專利名稱：成核生長分步進(jìn)行的液相制取超細(xì)氧化鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細(xì)氧化鋅粉末的制備方法。
超細(xì)氧化鋅粉末是指直徑小于1.0μm的粉末，廣泛用于橡膠、陶瓷、紡織、日用化工行業(yè)。球型、超細(xì)化、窄粒度分布和不團(tuán)聚是對產(chǎn)品的一個(gè)基本要求。目前，工業(yè)上生產(chǎn)超細(xì)氧化鋅粉末的方法有三大類(1)氣相法，其品質(zhì)最高，但設(shè)備昂貴，制作成本高。(2)固相法，品質(zhì)最次，但制作成本低。(3)液相法，成本適中，制備的粉末能滿足一般要求，是目前廣泛采用的方法。
液相沉淀法是液相法中的主要方法之一，這種方法有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)沉淀過程中沉淀物的成核與生長過程不能分開，致使顆粒間形成團(tuán)聚并發(fā)生燒結(jié)，氧化鋅粉末難以形成球型，粒徑分布較寬，為了改善這種狀況，日本專利JP04，280814公開了一種技術(shù)，在沉淀過程中加入表面活性劑，改善其團(tuán)聚現(xiàn)象，但在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量泡沫，給操作帶來了很大困難。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種操作簡便，制作成本低廉，且產(chǎn)品質(zhì)量較高的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的(1)在鋅鹽溶液中加入能夠電離出OH-離子的堿性物質(zhì)，使溶液中部份鋅離子與OH-離子發(fā)生如下的反應(yīng)在溶液中生成氫氧化鋅膠粒，使溶液形成溶膠。
(2)在上述溶膠中加入能與鋅離子反應(yīng)并能產(chǎn)生沉淀的沉淀劑，使溶膠小的鋅離子與沉淀劑在氫氧化鋅膠粒表面反應(yīng)，將氫氧化鋅膠粒包覆起來，并沉淀，形成一個(gè)包覆氫氧化鋅膠粒的前驅(qū)體；(3)利用前驅(qū)體中心的氫氧化鋅和包覆體不同的分解溫度，先控制較低的溫度，使前驅(qū)體中心的氫氧化鋅膠粒首先分介成核，形成氧化鋅微粒，然后升高溫度，使外層的包覆體分介，并向中心擴(kuò)散，獲得所述的氧化鋅粉末。
本發(fā)明亦是這樣實(shí)現(xiàn)的按照上述構(gòu)思，本發(fā)明可以依次按照以下步驟來實(shí)現(xiàn)(1)將硝酸鋅或硫酸鋅配制成濃度為0.2～1.5mol/L的水溶液，然后加入NH4OH、NaOH或KOH中的一種，也可以是它們的混合物，在30～70℃條件下反應(yīng)，pH控制在5～8，此時(shí)溶液形成含有氫氧化鋅膠粒的溶膠；(2)將沉淀劑配制成濃度為0.2～2.0mol/L的水溶液，在反應(yīng)溫度下與溶膠混合，產(chǎn)生沉淀；所述的沉淀劑為草酸銨，碳酸銨或檸檬酸銨中的一種及其混合物；(3)將沉淀物過濾出來，洗滌至無酸根，干燥。
(4)將干燥后的沉淀物置于與弗爐中，以5℃/分的升溫速率升至150～250℃，恒溫0.5小時(shí)。
(5)升高溫度至300～450℃，恒溫1小時(shí)，即可獲得所述的超細(xì)類球型氧化鋅粉末。
按照上述方法制備的氧化鋅粉末，球型度好，比表面積＞30m2/g，平均粒徑為25～100nm，粒徑分布GSD為1.50～1.65，適用于制備高檔產(chǎn)品。
實(shí)施例1在反應(yīng)器中加入濃度為0.5mol/L的硫酸鋅溶液100ml，反應(yīng)溫度為30℃，在攪拌下加入0.1mol/L的氫氧化鈉，控制pH＝7.5，簡稱A，在另一容器中配制0.4mol/L的草酸銨溶液50ml，簡稱B，將B在攪拌下均勻地注入A，在攪拌下恒溫0.5小時(shí)，將沉淀物過濾，水洗至無SO42-，于80℃下干燥，然后將干燥物置于與馬弗爐中熱解，以5℃/分的速率升溫至180℃，然后恒溫0.5小時(shí)，再繼續(xù)升溫至450℃，恒溫1小時(shí)，即得超細(xì)類球型氧化鋅，平均粒徑為25nm，粒徑分布GSD為1.55，比表面積為50m2/g，且無團(tuán)聚現(xiàn)象。
實(shí)施例2在反應(yīng)器中加入濃度為0.2mol/L的硝酸鋅溶液50ml，反應(yīng)溫度為45℃，在攪拌下加入1∶1(重量比)的氨水至氫氧化鋅膠粒析出，在反應(yīng)溫度40℃時(shí)將0.1mol/L的碳酸銨溶液30ml慢慢注入A中，其他條件與實(shí)施例1相司，可得粒徑為100nm，粒徑分布GSD為1.60的超細(xì)類球型氧化鋅。比表面積＞30m2/g，且無團(tuán)聚現(xiàn)象。
