一種納米ZnO粉體的合成方法
2023-05-27 15:43:26 1
專利名稱：一種納米ZnO粉體的合成方法
技術領域：
本發明屬於陶瓷材料製備技術，特別涉及無機非金屬功能陶瓷材料的一種納米ZnO粉體的合成方法。
背景技術：
納米ZnO是一種新型多功能精細無機產品，其粒徑介於1～100nm，又稱為超微細ZnO。由於顆粒尺寸的細微化，大的比表面積，使得納米ZnO產生了其塊體所不具備的表面效應、小尺寸效應和量子隧道效應等。因而，使得納米ZnO在磁、光、電、敏感元器件等方面具有一般ZnO產品無法比擬的性能和用途。目前，關於納米ZnO的合成方法，已經陸續有不少專利問世。其比較常用製備方法為液相法和氣相氧化法。液相法是一般直接沉澱出ZnO的前驅體，如ZnCO3、Zn(OH)2、Zn5(CO3)2(OH)6等，然後在一定溫度下焙解所獲得的前驅體，即可合成納米ZnO。也有將鋅錠直接加熱熔融、氣化，控制合適的反應條件；氣相氧化法是指氣相氧化合成納米ZnO粉，或用等離子體氣相分解Zn5(CO3)2(OH)6前驅體合成納米ZnO粉體。中國專利CN1296041公布了一種納米氧化鋅的製備方法。該方法首先製備氧化鋅晶種，然後將所獲得的晶種加入含鋅溶液中，進行異相成核製備前驅體，再將前驅體熱處理，從而獲得納米氧化鋅粉體。陳代榮等發明了一種利用鋅鹽溶液及氫氧化鈉作為主要原料，製得氫氧化鋅膠體沉澱，經過水熱或溶劑熱反應，可製得顆粒粒度範圍為10～100nm的氧化鋅納米粉體。專利CN1083538公布了一種利用等離子法生產超細超純活性氧化鋅的工藝及設備。改進了氧化鋅的溼法生產工藝，用等離子發生器取代了馬福爐或迴轉窯，使鹼式碳酸鋅的焙燒熱解、粉碎、細化在發生器內一次完成，實現連續化生產和工藝過程。該工藝雖然能夠獲得粒徑分布均勻的納米ZnO粒子，但能耗較大。祖庸等公開了一種製備納米氧化鋅的新方法。其技術關鍵是以Zn(NO3)2為原料，尿素為均勻沉澱劑，尿素的水解溫度在122～126℃之間，反應時間為2～4h，反應物配比(尿素物質的量/硝酸鋅物質的量)在2∶1～4∶1之間，並將合成的中間沉澱Zn(OH)2在450～500℃下煅燒2.5～3.5h。CN1296041提供了一種納米氧化鋅的製備方法，本發明首先製備氧化鋅晶種，然後將所獲得的晶種加入含鋅溶液中，進行異相成核製備前驅體，再將前驅體熱處理，從而獲得納米氧化鋅粉體。儘管這些方法都合成了超細納米ZnO粉體，但是它們都存在能耗大、需要進一步焙燒處理、生產周期長的缺點。並且，對環境造成一定的汙染，使其受到一定的限制。
發明內容
本發明的目的是提供一種納米ZnO粉體的合成方法，原料採用固態鋅鹽、NaOH或KOH固體鹼。將上述材料按一定組分比配料稱重，利用電動攪拌器快速攪拌一段時間，加入適量蒸餾水，洗滌，直到用含3％BaCl2、AgNO3溶液檢測不到相應的SO42-、Cl-等，然後在一定溫度下乾燥，即可合成納米級ZnO粉體材料；其合成工藝包括以下各步驟①將分析純的Zn鹽粉體和NaOH或KOH按摩爾比為1∶2.0～1∶5.0的比例稱量，先將固體強鹼放入容器中，然後加入Zn鹽進行快速攪拌、混合10～40min，使反應完全。
②在上述反應物中加入適量水，進行稀釋，進一步攪拌約3～10min。
③將沉澱物進行過濾、水洗。
④試樣置於烘箱中，在30～60℃下烘乾，所得粉體即為本發明的納米ZnO。
所述固態鋅鹽包含硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物鹽本發明的有益效果是採用機械化學法合成納米ZnO粉體，相比較以往的一些合成方法，本工藝可以一步合成納米級ZnO粉體，經計算其一次粒徑約20～80nm。工藝簡單、參數易控，無需後處理，縮短生產周期，並且能耗小，對環境無汙染，副產物可以回收，實現資源循環再利用等，易於工業化生產，是一種比較理想的綠色合成工藝。
圖1為實施例1ZnO粉的XRD譜圖。
圖2為實施例2ZnO粉的XRD譜圖。
圖3為實施例2ZnO粉的微觀形貌圖片
具體實施例方式
