浸出法製備氧化鋅粉體的方法與流程
2023-06-04 22:26:46 1
本發明涉及氧化鋅粉體製備方法。
背景技術：
氧化鋅是近年來發現的一種高新技術材料，是極少數幾種可以實現量子尺寸效應的氧化物半導體材料。傳統的氧化鋅材料廣泛應用於陶瓷、壓電傳感器、催化劑以及發光器件等領域。隨著納米氧化鋅製備工藝的深入研究，氧化鋅粒子的超細化，使其呈現出傳統氧化鋅所不具備的特殊性能，如無毒和非遷移性、螢光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，因而具有廣闊的應用前景。
對於納米粉體的應用來說，其分散性及穩定性至關重要。但由於納米粒子粒徑小，比表面積大，界面原子數多，存在大量不飽和鍵和懸鍵，化學活性高，再加上顆粒間的範德華力、靜電力以及表面張力等，極易使納米顆粒形成尺寸較大的團聚體。團聚後的納米粉體，將失去其自身的許多有優異特性，使其效能無法充分發揮，也必將嚴重影響納米粉體的使用價值和應用前景。目前，氧化鋅粉體的製備技術多種多樣， 但大多工藝流程長，投資大，且氧化鋅粉體粒徑較大，很難滿足納米材料的需求。
技術實現要素：
針對上述技術問題，本發明提供一種投資小、工藝流程較短的浸出法製備氧化鋅粉體的方法。
本發明採用的技術方案為：浸出法製備氧化鋅粉體的方法，其包括以下步驟：
（1）將次氧化鋅粉加入氨水溶液中進行浸出；
（2）再滴加碳酸氫氨溶液浸出，然後過濾，得到浸出液；
（3）再對浸出液進行除雜、過濾；
（4）將過濾後的固體先用氨水溶液洗滌，再用無水乙醇淋洗；
（5）接著進行陳化、抽濾，得到前驅體；
（6）將前驅體乾燥、煅燒，得到納米氧化鋅粉體。
作為優選，採用氨水浸出時，氨水溶液的濃度為8—10mol/L，浸出時間為0.5—1.5h，浸出溫度為25—35℃。
作為優選，碳酸氫氨的濃度為1—1.5mol/L，在10-20min內滴加完成，滴加碳酸氫氨後再浸出1—1.5h。
作為優選，浸出液中鋅離子與氨離子的物質的量之比為1：（5—7）。
作為優選，除雜採用硫化氨。
作為優選，洗滌時，在氨水溶液中添加0.5wt%表面活性劑。
作為優選，陳化時間為50—70min。
作為優選，前驅體乾燥時的溫度為70—90℃。
作為優選，煅燒時的溫度為400—500℃，時間為80—100min。
從以上技術方案可知，本發明採用氨水和碳酸氫氨溶液對次氧化鋅粉進行分步浸出，然後通過洗滌、煅燒等工藝，製備出納米級氧化鋅粉體；該方法不僅工藝流程較短，設備投資較小，而且對於提高次氧化鋅粉的經濟價值具有重要意義。
具體實施方式
下面將詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。
浸出法製備氧化鋅粉體的方法，其包括以下步驟：
（1）首先將次氧化鋅粉加入氨水溶液中進行浸出，氨水溶液的濃度為8—10mol/L，浸出時間為0.5—1.5h，浸出溫度為25—35℃，從而可生成的氫氧化鋅晶核和細晶；再滴加碳酸氫氨溶液進行浸出；其中碳酸氫氨的濃度為1—1.5mol/L，在10-20min內滴加完成，滴加碳酸氫氨後再浸出1—1.5h；採用上述濃度，可使使得大量的氫氧化鋅晶種迅速析出，導致溶質濃度迅速降低，從而得到均勻細小的顆粒；在實施過程中，碳酸氫氨溶液應在10-20min內滴加完成，避免了顆粒間凝聚長大。
（2）然後過濾，得到浸出液，浸出液中鋅離子與氨離子的物質的量之比為1：（5—7），過量的氨離子使得浸出液保持較大的pH值，有利於浸出的進行，浸出率可提高到99.3%左右；對浸出液進行除雜、過濾，除雜採用硫化氨，可除去次氧化鋅粉浸出過程中的雜質，除雜效果顯著。
