高活性納米氧化鋅的制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種納米氧化鋅的制備方法，特別是高活性、可控顆粒形貌的納米氧化鋅的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著納米科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，納米材料在許多領(lǐng)域中得到應(yīng)用和開發(fā)。納米氧化鋅作為一種廣泛應(yīng)用的化工產(chǎn)品，成為納米材料中一個(gè)重要的研究對(duì)象。納米氧化鋅是一種人造粉體，其粒徑介于l~100nm。氧化鋅納米材料由于納米效應(yīng)使其力學(xué)、電學(xué)、壓電、光電等性能均得到了很大的改善。同時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些新的物理特性，例如優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能、光催化性能、吸波性能、摻雜、稀磁性以及生物敏感性等。與普通塊體ZnO相比，納米氧化鋅表現(xiàn)出許多特殊性能，如無毒和非迀移性、熒光性、壓電現(xiàn)象獨(dú)特、電導(dǎo)率較高、并且具有光催化作用、散射和吸收紫外線的能力，在制造氣體傳感器、變阻器、熒光體、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓敏材料、高效催化劑等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。因此，尋求一種高效、節(jié)能、環(huán)保、低成本、制備工藝簡(jiǎn)單的納米氧化鋅合成方法也就變得更為重要。
[0003]納米氧化鋅制備方法有物理方法、化學(xué)方法，其中物理方法制得的氧化鋅粉體純度高、粒度可控，但對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求高；而化學(xué)制備方法可控制各組分含量，獲得粒度分布均勻、形狀可控的納米材料?；瘜W(xué)法包括液相法、固相法和氣相法，其中固相法由于反應(yīng)不完全或出現(xiàn)液化等現(xiàn)象無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，而氣相法在國(guó)內(nèi)仍處于小試階段，所以液相法是目前工業(yè)上合成超細(xì)粒子應(yīng)用最廣泛的方法，主要包括以下幾種方法:直接沉淀法、均勻沉淀法、水熱合成法、超聲波合成法、溶膠一凝膠法和噴霧熱分解法。均勻沉淀法得到生長(zhǎng)分散性好、粒徑分布較窄、形貌均勻、化學(xué)穩(wěn)定性好的產(chǎn)品，是液相法中較易控制并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是制備高活性球形納米氧化鋅，采用均勻沉淀法合成納米級(jí)的球形碳酸鋅前驅(qū)體再煅燒制備球形納米氧化鋅的方法。通過調(diào)整合成工藝參數(shù)控制碳酸鋅的粒度和形貌，得到粒徑分布較窄、形貌均勻、化學(xué)穩(wěn)定性好的球形納米氧化鋅，且制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明提供一種高活性球形納米氧化鋅的制備方法，具體制備步驟如下:
(1)將高純度鋅物料置于硫酸溶液中，按n(Zn):n (SO42 )=1:1.2反應(yīng)l~3h，再加入鋅粉反應(yīng)0.5h~lh，過濾得到浸出液與濃度為0.5~5M、混合比例為10:1?1:10的碳酸氫銨和氨基甲酸銨混合液在反應(yīng)器中反應(yīng)I?5h，控制溫度為30~70°C，碳鋅比為n (C):n (Zn)=1:1-5:1,其中硫酸溶液濃度為60% ;
(2)反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行過濾洗滌，用8&(:12檢驗(yàn)洗液中無白色沉淀物為止，然后將經(jīng)過干燥的ZnCO3前驅(qū)體置于馬弗爐中，于400?850°C高溫煅燒5h~10h得到球形納米氧化鋅，平均粒徑為5?20nm。其中，球形碳酸鋅的一次顆粒粒徑為20~50nm。
[0006]所述的高純度鋅物料可以是氧化鋅、鋅粉、鋅錠等。
[0007]所述的步驟(2)中的過濾洗滌是采用熱過濾，結(jié)合熱水回爐攪拌洗滌的方法，能更有效的除去雜質(zhì)離子，有助于制備高純度的氧化鋅。
[0008]為控制球形納米氧化鋅的粒徑，優(yōu)選碳酸氫銨濃度2M，氨基甲酸銨濃度2M，碳酸氫錢和氨基甲酸錢混合比例為1:1，碳鋅比為2:1，優(yōu)選反應(yīng)溫度為50 °C，反應(yīng)時(shí)間3h。
[0009]本發(fā)明的有益效果:采用氨基甲酸銨和碳酸氫銨的混合溶液作為沉淀劑，通過調(diào)節(jié)兩種物料濃度和比例、反應(yīng)溫度來控制碳酸鋅的粒徑和形貌；過濾洗滌過程采用熱過濾結(jié)合熱水回爐攪拌洗滌的方法，能有效的除去雜質(zhì)離子，有助于制備高純度的氧化鋅。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
[0011]圖2為本發(fā)明納米球形碳酸鋅SEM圖。
[0012]圖3為本發(fā)明納米球形氧化鋅TEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應(yīng)2h后加入2g鋅粉，再反應(yīng)Ih過濾得到硫酸鋅溶液。配置IM的碳酸氫銨與IM的氨基甲酸銨溶液并按1:5的比例混合，采用快速并加的方式將硫酸鋅與混合沉淀溶液按n (C):n (Zn) =1:1加入反應(yīng)器中進(jìn)行均勻沉淀反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為30°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。
