溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法
2023-05-15 08:51:51
專利名稱：溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法
技術領域：
本發明涉及製備氧化鋅的方法，特別是一種溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法。
背景技術：
氧化鋅是一種新型多功能精細無機材料，廣泛應用於壓敏電阻、壓電材料、氣體傳感器、紫外線屏蔽材料、光催化材料等領域。由於材料的結構(微結構)、尺寸和形貌等因素材料的性能及應用具有重要的影響，因此對無機材料形貌控制的研究具有重要意義。目前，基於水熱合成的方法可以製備出特定形貌的氧化鋅，為了有效控制氧化鋅的形貌及尺寸， 水熱合成過程中需要添加表面活性劑、配合劑或者其他輔助劑。這些添加劑一般為高分子有機化合物、有機小分子化合物或無機模板劑等。這些添加劑可以起到模板劑、穩定劑、分散劑的作用。但是，添加劑的使用存在諸多問題有待改進一方面，添加劑在反應過程中只起到調控氧化鋅形貌及尺寸的作用而不是製備氧化鋅所必需的原料，在氧化鋅合成後期往往需要通過高溫煅燒、溶劑萃取等方法將這些添加劑除去，因此添加劑的使用使合成工藝複雜、後期分離難度增大，成本升高且易對環境造成汙染；另一方面，一種添加劑往往只能調控和合成r2種不同形貌的氧化鋅，要合成多種不同形貌的氧化鋅，通常需要選擇不同的合成方法，並且選擇不同的添加劑進行反應。因此，有待於發明一些環境友好、經濟實用且能夠有效調控氧化鋅形貌的製備方法。
發明內容
本發明的目的是提供了一種操作簡單，易於控制的製備不同微觀形貌氧化鋅的方法。本發明的技術方案是一種溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下(I)溶膠-凝膠過程將鋅鹽溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (鋅鹽):n (檸檬酸)=1:1^1:5的比例混合，在6(T90°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，9(Tl20°C溫度下乾燥至凝膠狀態；(2)調節溶液pH值將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的pH值至12 14 ; (3)水熱過程將上述pH值的懸濁液移到水熱反應釜中，在9(Tl50°C溫度下反應4 20h ； (4)將沉澱過濾，洗滌，9(Tl20°C溫度下乾燥，即可得到不同微觀形貌的氧化鋅產品。本發明所述的鋅鹽溶液可以是氯化鋅溶液、硫酸鋅溶液、醋酸鋅溶液或硝酸鋅溶液。本發明利用環境友好，價廉易得的試劑檸檬酸作為添加劑，通過控制鋅鹽、檸檬酸與氫氧化鈉三種原料的配比與反應溫度及時間，利用溶膠-凝膠輔助的水熱過程，合成了棒狀、球狀、六稜柱狀、梭狀、棒花狀、片花狀六種不同微米結構的氧化鋅。本發明具有以下優點參與反應的原料簡單易得、反應條件溫和、後續處理過程簡便、成本低且對環境無汙染。
圖I是本發明實施例I製備的棒狀微米結構氧化鋅的掃描電鏡圖。圖2是本發明實施例2製備的六稜柱狀微米結構氧化鋅的掃描電鏡圖。圖3是本發明實施例3製備的球狀微米結構氧化鋅的掃描電鏡圖。圖4是本發明實施例4製備的片花狀微米結構氧化鋅的掃描電鏡圖。圖5是本發明實施例5製備的片花狀微米結構氧化鋅的掃描電鏡圖。圖6是本發明實施例6製備的棒花狀微米結構氧化鋅的掃描電鏡圖。圖7是本發明實施例7製備的梭狀微米結構氧化鋅的掃描電鏡圖。
圖8是本發明實施例8製備的片花狀微米結構氧化鋅的掃描電鏡圖。
具體實施例方式實施例I
將硝酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硝酸鋅)n (檸檬酸)=1:1的比例混合，在60°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，90°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在110°C溫度下反應20h，將沉澱過濾，洗滌，90°C溫度下乾燥，即得到棒狀微米結構的氧化鋅。實施例2
將硝酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硝酸鋅)n (檸檬酸)=1:2的比例混合，在70°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，90°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至12 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在120°C溫度下反應12h，將沉澱過濾，洗滌，100°C溫度下乾燥，即得到六稜柱狀微米結構的氧化鋅。實施例3
將硫酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硫酸鋅):n (檸檬酸)=1:2的比例混合，在80°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，110°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的pH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在100°C溫度下反應15h，將沉澱過濾，洗滌，100°C溫度下乾燥，即得到球狀的微米結構氧化鋅。實施例4
將醋酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (醋酸鋅):n (檸檬酸)=1:2的比例混合，在90°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，120°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至14 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在90°C溫度下反應20h，將沉澱過濾，洗滌，90°C溫度下乾燥，得到片花狀的微米結構氧化鋅。實施例5
將氯化鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (氯化鋅):n (檸檬酸)=1:2的比例混合，在90°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，120°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至14 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在150°C溫度下反應4h，將沉澱過濾，洗滌，120°C溫度下乾燥，即得到片花狀的微米結構氧化鋅。實施例6
將硝酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硝酸鋅):n (檸檬酸)=1:3的比例混合，在80°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，100°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的pH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在130°C溫度下反應16h，將沉澱過濾，洗滌，120°C溫度下乾燥，得到棒花狀的微米結構氧化鋅。實施例7
將硝酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硝酸鋅):n (檸檬酸)=1:4的比例混合，在90°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，120°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的pH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在120°C溫度下反應20h，將沉澱過濾，洗滌，90°C溫度下乾燥，得到梭狀的微米結構氧化鋅。實施例8
將硫酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硫酸鋅):n (檸檬酸)=1:5的比例混合，在80°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，100°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的pH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在120°C溫度下反應15h，將 沉澱過濾，洗滌，100°C溫度下乾燥，得到片花狀的微米結構氧化鋅。