（3）將過濾後的固體先用氨水溶液洗滌，再用無水乙醇淋洗；氨水溶液的pH值為10—11，採用該pH值，前驅體晶粒表面電位的絕對值增大，排斥力增大，從而分散性提高，使得粒徑變小；洗滌過程不光是除去雜質離子的過程，同時也是設法減少顆粒之間團聚的過程。採用氨水洗滌時，前驅體化合物表面的電荷移動由於離子濃度差的存在，需要一定時間才能達到平衡；而無水乙醇淋洗時，由於吸附水和結構水以毛細管形式存在，乙醇稀釋吸附水和破壞結構水達到平衡狀態同樣需要一定時間；因此，可減少顆粒之間團聚。洗滌時，在氨水溶液中添加0.5wt%PAA表面活性劑，其對前驅化合物具有分散效果，其分散效果在於使顆粒表面產生保護層。
（4）接著進行陳化、抽濾，得到前驅體；陳化時間為50—70min，陳化有助於保護層的形成與加固；最後將前驅體乾燥、煅燒，得到納米氧化鋅粉體，前驅體乾燥時的溫度為70—90℃，煅燒時的溫度為400—500℃，時間為80—100min。乾燥可使產物的粒徑變得更小，煅燒可使鹼式碳酸鋅分解，達到較小粒徑的氧化鋅顆粒。
實施例1
首先將次氧化鋅粉加入氨水溶液中進行浸出，氨水溶液的濃度為8mol/L，浸出時間為0.5h，浸出溫度為25℃；再滴加碳酸氫氨溶液進行浸出；其中碳酸氫氨的濃度為1mol/L，在10min內滴加完成，滴加碳酸氫氨後再浸出1.5h；然後過濾，浸出液中鋅離子與氨離子的物質的量之比為1：5，再對浸出液採用硫化氨進行除雜、過濾，然後將過濾後的固體先用pH值為10的氨水溶液洗滌，氨水溶液中添加0.5wt%PAA表面活性劑，再用無水乙醇淋洗；接著陳化50min，然後抽濾，得到前驅體；將前驅體以70℃乾燥，然後在溫度為400℃下煅燒80min，得到氧化鋅顆粒。測得鋅的總收率達92.1%，氧化鋅顆粒的粒徑為31.5nm。
實施例2
首先將次氧化鋅粉加入氨水溶液中進行浸出，氨水溶液的濃度為9mol/L，浸出時間為1h，浸出溫度為30℃；再滴加碳酸氫氨溶液進行浸出；其中碳酸氫氨的濃度為1.5mol/L，在15min內滴加完成，滴加碳酸氫氨後再浸出1.5h；然後過濾，浸出液中鋅離子與氨離子的物質的量之比為1：6，再對浸出液採用硫化氨進行除雜、過濾，然後將過濾後的固體先用pH值為10.8的氨水溶液洗滌，氨水溶液中添加0.5wt%PAA表面活性劑，再用無水乙醇淋洗；接著陳化60min，然後抽濾，得到前驅體；將前驅體以80℃乾燥，然後在溫度為450℃下煅燒90min，得到氧化鋅顆粒。測得鋅的總收率達93.8%，氧化鋅顆粒的粒徑為20.4nm。
實施例3
首先將次氧化鋅粉加入氨水溶液中進行浸出，氨水溶液的濃度為10mol/L，浸出時間為1.5h，浸出溫度為35℃；再滴加碳酸氫氨溶液進行浸出；其中碳酸氫氨的濃度為1.5mol/L，在20min內滴加完成，滴加碳酸氫氨後再浸出1h；然後過濾，浸出液中鋅離子與氨離子的物質的量之比為1：7，在對浸出液採用硫化氨進行除雜、過濾，然後將過濾後的固體先用pH值為11的氨水溶液洗滌，氨水溶液中添加0.5wt%PAA表面活性劑，再用無水乙醇淋洗；接著陳化70min，然後抽濾，得到前驅體；將前驅體以90℃乾燥，然後在溫度為500℃下煅燒100min，得到氧化鋅顆粒。測得鋅的總收率達92.6%，氧化鋅顆粒的粒徑為25.3nm。
以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用於幫助理解本發明實施例的原理；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在具體實施方式以及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。