一種鋁摻雜氧化鋅納米粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生產(chǎn)鋁摻雜氧化鋅納米粉體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種寬帶隙的η型半導(dǎo)體，其在室溫下的禁帶寬度Eg = 3.37eV，具有六角纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生缺陷和進(jìn)行雜質(zhì)摻雜。其中鋁摻雜氧化鋅由于其特有的結(jié)構(gòu)和性能，使其在光、電、磁、化學(xué)等方面表現(xiàn)出優(yōu)良的特性，被廣泛的應(yīng)用于光電材料、光催化劑、雷達(dá)波吸收材料、紫外線屏蔽劑、傳感器材料及抗菌材料的制備中，有著廣闊的應(yīng)用前景。且還可作為塑料、涂料、纖維等材料的一種功能性填料，能夠賦予其抗靜電、電磁屏蔽等性能。此外具有介孔結(jié)構(gòu)的鋁摻雜氧化鋅納米粉體還可作為有機(jī)污染物的吸附材料，應(yīng)用于化工、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生和生物工程等領(lǐng)域。
[0003]其中制備摻雜氧化鋅的方法主要有水熱法、共沉淀法、化學(xué)氣相沉積法等。陳志武等在公開號CN103496732A的專利中所公開的制備鋁摻雜氧化鋅納米粉體的方法為:以醋酸鋅和硝酸鋁為原料，將醋酸鋅和硝酸鋁放入燒杯中，再加入乙二醇甲醚和乙醇胺的混合溶液，通過磁力攪拌配成均勻的溶膠。將生成的溶膠放到烘箱中，干燥后得到干凝膠，并經(jīng)研磨得到干凝膠粉，即水熱反應(yīng)前驅(qū)物；將制備的水熱反應(yīng)前驅(qū)物放入水熱釜中，并加入無水乙醇作為溶劑，以及NaOH作為礦化劑。密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于120°C?180°C烘箱內(nèi)，反應(yīng)后取出產(chǎn)物，經(jīng)過濾得到沉淀物；沉淀物經(jīng)洗滌，干燥后得到鋁摻雜氧化鋅粉體。劉世民等在公開號CN103395826A的專利中所公開的制備鋁摻雜氧化鋅納米粉體的方法為:首先合成出硝酸鋅-尿素白色溶膠微乳液。靜置后過濾，濾液中加入硝酸鋁形成硝酸鋅鋁混合液。配置碳酸鈉溶液，與硝酸鋅鋁溶液雙滴入聚乙烯醇水溶液中，合成白色沉淀前驅(qū)體。靜置過濾，濾餅經(jīng)去離子水淋洗、干燥、研磨過篩、煅燒后得到鋁摻雜氧化鋅納米粉體。邱發(fā)貴等在公開號CN102616829A的專利所公開的制備鋁摻雜氧化鋅納米粉體的方法為:將硝酸鋅、硝酸鋁及檸檬酸或尿素或碳酰肼放入燒杯中，其中硝酸鹽與檸檬酸或尿素或碳酰肼的摩爾比為0.5?1.2，鋁含量0.5?5.0at%，加入去離子水，攪拌使其充分溶解，然后置于數(shù)顯恒溫磁力攪拌器上持續(xù)加熱攪拌，并控制溶液的溫度在60°C?70°C之間，直到溶液形成溶膠；控制溶膠的溫度在80°C直至形成淺黃色的凝膠，停止加熱攪拌；將裝有凝膠的燒杯放入預(yù)熱到180°C的箱式電阻爐中并維持此溫度3?5小時后停止加熱，待其自然冷卻至室溫，取出得到前驅(qū)體粉末將得到的前驅(qū)體粉末置于箱式電阻爐中，以5°C /min的速率升溫至800°C，保溫2?4小時，然后自然冷卻至室溫，得到鋁摻雜氧化鋅納米材料。
[0004]上述方法制備鋁摻雜氧化鋅納米粉體工藝復(fù)雜，成本較高，且粒度、分散性不易控制。因此，有必要探索一種成本低，工藝簡單，粒度可控的、高分散的具有介孔結(jié)構(gòu)的鋁摻雜氧化鋅納米粉體的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種簡單、高效、低成本制備鋁摻雜氧化鋅納米粉體的方法。
