Способ получения коллоидного раствора наночастиц сульфида свинца

Авторы патента:

B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур

B01J13/00 - Коллоидная химия, например способы получения коллоидов или их растворов, не отнесенные к другим классам, изготовление полых пластмассовых шариков или микрокапсул (использование веществ в качестве эмульгирующих, смачивающих, диспергирующих или пенообразующих агентов B01F 17/00)

Владельцы патента RU 2567326:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к способам получения коллоидных растворов, содержащих наночастицы полупроводникового соединения, и может быть использовано в оптоэлектронике и медицине. Предлагается способ получения коллоидного раствора наночастиц сульфида свинца, включающий смешивание исходного раствора ацетата свинца и раствора серосодержащего соединения в присутствии стабилизатора, отличающийся тем, что он в качестве стабилизатора содержит цитрат натрия или динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б) при соотношении компонентов, равном ацетат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия или трилон Б=1:1:0,3÷1,25. Предлагаемый способ позволяет реализовать простой управляемый технологический процесс получения стабильных до 30 суток водных коллоидных растворов наночастиц сульфида свинца с размером частиц от 9 до 17 нм. 1 табл.

Известен жидкофазный способ получения коллоидных материалов, в частности сульфида свинца, которые могут быть использованы в лазерах и оптоэлектронных устройствах (патент CN 102387855, МПК B01J 13/00, 2012 год). Способ заключается в жидкофазном разложении серосодержащего соединения в присутствии ионов свинца. На первом этапе получают исходные растворы, содержащие серу, например в триоктилфосфине, трибутилфосфине, октадецене, и карбоксилаты или ацетаты свинца в слабокоординационном растворителе, например в метиленхлориде, тетрагидрофуране, триоктиламине, дизельном топливе. Серосодержащий раствор подвергают дегазации. На втором этапе в полученный раствор вводят ионы свинца. Полученную смесь доводят до кипения в инертной атмосфере, температура при этом варьируется в диапазоне от 100°C до 280°C, а время составляет 30-60 минут.

Недостатком известного способа является его сложность, которая обусловлена многостадийностью процесса, необходимостью использовать инертную атмосферу и высокие температуры. Кроме того, использование сложных органических прекурсоров ухудшает экологическую обстановку.

Известен способ получения наночастиц сульфида свинца, стабилизированных в желатине (патент MD 241; МПК B82B 3/00, C01G 21/21, C08L 89/06, C09K 11/56; 2010 год). В известном способе к водному раствору нитрата свинца добавляют желатин, после чего полученную смесь нагревают до 90°C. Далее к смеси добавляют раствор сульфида натрия.

Недостатком известного способа является использование желатинового стабилизатора, во-первых, это накладывает ограничения на условия хранения и использования продукта при температуре выше 40°C, во-вторых, проблемой желатинового стабилизатора является его растрескивание и старение, в результате которого он перестает быть прозрачным.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является известный способ получения коллоидных нанокристаллов сульфида свинца (патент US 7118627, МПК C30B 7/00). Известным сольвотермальным способом получают коллоидные нанокристаллы сульфида свинца, обладающие узким распределением по размерам и эмиссией в ближнем инфракрасном диапазоне спектра и могут быть использованы в качестве материала для различных устройств. Известный способ является многостадийным: на первом и втором этапах получают основные растворы, первый содержит ионы свинца, например раствор ацетата свинца, а второй - ионы серы в органическом растворителе. В оба раствора добавляют различные лиганды для стабилизации наночастиц, образующихся на последующих стадиях. На третьем этапе происходит смешивание исходных растворов при постоянном перемешивании и нагревании при температуре 130-150°C (прототип).

Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная, во-первых, многостадийностью, во-вторых, использованием достаточно высоких температур и специальной инертной атмосферы, в-третьих, использованием сложных органических прекурсоров, в число которых входит олеиновая кислота, би(триметилсилил)сульфид и триоктилфосфин оксид, и токсичных растворителей, таких как метанол, толуол, хлороформ, гексан.

Таким образом, перед авторами стояла задача - разработать простой способ получения стабильного коллоидного раствора наночастиц сульфида свинца.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения коллоидного раствора наночастиц сульфида свинца, включающем смешение исходного раствора ацетата свинца и раствора серосодержащего соединения в присутствии стабилизатора, который в качестве стабилизатора содержит цитрат натрия Na₃C₆H₅O₇ или динатриевую соль этилендиаминтетра-уксусной кислоты (трилон Б) при соотношении компонентов, равном ацетат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия или трилон Б=1:1:0,3÷1,25.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения стабильного водного коллоидного раствора наночастиц сульфида свинца, в котором в качестве стабилизатора используют цитрат натрия или трилон Б при определенном соотношении исходных компонентов в предлагаемых авторами условиях.