[0014]反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行熱過濾，并用70°C的熱水反復(fù)進(jìn)行過濾洗滌，用BaCl2檢驗(yàn)洗液中無白色沉淀物為止，此條件下合成的球形碳酸鋅一次顆粒平均粒徑為40nm。然后將經(jīng)過干燥的碳酸鋅置于400°C的馬弗爐中燒結(jié)10h，產(chǎn)物為D5(]=16nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。
[0015]實(shí)施例2取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應(yīng)2h后加入2g鋅粉，再反應(yīng)Ih過濾得到硫酸鋅溶液。配置IM的碳酸氫銨與IM的氨基甲酸銨溶液并按1:5的比例混合，采用快速并加的方式將硫酸鋅與混合沉淀溶液按n (C):n (Zn) =1:1加入反應(yīng)器中進(jìn)行均勻沉淀反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為40°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。
[0016]反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行熱過濾，并用70°C的熱水反復(fù)進(jìn)行過濾洗滌，用BaCl2檢驗(yàn)洗液中無白色沉淀物為止，此條件下合成的球形碳酸鋅一次顆粒平均粒徑為30nm。然后將經(jīng)過干燥的碳酸鋅置于400°C的馬弗爐中燒結(jié)10h，產(chǎn)物為D5(]=12nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。
[0017]實(shí)施例3取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應(yīng)2h后加入2g鋅粉，再反應(yīng)Ih過濾得到硫酸鋅溶液。配置IM的碳酸氫銨與IM的氨基甲酸銨溶液并按1:5的比例混合，采用快速并加的方式將硫酸鋅與混合沉淀溶液按n (C):n (Zn) =1:1加入反應(yīng)器中進(jìn)行均勻沉淀反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。
[0018]反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行熱過濾，并用70°C的熱水反復(fù)進(jìn)行過濾洗滌，用BaCl2檢驗(yàn)洗液中無白色沉淀物為止，此條件下合成的球形碳酸鋅一次顆粒平均粒徑為20nm。然后將經(jīng)過干燥的碳酸鋅置于400°C的馬弗爐中燒結(jié)10h，產(chǎn)物為DM=9nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。
[0019]實(shí)施例4取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應(yīng)2h后加入2g鋅粉，再反應(yīng)Ih過濾得到硫酸鋅溶液。配置IM的碳酸氫銨與IM的氨基甲酸銨溶液并按1:5的比例混合，采用快速并加的方式將硫酸鋅與混合沉淀溶液按n (C):n (Zn) =1:1加入反應(yīng)器中進(jìn)行均勻沉淀反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為60°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。
[0020]反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行熱過濾，并用70°C的熱水反復(fù)進(jìn)行過濾洗滌，用BaCl2檢驗(yàn)洗液中無白色沉淀物為止，此條件下合成的球形碳酸鋅一次顆粒平均粒徑為40nm。然后將經(jīng)過干燥的碳酸鋅置于400°C的馬弗爐中燒結(jié)10h，產(chǎn)物為D5(]=15nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。[0021 ] 實(shí)施例5取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應(yīng)2h后加入2g鋅粉，再反應(yīng)Ih過濾得到硫酸鋅溶液。配置IM的碳酸氫銨與IM的氨基甲酸銨溶液并按1:5的比例混合，采用快速并加的方式將硫酸鋅與混合沉淀溶液按n (C):n (Zn) =1:1加入反應(yīng)器中進(jìn)行均勻沉淀反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為70°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。
[0022]反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行熱過濾，并用70°C的熱水反復(fù)進(jìn)行過濾洗滌，用BaCl2檢驗(yàn)洗液中無白色沉淀物為止，此條件下合成的球形碳酸鋅一次顆粒平均粒徑為50nm。然后將經(jīng)過干燥的碳酸鋅置于400°C的馬弗爐中燒結(jié)10h，產(chǎn)物為D5(]=19nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。
[0023]實(shí)施例6取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應(yīng)2h后加入2g鋅粉，再反應(yīng)Ih過濾得到硫酸鋅溶液。配置IM的碳酸氫銨與IM的氨基甲酸銨溶液并按1:10的比例混合，采用快速并加的方式將硫酸鋅與混合沉淀溶液按n (C):n (Zn) =1:1加入反應(yīng)器中進(jìn)行均勻沉淀反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。
[0024]反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行