專利名稱：利用太陽(yáng)能制備納米過氧化鋅和氧化鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用太陽(yáng)能光化學(xué)反應(yīng)方式制備納米過氧化鋅和氧化鋅的方法。
技術(shù)背景過氧化鋅為淡黃色或白色粉末，不溶于水。過氧化鋅可以與偶氨基化碳組合作為噴吹 劑用于制造高熔點(diǎn)的合成樹脂的泡沫熱塑產(chǎn)品。在多硫化物橡膠的硫化中過氧化鋅作為硫 化劑用于生產(chǎn)抗油和抗老化密封劑、管道等，用于羰基丁腈橡膠的硫化以生產(chǎn)抗磨損橡膠。 在羧酸腈基丁二烯橡膠丁晴橡膠過氧化鋅作為硬化劑增強(qiáng)未硬化橡膠的抗燒焦能力和儲(chǔ)藏 穩(wěn)定性。過氧化鋅還可以用做爆炸物(如炸藥、煙火)的氧化劑和供氧劑。在陶瓷絕緣體 的生產(chǎn)過程中，加入過氧化鋅有助于加速有機(jī)粘結(jié)劑的燃燒或去除從而減少燒成陶瓷材料 中的殘留碳含量。在石油和天然氣開采工業(yè)中，過氧化鋅用于配制鉆井液來分解鉆井孔下 結(jié)塊的淤泥，使開采更加順利。此外，過氧化鋅可以用于制作醫(yī)治皮膚病的防腐劑。過氧 化鋅作為氧化劑和漂白劑亦可用于其它領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。氧化鋅是一種新型的II 一VI族直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下其禁帶寬度為 3137 eV，對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)為387nm的紫外光，室溫下的激子束縛能較大(60 meV)，因此在室 溫下可以產(chǎn)生高效率的激子發(fā)射。氧化鋅己經(jīng)在光學(xué)器件、氣敏、壓敏器件、光催化、紫 外光電子器件等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，是近年來繼GaN之后國(guó)際上又一研究熱點(diǎn)，受 到了人們的普遍關(guān)注。制備納米ZnO的方法很多，不同方法制備的ZnO具有不同的晶形、 顆粒大小、表面性質(zhì)及純度，這些都將影響到納米ZnO材料的光電性質(zhì)。傳統(tǒng)的制備氧化鋅和過氧化鋅的方法有很多。工業(yè)上制備氧化鋅的方法主要有直接 法(亦稱美國(guó)法)(將從焙砂還原出的鋅蒸氣氧化制得氧化鋅)、間接法(亦稱法國(guó)法)(蒸發(fā)金屬鋅塊，將所得鋅蒸氣氧化制得氧化鋅)。目前市售氧化鋅多為直接法或間接法 產(chǎn)品，所得ZnO粒度為微米級(jí)，比表面積較小。工業(yè)上制備過氧化鋅的方法為氫氧化鋅法(通過過氧化鋅與過氧化氫溶液反應(yīng))。這些方法存在著能耗高、純度較低、成本較高等 缺點(diǎn)。本發(fā)明采用醋酸鋅和雙氧水作為原材料，成本較低，利用太陽(yáng)能促使反應(yīng)發(fā)生，反 應(yīng)條件溫和，可以節(jié)省能源。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好的特性。并且一 個(gè)工藝過程可以同時(shí)生成氧化鋅和過氧化鋅兩種材料。通過控制溶膠pH值、反應(yīng)時(shí)間等， 可以獲得晶?？煽?、分散性好的納米過氧化鋅和氧化鋅顆粒。本發(fā)明所得到的過氧化鋅可 以廣泛用于制造化妝品、藥品、硫化促進(jìn)劑、防腐劑、收斂劑等；得到的氧化鋅可以廣泛 地用作光電池、壓敏元件、傳感器、催化劑和紫外光電子器件等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種同時(shí)制備過氧化鋅和氧化鋅的太陽(yáng)能光化學(xué)反應(yīng)方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是所述制備方法以過氧化氫和醋酸鋅為原料，先將雙氧水加入到 去離子水中，攪拌均勻。在太陽(yáng)光光照的條件下，把醋酸鋅溶解于上述溶液，得到濃度在0.1mol/L—0.5mol/L之間的溶液，在室溫下(0°C—40°C)反應(yīng)8h—20h后得到白色溶膠， 把溶膠在低于120°C的溫度下干燥得到不同尺寸的淺黃色納米粉末為過氧化鋅粉末。如果 再把粉末在40(^C—800GC的高溫退火處理，就可以得到白色的氧化鋅粉末。 其中，所述的制備方法可以在間歇或連續(xù)的狀態(tài)下進(jìn)行。其中，所述的制備方法過程中，可以添加稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、稀醋酸來調(diào)節(jié)溶 膠pH值，控制粒徑尺寸，得到不同尺寸的納米粉末。該制備方法的反應(yīng)機(jī)理為首先是在溶液中過氧化氫在光照的條件下發(fā)生分解，和醋酸 鋅反應(yīng)，生成過氧化鋅。Zn(CH3COO)2 + H202 = Zn02 + 2HCH3COO 然后，在高溫下過氧化鋅發(fā)生分解反應(yīng)，生成氧化鋅。2Zn02= 2ZnO + 02本發(fā)明所制備方法的優(yōu)點(diǎn)是制備的過氧化鋅和氧化鋅純度較高，且配料成本低，過 氧化鋅的穩(wěn)定性較好；采用清潔能源太陽(yáng)能作為能量來源，工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，適 合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。