Коллоидные растворы наноструктурированных частиц сульфида свинца являются перспективными материалами для использования в различных областях наноэлектроники и медицины в качестве источников излучения и флуоресцентных меток. Исследования, проведенные авторами предлагаемого технического решения, позволили выявить возможность получения стабильных во времени водных коллоидных растворов сульфида свинца в случае использования в качестве стабилизатора цитрата натрия или трилона Б в определенном их количестве по отношению к исходным компонентам, которые смешивают в стехиометрическом соотношении. Так, если процесс получения коллоидного раствора осуществляют в присутствии стабилизатора при соотношении менее, чем 1:1:0,30; растворы не достаточно стабильны - наночастицы сульфида свинца выпадают в осадок через 4 суток. Если процесс получения коллоидного раствора осуществляют в присутствии стабилизатора при соотношении более, чем 1:1:1,25; наночастицы сульфида свинца не образуются. Особенностью предлагаемого способа является возможность получения стабильных (не коагулирующихся, не агломерирующихся и не оседающих частиц) коллоидных наночастиц в водных растворах.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. К исходному раствору ацетата свинца Pb(CH₃COO)₂ при постоянном перемешивании последовательно добавляют раствор стабилизатора цитрата натрия Na₃C₆H₅O₇ (Na₃Cit) или раствор динатриевой соли этилендиаминтетра-уксусной кислоты C₁₀H₁₄O₈N₂Na₂×2H₂O (трилон Б), а затем раствор сульфида натрия Na₂S. При этом смешивание осуществляют при температуре 20-30°C и pH, равном 4,5÷7. При смешивании реагентов образование частиц сульфида свинца происходит практически мгновенно, в результате образуется темно-черный раствор, стабильный в течение 23-30 суток.

Для определения размера (гидродинамического диаметра) частиц сульфида свинца непосредственно в растворе используют метод динамического рассеяния света. Для воспроизводимости результатов рассеяние света в каждом растворе измеряют не менее трех раз. Для определения стабильности растворов измеряют их мутность. Измерение мутности проводят в формализованных единицах мутности (FTU), которые соотносятся с нефелометрическими (NTU) как 1:1.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения.

Пример 1.

Берут 1 мл (50 ммоль л^-1) водного раствора ацетата свинца Pb(AcO)₂ и добавляют 197 мл дистиллированной воды. Затем добавляют 1 мл (50 ммоль л^-1) водного раствора цитрата натрия (Na₃Cit) и 1 мл (50 ммоль л^-1) водного раствора сульфида натрия Na₂S. При этом pH полученного раствора равно 6,4. Соотношение исходных компонентов равно ацетат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия = 1:1:1. Смешивание растворов осуществляют при температуре 20°C. Концентрации компонентов в конечном коллоидном растворе равны, ммоль л^-1: Pb(СН₃СОО)₂ - 0,25; Na₂S - 0,25; Na₃Cit - 0,25. Данные по размеру частиц и стабильности полученного коллоидного раствора приведены в таблице (образец 4).

Пример 2.

Берут 3,2 мл (50 ммоль л^-1) водного раствора ацетата свинца Pb(АсО)₂и добавляют 190,4 мл дистиллированной воды. Затем добавляют 3,2 мл (50 ммоль л^-1) водного раствора динатриевой соли этилендиаминтетра-уксусной кислоты C₁₀H₁₄O₈N₂Na₂×2H₂O (трилон Б) и 3,2 мл (50 ммоль л^-1) водного раствора сульфида натрия Na₂S. При этом pH полученного раствора равно 6,7. Соотношение исходных компонентов равно ацетат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия = 1:1:1. Смешивание растворов осуществляют при температуре 24°С. Концентрации компонентов в конечном коллоидном растворе равны, ммоль л^-1: Pb(СН₃СОО)₂ - 0,8; Na₂S - 0,8; трилон Б - 0,8. Данные по размеру частиц и стабильности полученного коллоидного раствора приведены в таблице (образец 5).

Таблица
Концентрации компонентов в конечном коллоидном растворе, время стабильности и размер частиц сульфида свинца
N образца	Концентрация реагентов в коллоидном растворе, ммольл^-1	Соотношение компонентов в реакционной смеси	Стабильность сутки	Размер частиц, нм
Pb(CH₃COO)₂	Na₂S	Na₃Cit	трилон Б
1	1,25	1,25	0,42	0	1:1:0,3	30	12
2	0,8	0,8	0,50	0	1:1:0,65	30	14
3	0,5	0,5	0,625	0	1:1:1,25	28	10
4	0,25	0,25	0,25	0	1:1:1	25	9
5	0,8	0,8	0	0,8	1:1:1	23	15
6	0,5	0,5	0	0,2	1:1:0,3	23	17

Таким образом, предлагаемый способ позволяет реализовать простой управляемый технологический процесс получения стабильных до 30 суток водных коллоидных растворов наночастиц сульфида свинца с размером частиц от 9 до 17 нм.