[0006]本發(fā)明的工藝步驟如下:
[0007]1、將硝酸鋅、硝酸鋁、胺類有機(jī)物和輔助劑按照一定比例配成溶液，其中硝酸鋁與硝酸鋅的摩爾比為0.005-0.15，胺類有機(jī)物和硝酸鋅的摩爾比為3-6，輔助劑和硝酸鋅的摩爾比為0.1-1 ；
[0008]2、將步驟I形成的溶液加熱，溶液揮發(fā)、濃縮后發(fā)生反應(yīng)，得到前驅(qū)物粉末；
[0009]3、將前驅(qū)物粉末于400-800°C溫度范圍內(nèi)，在空氣下反應(yīng)1_5小時，得到鋁摻雜氧化鋅納米粉末。
[0010]4、步驟I中所述的胺類有機(jī)物為尿素、甘氨酸中至少一種；輔助劑為葡萄糖、檸檬酸、蔗糖中的一種。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0012]1、利用液相中各原料之間的熱解反應(yīng)制備得到前驅(qū)體粉末，工藝簡便、快捷，可在十幾分鐘內(nèi)完成
[0013]2、各原料反應(yīng)過程中放出的大量氣體可有效防止產(chǎn)物粉末團(tuán)聚；
[0014]3、輔助劑的添加，能夠降低反應(yīng)溫度，使得反應(yīng)變得溫和可控。且在后續(xù)熱處理過程中充當(dāng)分散劑的作用，阻止粉末團(tuán)聚長大；
[0015]4、利用液相混合各原料，可實現(xiàn)硝酸鋁與硝酸鋅在分子級別上的均勻混合，有利于產(chǎn)物中鋁元素的均勻分布；
[0016]5、可以通過調(diào)節(jié)原料的配比以及后續(xù)加熱溫度來獲得粒度可控的鋁摻雜氧化鋅納米粉體；
[0017]6、所制備鋁摻雜氧化鋅納米粉體純度高，分散性好且具備介孔結(jié)構(gòu)，吸附有機(jī)污染物效率高；
[0018]7、設(shè)備簡單，工藝流程短，效率高，成本低，適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明鋁摻雜氧化鋅納米粉體(鋁摻雜量為4mol% )的XRD圖。
[0020]圖2為本發(fā)明鋁摻雜氧化鋅納米粉體(鋁摻雜量為4mol% )的EDS圖。
[0021]圖3為本發(fā)明鋁摻雜氧化鋅納米粉體(鋁摻雜量為4mol% )的TEM圖
[0022]圖4為本發(fā)明鋁摻雜氧化鋅納米粉體(鋁摻雜量為4mol% )的氮吸脫附曲線圖。
[0023]圖5為本發(fā)明鋁摻雜氧化鋅納米粉體(鋁摻雜量為4mol%)的吸附性能圖(lg/L吸附劑，50ppm甲基橙污染物)
【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]稱取硝酸鋅0.1摩爾、硝酸鋁0.002摩爾、尿素0.4摩爾，葡萄糖0.03摩爾溶于蒸餾水中，配制成溶液，將溶液置于可控溫電爐上進(jìn)行加熱。溶液在經(jīng)歷揮發(fā)、濃縮后分解，得到前驅(qū)物粉末。將前驅(qū)體粉末在700°C、空氣氣氛條件下于爐中反應(yīng)I小時，得到具有介孔結(jié)構(gòu)的鋁摻雜氧化鋅納米粉末。所得粉末顆粒尺寸為30?60nm，濃度為lg/L的吸附劑將20ppm的甲基橙污染物降解需要15min。
[0026]實施例2
[0027]稱取硝酸鋅0.1摩爾、硝酸鋁0.004摩爾、尿素0.42摩爾，葡萄糖0.025摩爾溶于蒸餾水中，配制成溶液，將溶液置于可控溫電爐上進(jìn)行加熱。溶液在經(jīng)歷揮發(fā)、濃縮后分解，得到前驅(qū)物粉末。將前驅(qū)體粉末在700°C、空氣氣氛條件下于爐中反應(yīng)I小時，得到具有介孔結(jié)構(gòu)的鋁摻雜氧化鋅納米粉末。所得粉末顆粒尺寸為20?50nm，濃度為lg/L的吸附劑將20ppm的甲基橙污染物降解需要5min。
[0028]實施例3
