高活性納米氧化鋅的制備
【技術領域】
[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】
[0002]近年來，隨著納米科學技術的飛速發(fā)展，納米材料在許多領域中得到應用和開發(fā)。納米氧化鋅作為一種廣泛應用的化工產(chǎn)品，成為納米材料中一個重要的研究對象。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使其力學、電學、壓電、光電等性能均得到了很大的改善。同時會出現(xiàn)一些新的物理特性，例如優(yōu)異的場發(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)象獨特、電導率較高、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域得到應用。因此，尋求一種高效、節(jié)能、環(huán)保、低成本、制備工藝簡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，但對生產(chǎn)設備要求高；而化學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。化學法包括液相法、固相法和氣相法，其中固相法由于反應不完全或出現(xiàn)液化等現(xiàn)象無法實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，而氣相法在國內(nèi)仍處于小試階段，所以液相法是目前工業(yè)上合成超細粒子應用最廣泛的方法，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分散性好、粒徑分布較窄、形貌均勻、化學穩(wěn)定性好的產(chǎn)品，是液相法中較易控制并實現(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的球形碳酸鋅前驅體再煅燒制備球形納米氧化鋅的方法。通過調整合成工藝參數(shù)控制碳酸鋅的粒度和形貌，得到粒徑分布較窄、形貌均勻、化學穩(wěn)定性好的球形納米氧化鋅，且制備工藝簡單、成本低，易實現(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l~3h，再加入鋅粉反應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器中反應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)反應結束后進行過濾洗滌，用8&(:12檢驗洗液中無白色沉淀物為止，然后將經(jīng)過干燥的ZnCO3前驅體置于馬弗爐中，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，結合熱水回爐攪拌洗滌的方法，能更有效的除去雜質離子，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)選反應溫度為50 °C，反應時間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，通過調節(jié)兩種物料濃度和比例、反應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合熱水回爐攪拌洗滌的方法，能有效的除去雜質離子，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。
【具體實施方式】
[0013]實施例1取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應2h后加入2g鋅粉，再反應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加入反應器中進行均勻沉淀反應，控制反應溫度為30°C，反應時間為lh。
[0014]反應結束后進行熱過濾，并用70°C的熱水反復進行過濾洗滌，用BaCl2檢驗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10h，產(chǎn)物為D5(]=16nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。
[0015]實施例2取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應2h后加入2g鋅粉，再反應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加入反應器中進行均勻沉淀反應，控制反應溫度為40°C，反應時間為lh。
[0016]反應結束后進行熱過濾，并用70°C的熱水反復進行過濾洗滌，用BaCl2檢驗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10h，產(chǎn)物為D5(]=12nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。
[0017]實施例3取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應2h后加入2g鋅粉，再反應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加入反應器中進行均勻沉淀反應，控制反應溫度為50°C，反應時間為lh。
[0018]反應結束后進行熱過濾，并用70°C的熱水反復進行過濾洗滌，用BaCl2檢驗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10h，產(chǎn)物為DM=9nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。
[0019]實施例4取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應2h后加入2g鋅粉，再反應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加入反應器中進行均勻沉淀反應，控制反應溫度為60°C，反應時間為lh。
[0020]反應結束后進行熱過濾，并用70°C的熱水反復進行過濾洗滌，用BaCl2檢驗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10h，產(chǎn)物為D5(]=15nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。[0021 ] 實施例5取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應2h后加入2g鋅粉，再反應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加入反應器中進行均勻沉淀反應，控制反應溫度為70°C，反應時間為lh。
[0022]反應結束后進行熱過濾，并用70°C的熱水反復進行過濾洗滌，用BaCl2檢驗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10h，產(chǎn)物為D5(]=19nm、粒度均一的氧化鋅球形顆粒。
[0023]實施例6取50g氧化鋅，加入70mL60%的硫酸溶液，反應2h后加入2g鋅粉，再反應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加入反應器中進行均勻沉淀反應，控制反應溫度為50°C，反應時間為lh。
[0024]反應結束后進行