Способ получения коллоидных наночастиц сульфида свинца в водных растворах, включающий последовательное добавление к водному раствору ацетата свинца при постоянном перемешивании водного раствора цитрата натрия или динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б) и водного раствора сульфида натрия при температуре 20-24°C, при соотношении компонентов, равном ацетат свинца:сульфид натрия:цитрат натрия или трилон Б=1:1:0,3÷1,25.

Изобретение относится к области получения тонких пленок сульфида свинца нанокристаллической структуры, активных в ближнем ИК-диапазоне. Предложен способ получения тонких пленок сульфида свинца, активных в ближнем инфракрасном диапазоне, включающий осаждение из водного раствора смеси ацетата свинца и диамида тиоугольной кислоты в присутствии цитрата натрия и гидроксида натрия.

Способ получения сульфидов кадмия и свинца // 2203855

Изобретение относится к способам получения порошковых материалов в расплавленных солях, в частности к способам получения порошкообразных сульфидов кадмия и свинца.

Способ получения сульфида свинца // 1723037

Изобретение относится к технологии производства неорганических веществ, в частности сульфида свинца, используемого в качестве материала для оптоэлектроники и приборов, работающих в инфракрасной области.

Способ определения окисленных и сульфидных соединений свинца // 1583786

Изобретение относится к способам фазового анализа полиметаллических руд и может быть использовано при исследовании свинцовых руд и концентратов с целью упрощения анализа окисленных и сульфидных соединений свинца.

Состав для селективного выделения сульфида свинца из продуктов металлургического производства // 1130528

Способ и устройство для получения углеродных нанотрубок // 2567283

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано в технике, медицине и энергетике. Устройство для получения углеродных нанотрубок содержит реакционную камеру 12, в которой размещены подложкодержатель 1, нагреватель 2, подложка 3, входное окно 6, держатель 9 мишени 8, патрубок 11 ввода газов системы подачи реакционной газовой смеси и патрубок 10 системы вакуумирования.

Способ создания каталитического слоя на поверхности пористого носителя // 2567234

Изобретение относится к способу создания каталитического слоя на поверхности пористого носителя. Данный способ включает нанесение наночастиц катализатора, содержащих оксид церия или гомогенный смешанный оксид церия и циркония, на внутреннюю поверхность пористого носителя из оксида алюминия посредством погружения пористого носителя в предварительно приготовленную стабильную водную суспензию, содержащую наночастицы катализатора, и запекание носителя с нанесенными на него наночастицами катализатора.

Способ формирования стабильных наноструктурных покрытий плазменной струей // 2567082

Изобретение относится к способу формирования стабильных наноструктурных покрытий плазменной струей. Осуществляют напыление твердосплавных нанопорошков плазменной струей на подложку, расположенную перпендикулярно к направлению оси плазменной струи, с использованием кислород-углеводородных газовых смесей.

Способ снабжения подложки барьером и подложка, содержащая барьер // 2566787

Изобретение относится к упаковочным материалам и касается способа снабжения поверхности подложки с волоконной основой барьерным слоем. Барьерный слой формируют осаждением нановолокон на поверхности посредством использования электроформования или формования из расплава, при этом пленку формируют посредством постобработки подложки с осажденными нановолокнами после осаждения нановолокон на поверхности.

Способ получения коротких углеродных нановолокон, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора // 2566781

Изобретение может быть использовано при изготовлении композиционных материалов, катализаторов, материалов для хранения газов. Катализатор - нанодисперсный порошок никелида алюминия, покрытый каталитически активным металлом из ряда, включающего железо, кобальт, никель, молибден или их смеси, получают путём его пропитки солями указанных каталитически активных металлов, сушки, прокаливания и модифицирования монохроматическим электромагнитным излучением в импульсном режиме с частотой 10-30 Гц при удельной мощности излучения 1,1-1,8 кВт/мм2.

