOH混合研磨，添加牛 血清白蛋白继续研磨30min得细亮浅黄色稠状物，用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤过滤，自 然干燥得浅黄色粉末即为CdS纳米粒子。
[0007] 本发明所述的CdS纳米粒子为球形，分散均匀，粒径分布窄，平均直径为4~5nm。
[0008] 本发明所述的CdS纳米粒子保存于队中备用。
[0009] 本发明反应物CdS04 ? 8H20、硫脲、NaOH配比为1:1. 6:6,相比常规1:1:4制备的粒 子，纯度较高，这时硫脲提供的S粒子既满足与Cd粒子充分反应，又有适当余量作生成的 CdS纳米粒子修饰剂，防止粒子的聚集；而NaOH研磨起始时过量，主要是反应需在碱性条件 下硫脲才能水解产生S离子，从而启动与Cd离子生成CdS的反应；采用先将CdS04 *81120和 硫脲混合再和NaOH混合的方式，所得粒子较均匀，粒径小；使用牛血清白蛋白作稳定剂，因 高分子又对溶胶有保护作用使颗粒分散，稳定，不易聚集，得到CdS纳米粒子的粒径分布较 窄。
[0010] 本发明还提供了所述CdS纳米粒子在制备净水、净化以及杀菌组合物中的应用。
[0011] 本发明所述的CdS纳米粒子催化剂用于降解甲基橙的用途，50mL浓度为20mg/L甲 基橙的降解条件是：pH值为1的CdS纳米粒子0. 2g。
[0012] 本发明的有益效果为：本发明方法反应条件温和，操作简便易行，反应物易得，产 率高而污染少，因而生产绿色节能，对粒子可调控性强，因而应用性强；所得纳米粒子纯度 较高、粒径小、粒度均匀、分散性好、定向程度较高、晶型晶格理想。
【附图说明】
[0013] 图1是不同条件下合成的CdS纳米粒子的XRD图；（a)是固相合成未加牛血清白 蛋白的CdS; (b)是固相合成加牛血清白蛋白0.5g的CdS; (c)是固相合成加牛血清白蛋白 0? 25g的CdS;
[0014] 图2是固相合成加牛血清白蛋白0. 5g-起研磨的CdS的TEM;
[0015] 图3是固相合成加牛血清白蛋白的CdS原子力图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施 例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示 的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明 的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。 [0017] 试剂和仪器：
[0018]CdS04 *81120(分析纯，中国亭新化工试剂厂）、硫脲（AR，宜兴市第二化学试剂厂）、 NaOH(AR，天津市北方天化学试剂厂）、牛血清白蛋白（生化试剂，上海新兴医药保健品科技 开发中心化工试剂部，进口分装。）、无水乙醇（AR)、甲基橙（AR)。
[0019] 粉末一X射线衍射仪（XRD)用BrukerD8-ADVANCEX射线衍射仪（CuKa，入= 0. 154178nm)测定；将样品用乙醇分散，在铜网上制样，干燥后用HITACHIH600(工作电压： 75kV)透射电子显微镜（TEM)进行形貌结构分析；原子力显微仪；800型离心机（常州国体 电器有限公司）；鼓泡器（市售）；RQ- 50型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）； 722S分光光度计
[0020] 实施例lCdS纳米粒子的制备
[0021] 称取3. 84g的CdS04 ? 8H20和1. 2g硫脲、2. 4gNaOH，在玛瑙研钵中研磨5min，加牛 血清白蛋白〇. 5g继续研磨30min得细亮浅黄色稠状物。用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤过 滤3次，自然干燥得浅黄色粉末，保存于N2中。
[0022] 实施例2催化剂的表征
[0023] 实施例1室温固相反应制备所得产物CdS为浅黄色粉体，这一结果与CdS纳米粒 子的量子尺寸效应的直观表现，即其颜色由体材料的黄色变为纳米微粒的浅黄色相一致。
[0024] 图1是不同条件下产物的XRD图。通过与标准TOF卡对照，（a)、（b)、（c)图中2 0 为26. 6°、44. 0°、52. 2°左右的三个较强的峰，分别对应于立方相CdS的（111)、（220)和 (311)晶面。由此可知，室温固相研磨所得CdS粒子为立方相晶型。XRD图还表明反应物衍 射峰完全消失，由此说明产物经洗涤除去可溶性反应物后，得到较纯的CdS，利用Scherrer 公式从（111)衍射峰计算出（b)的CdS平均粒径为4. 7nm。
[0025] (b)固相合成加牛血清白蛋白0.5g的CdS的TEM如图2所示，根据统计，其平均直 径为4~5nm，与Scherrer公式计算值4. 7nm-致，从TEM图中可以看出，粒子为球形，无明 显的团聚现象，分散较均匀，粒径分布较窄。
[0026] 图3为固相合成加牛血清白蛋白的CdS原子力图。从图中可以看出，产物为较均 匀的类球形粒子。
[0027] 实施例2CdS纳米粒子的光催化活性试验
[0028] 称取一定量实施例1所得纳米粒子，加入50mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液，先使 反应液与催化剂在暗处超声搅拌吸附15min，使催化剂达到吸附平衡后，通过鼓泡器不断通 入空气，太阳光光照反应时间60min。每隔5min取样一次，然后4500r/min离心分离除去