[发明专利]一种开关型表面活性剂微乳液制备纳米CdS粒子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米CdS粒子的方法，尤其是利用开关型表面活性剂微乳液制备纳米CdS粒子的方法。首先用开关型表面活性剂配制微乳液，然后在该体系中制备纳米CdS粒子，反应结束后加热并通入空气，开关型表面活性剂失去表面活性，微乳自动破乳分层，通过简单离心分离得到纳米CdS粒子。

背景技术

纳米CdS粒子由于具有量子尺寸效应，表面效应，宏观量子隧道效应，使其表现出一系列优异的物化性质和二阶非线性光学特性，在光、电、磁、催化等方面存在巨大的应用潜能。

如与溶胶-凝胶法等其他方法相比，微乳法制备纳米粒子具有设备简单、实验条件温和、粒子尺寸可控等优点，因此是纳米粒子合成中十分重要的技术。但微乳法在纳米粒子制备中会遇到分离回收问题：破乳困难、表面活性剂吸附在纳米粒子表面、表面活性剂回收困难等。采用传统的破乳方法不能解决表面活性剂在体系中的分离问题，并且表面活性剂使用完后直接排放，不仅浪费资源，对环境也产生一系列的影响。

Jessop等人在Science(Science，2006，313，958；CA2527144)上报道了一种开关型长链脒基碳酸氢盐表面活性剂。烷基脒是没有表面活性的油溶性化合物，其在水和二氧化碳作用下能形成具有表面活性的烷基脒碳酸氢盐；而当向此盐中通入氮气或者加热时，则发生逆反应，重新生成没有表面活性的烷基脒。该表面活性剂能应用在乳化原油或乳液聚合中，未见其在纳米CdS粒子中的报道。

本发明的目的是为了解决传统表面活性剂微乳法合成纳米CdS粒子的方法中后处理过程中表面活性剂与纳米粒子的分离、回收利用的问题，而提供的一种利用开关表面活性剂微乳合成纳米CdS的方法。

发明内容

本发明以具有开关特性的烷基脒基碳酸氢盐表面活性剂配制微乳液，此类微乳体系在开关型表面活性剂“有表面活性”时保持稳定，当开关型表面活性剂失去表面活性，微乳自动破乳，成为油水两相。将其应用在纳米粒子制备时，仅需通过简单离心分离得到纳米粒子，由于破乳后“失去”表面活性的烷基脒在纳米粒子上的吸附作用比“表面活性状态”时大大降低，通过简单洗涤能清除粒子表面吸附的化合物。因此该方法能将大大简化纳米粒子制备中原本繁琐的破乳、除去表面活性剂、回收分离等过程，其在纳米粒子制备中将有广阔的应用前景。

本发明所采用的开关表面活性剂为：N，N’-双烷基-乙脒基碳酸氢盐，结构式如下：

上式中R为12-16个碳原子的直链或支链烷基，具体可以选自以下物质中的一种或几种：正十二烷，双十二烷，正十四烷，双十四烷，正十六烷，双十六烷。

本发明首先利用开关表面活性剂配制胶束体系。配制方法如下：

将5-25g开关表面活性剂加入15mL油相中，并加入2mL到5mL去离子水，1mL到5mL醇，在室温搅拌至透明体系。

上述油相选用饱和烷烃或甲苯，具体可以选自以下物质中的一种或几种：正庚烷，正己烷，甲苯。

上述醇选用2-8个碳原子的直链或支链烷基醇具体可以选自以下物质中的一种或几种：乙醇，正丙醇，异丙醇，正丁醇，正己醇，正辛醇

本发明利用配制的微乳制备纳米CdS粒子。将所形成的微乳均分为A、B两份，A增溶0.02g到2g的0.05mol/L Cd(NO₃)₂溶液，B增溶0.02g到2g的0.05mol/L Na₂S水溶液，分别搅拌30min，再将A缓慢滴加到B中，室温搅拌反应1h；

本发明在纳米CdS粒子制备结束后，体系升温至65℃，并向体系中通空气，烷基脒基碳酸氢盐失去表面活性，微乳自动破乳，能通过简单离心分离得到纳米CdS粒子，分别用乙醇和去离子水洗涤沉淀物2-3次，真空干燥即得纳米CdS粒子。收集正庚烷中的烷基脒，通入CO₂，重新制得烷基脒基碳酸氢盐，实现表面活性剂回收利用。

本发明的优点是：

(1)本发明CdS纳米粒子的合成方法无需大型设备，操作安全、简便、易行，便于控制纳米CdS的尺寸、形貌和性能，可重复性好，易于工业化大规模生产，可实现节能减排的绿色产业。

(2)本发明反应条件温和，室温下即可进行纳米CdS的合成；反应过程中无有害气体产生，反应结束后不需要繁琐的破乳、分离、洗涤操作。

(3)本发明在开关表面活性剂的微乳中制备纳米CdS粒子，合成出的纳米CdS为单晶，球形，粒径分布均匀，直径为4-10nm。

附图说明