Модифицированная полиэфирная композиция и способ ее получения // 2566756

Настоящее изобретение относится к модифицированным полиэфирным композициям, содержащим модификаторы полиэфирной смолы на основе наночастиц оксидов. Описана полиэфирная композиция, используемая в качестве связующего, содержащая полиэфирную смолу, содержащую модификатор на основе наночастиц оксидов, выбранных из SiO2, Al2O3, MgO, ZrO2, CeO2, TiO2, ZnO, FeO, Fe2O3, Fe3O4 и SnO, содержащий C2-C16 углеводородный фрагмент, имеющий по меньшей мере одну гидроксильную группу, и связанный посредством указанного C2-C16 углеводородного фрагмента ковалентной связью с указанной полиэфирной смолой; и модификатор полиэфирной смолы на основе наночастиц оксидов, выбранных из SiO2, Al2O3, MgO, ZrO2, CeO2, TiO2, ZnO, FeO, Fe2O3, Fe3O4 и SnO, содержащий непредельные С2-С20 углеводородные группы, выбранные из остатка С2-С20 алкена, С2-С20 алкина или С2-С20 циклоалкена, ковалентно связанные с поверхностью указанных наночастиц через кислород.

Способ получения нанокапсул антисептика-стимулятора дорогова (асд) 2 фракция в хитозане // 2566711

Изобретение относится в области нанотехнологии, в частности к способу получения нанокапсул АСД в хитозане. Технической задачей изобретения является упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул и увеличение выхода по массе.

Способ получения наночастиц золота // 2566240

Изобретение относится к способам получения частиц благородных металлов, в частности золота нанометрового размера, которые находят применение в различных отраслях науки и техники.

Способ формирования бидоменной структуры в пластинах монокристаллов сегнетоэлектриков // 2566142

Изобретение относится к области получения монокристаллов сегнетоэлектриков с бидоменной структурой и может быть использовано в нанотехнологии и микромеханике при создании и работе приборов точного позиционирования, в частности зондовых микроскопов, лазерных резонаторов, а также при юстировке оптических систем.

Магнитный наноструктурированный порошок частиц системы железо-кобальт-никель // 2566140

Изобретение относится к области металлургии, а именно к магнитному порошку системы Fe-Co-Ni. Магнитный наноструктурированный порошок частиц системы железо-кобальт-никель характеризуется тем, что каждая частица порошка содержит, мас.%: никель 10-20, кобальт 10-50, железо остальное, при этом состоит из нанокристаллитов размерами менее 20 нм, компактно сложенных в агрегаты размерами от 40 до 80 нм с образованием агломератов сферической формы с размерами от 100 до 200 нм.

Способ получения нанокапсул сульфата глюкозамина в каррагинане // 2557975

Изобретение относится к медицине и описывает способ получения нанокапсул сульфата глюкозамина методом осаждения нерастворителем, где сульфат глюкозамина небольшими порциями добавляют в суспензию каррагинана, использующегося в качестве оболочки нанокапсул, в бутиловом спирте, содержащем 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, полученную смесь перемешивают и добавляют 6 мл осадителя - гексана, отфильтровывают, промывают гексаном и сушат.

Способ получения коллоидных частиц оксидов металлов // 2557238

Настоящее изобретение относится к способам получения коллоидных частиц оксида металла (варианты), в частности диоксида кремния, а также к самим коллоидным частицам.

Способ получения коллоидного раствора наноразмерного углерода // 2556938

Изобретение может быть использовано при получении покрытий, уменьшающих коэффициент вторичной электронной эмиссии, выращивании алмазных плёнок и стёкол, элементов, поглощающих солнечное излучение.

Эмульгированная композиция // 2551853

Предложена косметическая эмульсионная композиция для улучшения состояния кожи, которая содержит (A) 0,001-10% масс. органического соединения, имеющего две или более гидроксильных групп, неорганическое значение 220-450 и органическое значение 300-1000; (B) 0,001-10% масс.

Получение формованных металлических частиц и их применения // 2542238

Изобретение относится к формованным частицам переходных металлов, в частности в виде дисперсии в водной и/или органической среде, к их получению и их применению в качестве агента, поглощающего инфракрасное излучение (ИК), ИК-отверждающего агента для покрытий, добавки в проводящих композициях, печатных красках и покрывающих композициях, противомикробного средства или для обнаружения органических и/или неорганических соединений.

Способ получения наночастиц платиновых металлов // 2540664

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано в медицине, фармацевтике, косметологии. Наночастицы платиновых металлов получают в прозрачной жидкости на водной основе 7 при разрушении мишени 6 из платинового металла или сплава кавитацией, возникающей путем доставки лазерного излучения 2, представленного в виде импульсов сфокусированного излучения лазера на парах меди 1 с величиной энергии импульса 1-5 мДж и длительностью импульса 20 нс, с частотой следования импульсов 10-15 кГц и плотностью мощности 5,7 ГВт/см2, через прозрачное дно кюветы 5 к мишени 6, помещенной в кювету 5 с прозрачной жидкостью на водной основе 7.