本發明為一種納米級ZnO粉體的合成方法。其原料採用固態鋅的硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物鹽，NaOH或KOH固體鹼。將上述材料按一定組分比配料稱重，利用電動攪拌器快速攪拌一段時間，加入適量蒸餾水，洗滌，直到用含3％BaCl2、AgNO3溶液檢測不到相應的SO42-、Cl-等，然後在一定溫度下乾燥，即可合成納米級ZnO粉體材料。其合成工藝包括以下各步驟①將分析純的Zn鹽粉體和NaOH或KOH按摩爾比為1∶2.0～1∶5.0的比例稱量，先將固體強鹼放入容器中，然後加入Zn鹽進行快速攪拌、混合10～40min，使反應完全。
②在上述反應物中加入適量水，進行稀釋，進一步攪拌約3～10min。
③將沉澱物進行過濾、水洗。
④試樣置於烘箱中，在30～60℃下烘乾，所得粉體即為本發明的納米ZnO。
上述製備過程中的濾液經酸中和、蒸發、乾燥後成為副產品回收。
該工藝涉及到下述化學反應(以ZnSO4.7H2O和NaOH為例)(1)(2)(3)下面例舉實施例對本發明予以進一步說明實施例1按摩爾比1∶2分別稱取分析純ZnSO4.7H2O 28.74g，氫氧化鈉8g，按上述(1)～(4)步驟進行樣品製備。將混合料快速攪拌30min，用蒸餾水稀釋後攪拌4min，過濾、洗滌，直到用3％BaCl2溶液檢測不到SO42-。然後在50℃下烘乾。將烘乾樣進行X射線衍射分析，如圖1所示，其晶相基本上都是氧化鋅，經計算其一次粒徑約20～80nm。
實施例2按摩爾比1∶2.5分別稱取分析純硫酸鋅28.74g，氫氧化鈉10g，按上述(1)～(4)步驟製備樣品。將混合料快速攪拌25min，用蒸餾水稀釋後攪拌6min，過濾、洗滌，直到用3％BaCl2溶液檢測不到SO42-。然後在60℃下烘乾。對烘乾樣進行X射線衍射分析，產物基本上都是氧化鋅，如圖2所示。透射電鏡下觀察，樣品粒徑約30～90nm，其微觀形貌圖片如圖3所示。
實施例3按摩爾比1∶4.0分別稱取分析純氯化鋅13.64g，氫氧化鉀22.4g，按上述(1)～(4)步驟製備樣品。將混合料快速攪拌35min，用蒸餾水稀釋後攪拌8min，過濾、洗滌，直到用3％AgNO3溶液檢測不到Cl-。然後在60℃下烘乾，對烘乾樣進行X射線衍射分析，產物基本上都是氧化鋅。透射電鏡下觀察，樣品粒徑約30～90nm。
實施例4按摩爾比1∶2.5分別稱取分析純Zn(NO3)2.6H2O 29.75g，氫氧化鈉10.0g，按上述(1)～(4)步驟製備樣品。將混合料快速攪拌20min，用蒸餾水稀釋後攪拌5min，過濾、洗滌。然後在60℃下烘乾，對烘乾樣進行X射線衍射分析，與實施例2相似，產物基本上都是氧化鋅。透射電鏡下觀察，樣品粒徑約20～70nm。
由此可見，利用機械化學法，採用固相的鋅鹽和固體NaOH或KOH，控制一定的條件，可以獲得納米ZnO粉體。
權利要求
1.一種納米ZnO粉體的合成方法，其特徵在於將原料固態鋅鹽、NaOH或KOH固體鹼按一定組分比配料稱重，利用電動攪拌器快速攪拌一段時間，加入適量蒸餾水，洗滌，直到用含3％BaCl2、AgNO3溶液檢測不到相應的SO42-、Cl-等，然後在一定溫度下乾燥，即可合成納米級ZnO粉體材料，其合成工藝包括以下步驟①將分析純的Zn鹽粉體和NaOH或KOH按摩爾比為1∶2.0～1∶5.0的比例稱量，先將固體強鹼放入容器中，然後加入Zn鹽進行快速攪拌、混合10～40min，使反應完全；②在上述反應物中加入適量水，進行稀釋，進一步攪拌約3～10min；③將沉澱物進行過濾、水洗；④試樣置於烘箱中，在30～60℃下烘乾，所得粉體即為本發明的納米ZnO。
2.根據權利要求1所述納米ZnO粉體的合成方法，其特徵在於所述固態鋅鹽包含硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物鹽。
全文摘要
本發明公開了屬於陶瓷材料的一種納米ZnO粉體的合成方法，它是採用機械化學法將鋅的硫酸鹽、硝酸鹽及氯化物的鹽與NaOH或KOH混合反應，經過過濾、洗滌、烘乾即得到納米級ZnO粉。整個試驗過程中基本上處於固態，只有極少量的原料帶進的結晶水存在，反應過程中放出的大量的熱，使得Zn(OH)
文檔編號C01G9/00GK1410354SQ0215378
公開日2003年4月16日 申請日期2002年12月6日 優先權日2002年12月6日
發明者林元華, 南策文, 鄧元 申請人:清華大學