CN102863018A - 一种纳米二氧化锡粒子的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米二氧化锡的制备方法，特别是一种低成本、安全环保制备纳米二氧化锡的方法，属于无机化工技术领域。本制备方法以锡花、25～32wt%浓度的盐酸、20～30wt%浓度的双氧水及15～28wt%浓度氨水为原料，直接反应，一步合成直径在10～80nm之间的纳米二氧化锡粒子。与现有技术相比，本发明方法的原料成本低，具有制备工艺简单、成本低，环境友好等优点。

Description

一种纳米二氧化锡粒子的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化锡的制备方法，特别是一种低成本、安全环保制备纳米二氧化锡的方法，属于无机化工技术领域。

背景技术

二氧化锡是一种典型的n型半导体材料，在气体敏感器、薄膜电阻器、太阳能电池、光电子器件、反射镜、敏感材料、荧光材料、电极材料、催化材料等领域有广泛的应用。由于小尺寸效应及表面效应，纳米二氧化锡具有特殊的光电性能和气敏性能，这使得其在气敏元件，半导体元件，电极材料及太阳能电池等方面有着潜在的应用，因而也成为目前研究的热点之一。材料的结构及微观形貌主要由制备方法确定。因此，材料的制备方法、制备工艺在充分发挥其性能特征，扩大其应用范围方面有重要的作用。目前制备纳米二氧化锡的方法主要有液相法和气相法两大类。常用的方法有溶胶-凝胶法、低温等离子体化学法、微乳液法、金属醇盐烃化法、硝酸氧化法、液相沉淀法、超临界流体干燥法、电弧气化合成法等。目前与纳米二氧化锡相关的专利多达700余项。但现有的制备方法存在原料成本高、工艺复杂、能耗高、利用表面活性剂等辅助介质及环境污染严重等问题。例如专利CN101580271B公开了一种二氧化锡纳米管的制备方法，该方法将亚锡盐、表面活性剂加入并溶解于稀酸溶液中配成前驱体溶液，然后采用紫外光辐照的方法获得少量二氧化锡纳米管，该方法制备时间较长，过程复杂，二氧化锡收率较低；专利CN102267718A公开了一种二氧化锡纳米材料的合成方法，该方法以硫酸亚锡为锡源，二水合柠檬酸三钠为螯合剂，采用水热合成的方法制备得到单分散的二氧化锡纳米材料，由于采用硫酸亚锡为锡源，成本较高，废水处理困难，存在水热合成能耗较高等缺点。专利CN101549884A也采用水热合成的方法，以四氯化锡为锡源，以L-赖氨酸为螯合剂制备得到二氧化锡纳米粒子。专利CN100354208C一种二氧化锡纳米棒的制备方法，采用气化燃烧法，以四氯化锡气体为锡源，氢气和空气混合气体为介质，在燃烧反应器中生成纳米二氧化锡纳米棒，该方法能耗高，氢气的利用存在爆炸的危险。

因此，研究纳米二氧化锡的制备方法具有重要的应用价值，纳米二氧化锡的制备方法有待新的突破。

发明内容

本发明的目的在于克服现有制备纳米二氧化锡成本高、制备工艺复杂、流程长、环境污染严重等问题，提供一种一步合成纳米二氧化锡的新方法，具有制备工艺简单、成本低，环境友好等优点。

实现本发明上述目的采取的技术方案是：以锡花、25～32wt%浓度的盐酸、20～30 wt %浓度的双氧水及15～28 wt %浓度氨水为原料，直接反应合成直径在10～80 nm之间的纳米二氧化锡粒子。

所述的盐酸与锡花的摩尔比为3:1～5:1；双氧水与金属锡花的摩尔比为2:1～1:2；超声波功率为100 W～1000W。

所述的纳米二氧化锡粒子的具体制备工艺步骤为：

①将锡花加入到反应釜中，然后将盐酸加入到反应釜中，在室温下反应0.5 h ～ 2.5 h；

②向①步形成的溶液中加入双氧水，控制反应温度在45 ℃～85 ℃之间反应1 h～7h；

③在超声波分散的条件下，向②步形成的溶液中加入氨水，直至反应体系的pH=8～10之间，经过滤，滤饼在150℃～200 ℃下微波干燥2～6 h即得纳米二氧化锡粒子。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

①现有制备纳米二氧化锡材料多采用成本较高的四氯化锡、氯化亚锡、硫酸亚锡等，而本专利直接采用锡花为锡源制备纳米二氧化锡，其制备方法简单，制备成本低。

②现有制备纳米二氧化锡材料多采用各种表面活性剂或螯合剂，而本发明制备过程中未采用其他任何分散助剂，以超声波分散的方法获得粒径均匀的纳米二氧化锡。其制备过程易于控制，纳米二氧化锡收率较高，最高达99.6%。