圖l、為本發(fā)明的制備過程反應(yīng)示意圖；圖2、為本發(fā)明凝膠粉末不同熱處理后的XRD圖譜；圖3、 (a)為本發(fā)明氧化鋅的掃描電子顯微鏡圖象；(b)為本發(fā)明過氧化鋅粉末的掃描電子顯微鏡圖象； 圖4、 (a)為本發(fā)明氧化鋅的透射電子顯微鏡圖像；b)為本發(fā)明過氧化鋅粉末的透射電子顯微鏡圖像； 圖5、為本發(fā)明制備過程反應(yīng)流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為一種利用太陽(yáng)能光化學(xué)反應(yīng)方式制備納米過氧化鋅和氧化鋅的方法。其制備 方法，以過氧化氫和醋酸鋅為原料，先將雙氧水加入到去離子水中，攪拌均勻。在太陽(yáng)光 光照的條件下，把醋酸鋅溶解于上述溶液，得到濃度在0.1mol/L—0.5mol/L之間的溶液， 在窒溫下(0QC—40°C)反應(yīng)8h—20h后得到白色溶膠，把溶膠在低于120。C的溫度下干 燥得到不同尺寸的淺黃色納米粉末為過氧化鋅粉末。如果再把粉末在400 °C—800 QC的高 溫退火處理，就可以得到白色的氧化鋅粉末。所述上述反應(yīng)可以在間歇或連續(xù)的狀態(tài)下進(jìn)行。所述的制備方法過程中，可以添加稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、稀醋酸來調(diào)節(jié)溶膠pH 值，控制粒徑尺寸，得到不同尺寸的納米粉末。 本發(fā)明的制備方法中的反應(yīng)機(jī)理如下所示首先是在溶液中過氧化氫在光照的條件下發(fā)生分解，和醋酸鋅反應(yīng)，生成過氧化鋅。Zn(CH3COO)2 + H202 = Zn02 + 2HCH3COO 然后，在高溫下過氧化鋅發(fā)生分解反應(yīng)，生成氧化鋅。2Zn02= 2ZnO + 02本發(fā)明制備方法具體實(shí)施步驟如下1、 先把0.5g醋酸鋅溶解于150ml H20混合均勻；2、 一邊攪拌一邊加入多于0.5ml H202 ;3、 混合均勻后在太陽(yáng)光下一邊攪拌一邊照射；4、 6h后再加入多于0.5ml H202 :5、 再攪拌4h后停止，得到均勻，穩(wěn)定的溶膠；6、 把溶膠干燥得到凝膠粉末；7、 研磨后得到粒徑均勻的Zn02粉末；8、 再把ZnO2粉末在400。C退火，得到ZnO粉末。
權(quán)利要求
1、一種利用太陽(yáng)能制備納米過氧化鋅和氧化鋅的方法，其特征在于選擇醋酸鋅和雙氧水作為原料，其中，兩種原料溶解于雙氧水和去離子水混合液，在太陽(yáng)光照射條件下反應(yīng)后得到白色溶膠，把溶膠干燥得到淡黃色粉末過氧化鋅粉末，把該經(jīng)過粉末在高溫退火處理，可得到白色的氧化鋅粉末。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太陽(yáng)能制備納米過氧化鋅和氧化鋅的方法，其特征在于太 陽(yáng)光照射條件下反應(yīng)8小時(shí)后得到白色溶液。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太陽(yáng)能制備納米過氧化鋅和氧化鋅的方法，其特征在于先 加入雙氧水，再加入醋酸鋅。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米過氧化鋅和氧化鋅的制備方法，其特征在于反應(yīng)物Zl^+的濃度在0.1mol/L—0.5mol/L之間。加入醋酸鋅的量為0.5g時(shí)，含量為30%的雙氧水加入量應(yīng) 大于lml。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米過氧化鋅和氧化鋅的制備方法，其特征在于在室溫下(0°C —40QC)，太陽(yáng)光光照的條件下，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)在8h—20h之間，并且可以在間歇或連續(xù)的狀 態(tài)下進(jìn)行。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米過氧化鋅和氧化鋅的制備方法，其特征在于可以通過添加 各種酸來調(diào)節(jié)溶膠pH值，控制粒徑尺寸。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的納米過氧化鋅和氧化鋅的制備方法，其特征在于可以通過 添加醋酸來調(diào)節(jié)溶膠pH值，控制粒徑尺寸。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米過氧化鋅和氧化鋅的制備方法，其特征在于白色溶膠干燥 時(shí)的溫度應(yīng)低于120°C。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米過氧化鋅和氧化鋅的制備方法，其特征在于高溫退火處理得到白色的氧化鋅粉末的溫度應(yīng)在400°C—800°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用太陽(yáng)能制備過氧化鋅和氧化鋅的方法。其中選擇醋酸鋅和雙氧水作為原料，把醋酸鋅溶解于雙氧水和去離子水混合液，在太陽(yáng)光光照的條件下反應(yīng)后得到白色溶膠，把溶膠干燥得到淺黃色粉末為過氧化鋅粉末，再把粉末在高溫下退火處理后就可得到白色的氧化鋅粉末，通過控制溶膠pH值、反應(yīng)時(shí)間等，可以獲得晶?？煽亍⒎稚⑿院?、高純度、高結(jié)晶度的納米過氧化鋅和氧化鋅顆粒。本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、易于操作，反應(yīng)條件溫和，可以在室溫下完成，具有節(jié)能、環(huán)境友好的特性。
文檔編號(hào)C01B15/047GK101152957SQ200610113398
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者猛 孫, 張俊英, 王天民, 郝維昌 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)