[0029]稱取硝酸鋅0.1摩爾、硝酸鋁0.008摩爾、尿素0.43摩爾，葡萄糖0.03摩爾溶于蒸餾水中，配制成溶液，將溶液置于可控溫電爐上進(jìn)行加熱。溶液在經(jīng)歷揮發(fā)、濃縮后分解，得到前驅(qū)物粉末。將前驅(qū)體粉末在500°C、空氣氣氛條件下于爐中反應(yīng)I小時，得到具有介孔結(jié)構(gòu)的鋁摻雜氧化鋅納米粉末。所得粉末顆粒尺寸為15?35nm，濃度為lg/L的吸附劑將20ppm的甲基橙污染物降解需要3min。
[0030]實施例4
[0031]稱取硝酸鋅0.1摩爾、硝酸鋁0.004摩爾、尿素0.45摩爾，葡萄糖0.03摩爾溶于蒸餾水中，配制成溶液，將溶液置于可控溫電爐上進(jìn)行加熱。溶液在經(jīng)歷揮發(fā)、濃縮后分解，得到前驅(qū)物粉末。將前驅(qū)體粉末在500°C、空氣氣氛條件下于爐中反應(yīng)I小時，得到具有介孔結(jié)構(gòu)的鋁摻雜氧化鋅納米粉末。所得粉末顆粒尺寸為10?35nm，濃度為lg/L的吸附劑將50ppm的甲基橙污染物降解需要7min。
【主權(quán)項】
1.一種鋁摻雜氧化鋅納米粉體的方法，所述方法特征在于， (1)將硝酸鋅、硝酸鋁、胺類有機(jī)物和輔助劑按照一定比例配成溶液，其中硝酸鋁與硝酸鋅的摩爾比為0.005-0.15，胺類有機(jī)物和硝酸鋅的摩爾比為3-6，輔助劑和硝酸鋅的摩爾比為0.1-1 ； (2)將溶液加熱，溶液揮發(fā)、濃縮后發(fā)生反應(yīng)，得到前驅(qū)物粉末； (3)將前驅(qū)物粉末于400-800°C溫度范圍內(nèi)，在空氣下反應(yīng)1-5小時，得到鋁摻雜氧化鋅納米粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁摻雜氧化鋅納米粉體的制備方法，其特征在于步驟(I)中的胺類有機(jī)物為尿素、甘氨酸中至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁摻雜氧化鋅納米粉體的制備方法，其特征在于步驟中(I)中所述的輔助劑為葡萄糖、檸檬酸、蔗糖中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁摻雜氧化鋅納米粉體的制備方法，其特征在于:可通過調(diào)節(jié)原料、配比來生產(chǎn)出粒度可控、分散性良好以及具有介孔機(jī)構(gòu)的，吸附有機(jī)污染物效率高的鋁摻雜氧化鋅納米粉末。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)鋁摻雜氧化鋅納米粉體的方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。工藝過程為：(1)將硝酸鋅、硝酸鋁、胺類有機(jī)物和輔助劑按照一定比例配成溶液；(2)將溶液加熱，溶液揮發(fā)、濃縮后發(fā)生反應(yīng)，得到前驅(qū)物粉末；(3)將前驅(qū)物粉末于400-800℃溫度范圍內(nèi)，在空氣下反應(yīng)1-5小時，得到鋁摻雜氧化鋅納米粉體(4)本發(fā)明工藝簡單，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化，制備的鋁摻雜氧化鋅納米粉體晶粒細(xì)小，分散性好，粒度可控，具有介孔結(jié)構(gòu)，可用于吸附有機(jī)污染物等領(lǐng)域。
【IPC分類】B01J20-08, C01G9-02
【公開號】CN104741069
【申請?zhí)枴緾N201510128790
【發(fā)明人】秦明禮, 吳昊陽, 賈寶瑞, 李小麗, 陳鵬起, 曲選輝
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月23日