③未采用氯气、氢气等有毒、高危险性较大的原料，且制备过程安全，环保。

④以微波干燥的方法，提高了生产效率，降低了能耗。

具体实施方式

下面用实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将500g锡花加入到反应釜中，将浓度为25%的盐酸加入到反应釜中，在室温下反应0.5 h，盐酸与金属锡花的摩尔比为3:1。然后加入浓度为20%的双氧水，双氧水与锡花的摩尔比为2:1，在反应温度为45 ℃下反应1 h。在功率为100W的超声波分散的条件下，向反应体系中加入浓度为20%的氨水，直至反应体系的pH=8为止，经过滤，滤饼在150℃下微波干燥2 h，即得纳米二氧化锡粒子。纳米二氧化锡粒子直径为20 nm，纳米二氧化锡收率为52.1%。

实施例2

将500g锡花加入到反应釜中，将浓度为27%的盐酸加入到反应釜中，在室温下反应1.0 h，盐酸与金属锡花的摩尔比为3:1。然后加入浓度为25%的双氧水，双氧水与锡花的摩尔比为2:1，在反应温度为55 ℃下反应3 h。在功率为400W的超声波分散的条件下，向反应体系中加入浓度为22%的氨水，直至反应体系的pH=9为止，经过滤，滤饼在150℃下微波干燥6 h，即得纳米二氧化锡粒子。纳米二氧化锡粒子直径为10 nm，纳米二氧化锡收率为89.6%。

实施例3

将500g锡花加入到反应釜中，将浓度为30%的盐酸加入到反应釜中，在室温下反应1.5 h，盐酸与金属锡花的摩尔比为4:1。然后加入浓度为25%的双氧水，双氧水与锡花的摩尔比为1:1，在反应温度为65 ℃下反应5 h。在功率为800W的超声波分散的条件下，向反应体系中加入浓度为27%的氨水，直至反应体系的pH=10为止，经过滤，滤饼在200℃下干燥4 h，即得纳米二氧化锡粒子。纳米二氧化锡粒子直径为20 nm，纳米二氧化锡收率为92.8%。

实施例4

将500g锡花加入到反应釜中，将浓度为32%的盐酸加入到反应釜中，在室温下反应1.5 h，盐酸与金属锡花的摩尔比为4:1。然后加入浓度为30%的双氧水，双氧水与锡花的摩尔比为2:1，在反应温度为80 ℃下反应4 h。在功率为1000W的超声波分散的条件下，向反应体系中加入浓度为15%的氨水，直至反应体系的pH=9为止，经过滤，滤饼在150℃下微波干燥6 h，即得纳米二氧化锡粒子。纳米二氧化锡粒子直径为10 nm，纳米二氧化锡收率为99.6%。

实施例5

将500g锡花加入到反应釜中，将浓度为30%的盐酸加入到反应釜中，在室温下反应2.5 h，盐酸与金属锡花的摩尔比为5:1。然后加入浓度为25%的双氧水，双氧水与锡花的摩尔比为1:2，在反应温度为75 ℃下反应7 h。在功率为700W的超声波分散的条件下，向反应体系中加入浓度为28%的氨水，直至反应体系的pH=9为止，经过滤，滤饼在200℃下微波干燥1h，即得纳米二氧化锡粒子。纳米二氧化锡粒子直径为50 nm，纳米二氧化锡收率为69.5%。

实施例6

将500g锡花加入到反应釜中，将浓度为30%的盐酸加入到反应釜中，在室温下反应2.0 h，盐酸与金属锡花的摩尔比为4:1。然后加入浓度为30%的双氧水，双氧水与锡花的摩尔比为1:1，在反应温度为75 ℃下反应7 h。在功率为200W的超声波分散的条件下，向反应体系中加入浓度为28%的氨水，直至反应体系的pH=9为止，经过滤，滤饼在180℃下微波干燥5 h，即得纳米二氧化锡粒子。纳米二氧化锡粒子直径为80 nm，纳米二氧化锡收率为88.6%。

Claims (3)

1.一种纳米二氧化锡粒子的制备方法，其特征在于以锡花、25～32wt%浓度的盐酸、20～30 wt %浓度的双氧水及15～28 wt %浓度氨水为原料，直接反应合成直径在10～80 nm之间的纳米二氧化锡粒子。

2.按权利要求1所述的纳米二氧化锡粒子的制备方法，其特征是：盐酸与锡花的摩尔比为3:1～5:1；双氧水与金属锡花的摩尔比为2:1～1:2；超声波功率为100 W～1000W。

3.按权利要求2所述的纳米二氧化锡粒子的制备方法，其特征是具体工艺步骤为：

①将锡花加入到反应釜中，然后将盐酸加入到反应釜中，在室温下反应0.5 h ～ 2.5 h；

②向①步形成的溶液中加入双氧水，控制反应温度在45 ℃～85 ℃之间反应1 h～7h；

③在超声波分散的条件下，向②步形成的溶液中加入氨水，直至反应体系的pH=8～10之间，经过滤，滤饼在150℃～200 ℃下微波干燥2～6 h即得纳米二氧化锡粒子。