權利要求
1.一種溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下(1)溶膠-凝膠過程將鋅鹽溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (鋅鹽)n (檸檬酸)=lri5的比例混合，在6(T90°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，9(T120°C溫度下乾燥至凝膠狀態；(2)調節溶液pH值將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的pH值至12 14 ；(3)水熱過程將上述pH值的懸濁液移到水熱反應釜中，在9(Tl50°C溫度下反應4 20h ;(4)將沉澱過濾，洗滌，9(T120°C溫度下乾燥，即可得到不同微觀形貌的氧化鋅產品。
2.根據權利要求I所述的溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於所述的鋅鹽溶液可以是氯化鋅溶液、硫酸鋅溶液、醋酸鋅溶液或硝酸鋅溶液。
3.根據權利要求I所述的溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下硝酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硝酸鋅):n (檸檬酸)=1:1的比例混合，在60°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，90°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉 溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在110°C溫度下反應20h，將沉澱過濾，洗滌，90°C溫度下乾燥，即得到棒狀微米結構的氧化鋅。
4.根據權利要求I所述的溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下硝酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硝酸鋅):n (檸檬酸)=1:2的比例混合，在70°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，90°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至12 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在120°C溫度下反應12h，將沉澱過濾，洗滌，100°C溫度下乾燥，即得到六稜柱狀微米結構的氧化鋅。
5.根據權利要求I所述的溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下硫酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硫酸鋅):n (檸檬酸)=1:2的比例混合，在80°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，110°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在100°C溫度下反應15h，將沉澱過濾，洗滌，100°C溫度下乾燥，即得到球狀的微米結構氧化鋅。
6.根據權利要求I所述的溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下醋酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (醋酸鋅):n (檸檬酸)=1:2的比例混合，在90°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，120°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至14 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在90°C溫度下反應20h，將沉澱過濾，洗滌，90°C溫度下乾燥，得到片花狀的微米結構氧化鋅。
7.根據權利要求I所述的溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下氯化鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (氯化鋅):n (檸檬酸)=1:2的比例混合，在90°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，120°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至14 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在150°C溫度下反應4h，將沉澱過濾，洗滌，120°C溫度下乾燥，即得到片花狀的微米結構氧化鋅。
8.根據權利要求I所述的溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下硝酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硝酸鋅):n (檸檬酸)=1:3的比例混合，在80°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，100°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在130°C溫度下反應16h，將沉澱過濾，洗滌，120°C溫度下乾燥，得到棒花狀的微米結構氧化鋅。
9.根據權利要求I所述的溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下硝酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硝酸鋅):n (檸檬酸)=1:4的比例混合，在90°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，120°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在120°C溫度下反應20h，將沉澱過濾，洗滌，90°C溫度下乾燥，得到梭狀的微米結構氧化鋅。
10.根據權利要求I所述的溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法，其特徵在於步驟如下硫酸鋅溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n (硫酸鋅):n (檸檬酸)=1:5的比例混合，在80°C溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，100°C溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的PH值至13 ;將此懸濁液移入水熱反應釜中，在120°C溫度下反應15h，將沉澱過濾，洗滌，100°C溫度下乾燥，得到片花狀的微米結構氧化鋅。
全文摘要
本發明公開了一種溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅的方法。本發明的技術方案要點為溶膠-凝膠輔助水熱法製備不同微觀形貌氧化鋅方法的步驟為將鋅鹽溶液與檸檬酸溶液以摩爾比為n(鋅鹽)n(檸檬酸)=1:1~1:5的比例混合，在60~90℃溫度下加熱攪拌至溶膠狀態，90~120℃溫度下乾燥至凝膠狀態；將氫氧化鈉溶液滴加至凝膠中，調節溶液的pH值至12~14；將上述pH值的懸濁液移到水熱反應釜中，在90~150℃溫度下反應4~20h；將沉澱過濾，洗滌，90~120℃溫度下乾燥，即得到不同微觀形貌的氧化鋅產品。本發明具有以下優點參與反應的原料簡單易得、反應條件溫和、後續處理過程簡便、成本低且對環境無汙染。
文檔編號C01G9/02GK102730747SQ20121024368
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月16日 優先權日2012年7月16日
發明者婁向東, 婁飛健, 李萌, 王曉兵, 趙曉華 申請人:河南師範大學