實(shí)施例3在反應(yīng)器中加入濃度為1.5mol/L的重量比為1∶1的硝酸鋅和硫酸鋅的混合溶液50ml，反應(yīng)溫度為70℃，在攪拌下加入重量比為1∶1，5的NaOH與KOH的混合溶液，至氫氧化鋅析出，然后加入2.0mol/L的檸檬酸銨，至沉淀析出，將沉淀物水洗至無酸根，于80℃下干燥，置于馬弗爐中熱介，以例1相同的升溫速率升至250℃，恒溫0.5小時(shí)，然后在350℃下熱介，可得氧化鋅粉末，平均粒徑為40nm，粒徑分布GSD為1.5，比表面積為35m2/g，且無團(tuán)聚現(xiàn)象。
實(shí)施例4采用濃度為0.5mol/L草酸銨和檸檬酸銨(1∶1)(重量比)作為混合沉淀劑，其余.與例1相同，可得氧化鋅粉末，平均粒徑為30nm，粒徑分布GSD為1.57，比表面積為35m2/g。
對比例按照J(rèn)P04，280814專利所公開的方法制取氧化鋅粉末，在反應(yīng)器中加入濃度為0.2mol/L的ZnSO4100ml，烷基苯磺酸鈉0.1g，反應(yīng)溫度為30℃，加入濃度為0.2mol/L的(NH4)2CO3，產(chǎn)生沉淀，恒溫0.5小時(shí)，沉淀物過濾水洗至無SO42-和NH4+，然后在80℃下干燥，將干燥后的沉淀物在馬弗爐中以50℃/分的速率升溫至180℃，恒溫0.5小時(shí)，再升溫至500℃，恒溫1小時(shí)。所得氧化鋅粉末粒徑為0.3～2μm之間，粒徑分布GSD為1.7，且形狀極不規(guī)則，比表面積為20m2/g，相互之間有一定的團(tuán)聚現(xiàn)象。
從以上對比例和實(shí)施例可以發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明所述的方法制備超細(xì)氧化鋅粉末，其粒徑分布、粒徑、團(tuán)聚度都優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，是一種十分有前途的方法。
權(quán)利要求
1.一種成核生長分步進(jìn)行的液相制取超細(xì)氧化鋅的方法，其特征在于依次按照下述步驟進(jìn)行(1)在鋅鹽溶液中加入能電離出OH-離子的堿性物質(zhì)，使鋅鹽發(fā)生如下反應(yīng)所說的鋅鹽為硫酸鋅或硝酸鋅中的一種及其混合物；所說的堿性物質(zhì)為NaOH、NH4OH、KOH中的一種及其混合物；(2)加入沉淀劑，使溶液產(chǎn)生沉淀，所說的沉淀劑為草酸銨，碳酸銨或檸檬酸銨中的一種及其混合物；(3)將沉淀物分離出溶液，分成二個(gè)溫度段進(jìn)行熱介。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鋅鹽溶液的濃度為0.2～1.5mol/L。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于沉淀劑濃度為0.1～2.0mol/L。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于反應(yīng)溫度為30～70℃。
5.據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4所述的方法其特征在于第一段熱介溫度為180℃～250℃；第二段熱介溫度為350℃～450℃。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于沉淀物在熱分介前可以先進(jìn)行水洗和干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種成核生長分步進(jìn)行的液相制取超細(xì)氧化鋅的方法。本方法首先在鋅鹽溶液中形成一個(gè)包覆氫氧化鋅膠粒的前驅(qū)體，利用氫氧化鋅膠粒與外層包覆物的不同分解溫度，使氧化鋅的成核與生長分步進(jìn)行。采用本發(fā)明制取的超細(xì)氧化鋅粉末，球型度好，粒徑分布窄，平均粒徑25～100nm，且操作容易，制備的氧化鋅粉末可廣泛用于橡膠，陶瓷，紡織及日用化工行業(yè)。
文檔編號C01G9/02GK1166454SQ9710623
公開日1997年12月3日 申請日期1997年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月20日
發(fā)明者顧達(dá), 胡黎明, 劉小芳, 李春梅 申請人:華東理工大學(xué)