人工影响天气纳米碘化银催化剂的制备及表征
张景红1,2,金德镇2,刘先黎3,连建设1,李光玉1,江中浩1
(1.吉林大学汽车材料教育部重点实验室,长春130022;2.吉林省人工影响天气办公室,长春130062;3.吉林大学生物与农业工程学院,长春130022)
摘 要:采用沉淀法在常温常压下制备了纳米碘化银粒子,对试剂含量(硝酸银浓度、碘化钾浓度、络合剂浓度及分散剂浓度等)及工艺条件对纳米碘化银粒子形态的影响进行了研究。利用透射电子显微镜和X-射线衍射仪分析了纳米粒子的微观形貌及相结构。结果表明:纳米碘化银粒子成球形,粒径均匀可控,无明显团聚现象,不同工艺条件下获得的碘化银粒径不同,最大粒径范围在80~90nm,最小粒径范围在25~30nm,因为碘化银具有类冰结构,是最佳成冰物质,故纳米碘化银粒子作为人工影响天气催化剂具有极大的应用前景。
关键词:金属材料;纳米AgI;催化剂;人工影响天气
中图分类号:TG146.3 文献标志码:A 文章编号:1671-5497(2010)01-0077-05
碘化银具有光致变色特性,广泛应用于光致变色玻璃,照相感光乳剂等的生产中,并由于碘化银具有类冰结构,一直以来是最佳成冰物质[1-5]。根据结晶学原理,晶体在形成过程中首先形成晶核,结构相似的物质由于可作为结构相似物质的晶核,所以具有云中形成自然冰核性质的碘化银是一种很好的人工冰核,是冷云内人工产生冰晶的一种较好的物质,是当前人工影响天气作业中应用广泛、成效明显的催化剂[6]。纳米级碘化银可望具有新的性质和应用[7-8]。
目前,碘化银纳米粒子的制备方法主要有气溶胶法、凝胶法、微乳液法、水解法、共沉积法等[9-12]。但常规碘化银粒子的成冰阈温和成核率都相对较低。作者采用沉淀法制备纳米碘化银粒子,获得了不同纳米颗粒的最佳工艺条件,并就纳米颗粒的微观结构进行了系统的表征。将纳米技术引入人工影响天气领域,有望实现人工影响天气催化剂技术的新突破,从而更有效地提高人工影响天气作业效率。根据理论推算和目前室内试验结果,纳米碘化银粒子具有较高的成冰阈温和成核率[13]。从而为纳米碘化银粒子在人工影响天气催化剂中的应用奠定了理论基础。
1 材料与方法
1.1 纳米碘化银粒子的制备
配制cB(AgNO3)=0.1~0.4mol/L的溶液,络合剂的浓度为0.04~0.16mol/L的澄清水溶液,并将其在常温、常压下缓慢滴加到浓度为0.1~0.4mol/L的KI溶液和浓度为0.04~0.16mol/L的络合剂及浓度为0.01~0.04mol/L的分散剂的澄清水溶液中,并同时搅拌均匀,静止沉淀后得到纳米碘化银沉淀,对该纳米碘化银的沉淀进行过滤、水洗,分别在25℃、80℃、140℃、200℃下分别干燥1、3、5h,得到粒径在100nm以下的纳米碘化银粉体。
1.2 测试方法
利用透射电子显微镜(TEM)测试了不同工艺、干燥温度及时间下获得的纳米碘化银粉体的粒径及形态,利用X-射线衍射仪(XRD)分析了纳米碘化银粒子的粒径、晶格常数及相结构。
2 结果与讨论
2.1 反应物浓度对纳米粒子粒径的影响
表1为反应物浓度对纳米粒子粒径的影响。添加的络合剂及分散剂的浓度分别为0.08mol/L和0.02mol/L。由表1可知,反应物浓度较小时,生成的纳米粒子晶粒尺寸较小;反应物浓度较大时,生成的纳米粒子晶粒尺寸变大。这是因为反应物浓度较大时,溶液中反应粒子的浓度也较大,粒子间相互碰撞的几率也变大,易出现纳米粒子长大的现象。而且在高浓度下,当AgNO3刚加入时,首先生成AgI,由于初始加入时溶液中I-过量,AgI吸附I-进一步络合生成[AgI2]-、[AgI3]2-等络阴离子。随着Ag+的继续加入,破坏了AgI胶体的吸附性,当KI与AgNO3完全反应后,过量的Ag+就与络阴离子再结合,改变了AgI胶体原来的吸附性,从而生成更大的粒子,所以导致粒子直径增大[2]。为了获得较小晶粒尺寸的纳米粒子,反应物应该采用较小的浓度。
