CN102659172A

CN102659172A - 真空限氧法制备纳米氧化锌的方法

Info

Publication number: CN102659172A
Application number: CN2012101320900A
Authority: CN
Inventors: 张荣良; 金云学; 史爱波
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明公开了一种真空限氧法制备纳米氧化锌的方法，其特征是先选取含锌量大于80%的固体物料为原料，将内设蒸发和氧化为同一区的高温炉升温至1073K～1173K；然后将盛装有含锌固体物料的坩埚置于蒸发——氧化区中，抽真空，通过真空微调阀控制炉内的真空度为17975Pa～23975Pa，恒温反应5～15min后，即得到含有少量单针状的四针状的纳米氧化锌。本发明锌的蒸发和氧化在同一区，实现将原料提纯和纳米氧化锌制备整合在同一过程中完成，制备时以空气为氧源，成本低，生产流程短、原料的利用率高、产品质量稳定、环境友好。

Description

真空限氧法制备纳米氧化锌的方法

技术领域

本发明涉及一种制备纳米氧化锌的方法，特别涉及一种含锌物料真空限氧法制备纳米氧化锌的方法。

背景技术

纳米氧化锌由于粒子尺寸小，比表面大，具有表面效应、量子尺寸效应等，表现出许多优于普通氧化锌的特殊性能，如无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，在橡胶、陶瓷、日用化工、涂料、磁性材料等方面具有广泛的用途，可以制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压敏材料、压电材料、高效催化剂等，备受人们重视。

纳米氧化锌的制备方法很多，按原料的原始状态可分为：固相法、液相法和气相法。

固相法是通过粉碎研磨来使反应物相混合扩散发生化学反应，然后再将反应产物煅烧制得纳米氧化锌。这种方法具有无需溶剂、设备简单、合成条件容易控制等优点，但是固相法无法对氧化锌制备过程中的颗粒微观结构进行物理或化学方法的有效干预，且物料难以混合均匀，反应过程往往不能进行完全。因此，要得到高纯度的纳米氧化锌比较困难。

液相法相对于固相法而言，具有原料比较容易获得，化学组分能准确控制、设备简单、操作简便等优点。根据制备和合成过程不同，液相法可分为：水热合成法、溶胶-凝胶法、微乳液法和沉淀法等。在这些方法中，有的存在对生产设备要求高，反应条件苛刻，连续性差，且生产成本高问题；有的存在使用的有机溶剂一般情况下有毒，且成本高，产量小，生产周期长，目前难以实现工业化问题；有的则存在产品粒子粒径分布较宽、分散性差等问题。

气相法是直接利用气体或者将物料气化，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚形成纳米微粒。气相法制备纳米氧化锌常见的方法有：物理气相沉积法、脉冲激光沉积法和化学气相传输氧化法等。物理气相沉积法采用氧化锌粉为原料，采用气相沉积制备纳米氧化锌粉，通过简单的气固机制，可以制得直径小的纳米氧化锌。脉冲激光沉积法通过控制激光的入射能量也可以实现对氧化锌形貌和性能的调控。化学气相法是以惰性气体为载体，将锌粉或锌盐带入有氧气的超高温环境气体中，在气相中发生化学反应形成基本粒子，并经成核、生长两个阶段，同时利用高温区与周围环境形成的巨大的温度梯度，通过急冷作用得到氧化锌纳米颗粒。气相法相比上述的制备方法，可以很容易得到纳米氧化锌粉体，但工艺技术复杂，一次性投资较大。

真空限氧法制备纳米氧化锌属于化学气相法，它是以含氧气体为氧源，通过调控反应器内的真空度来控制体系的氧分压，使锌蒸气在真空条件低氧分压的环境中发生氧化反应，从而制取纳米氧化锌的一种方法。

丘克强等人发明了一种纳米四针状氧化锌晶须的制备方法（专利号ZL200510031208.0）。该方法是以金属锌或含锌二次资源为原料，通过调节反应体系的真空度来控制氧气含量，使锌在相对缺氧条件下，获得纳米四针状氧化锌晶须。实际上该方法包含两个过程：一个是锌蒸发过程，另一个是蒸发后的锌的氧化过程。在该方法所用的制备装置中，反应器内分蒸发区（原料提纯区）和氧化区（纳米氧化锌制备区）两个区，需要两个温度控制仪分别控制两个区的温度，精确控温难，制备条件苛刻。

李敦钫等人申请了名为《真空限氧法制备不同形貌氧化锌的方法》（申请号200510039156.1）的发明专利，公布了一种真空限氧法制备不同形貌氧化锌的方法。该方法是将金属锌或含锌金属锌的物料放入加热熔化炉内，熔化后进入到真空反应炉中的真空蒸发室，金属锌蒸发，再进入具有一定真空度的氧化反应室，与通入氧化反应室内的氧气反应，在具有一定的蒸发温度，锌蒸汽与氧气的压力比，以及一定的氧化反应氧气压力的条件范围内，可得到不同形貌的纳米或微米氧化锌。该方法所用的制备装置，包括加热熔化炉和真空反应炉（含真空蒸发室和氧化反应室，真空蒸发室和氧化反应室也可以合并为一个制备室），设备种类较多，操作繁琐，氧化反应需要纯氧气，且锌蒸汽与氧气的压力比难以控制。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种生产过程连续、稳定、生产周期短、成本低、生产清洁的纳米氧化锌的制备方法，实现将原料提纯和纳米氧化锌制备整合在同一过程中完成。

为了达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：

一种真空限氧法制备纳米氧化锌的方法，其步骤是：

1、选取含锌量大于80%的固体物料，其中锌呈单质或合金状态；

2、将内设蒸发和氧化为同一区的高温炉升温至1073K～1173K；

3、将盛装含锌固体物料的坩埚置于蒸发——氧化区中，抽真空，通过真空微调阀控制炉内的真空度为17975Pa～23975Pa，恒温反应5～15min后，即得到含有少量单针状的四针状的纳米氧化锌。

本发明的真空限氧法制备纳米氧化锌的方法与现有技术相比，具有的有益效果和特点主要是：

本发明由于采用锌的蒸发和氧化在同一区，实现将原料提纯和纳米氧化锌制备整合在同一过程中完成，制备条件简单，容易控制；制备过程以空气为氧源，不需要通入纯氧气、惰性气体或辅助气体，也不需要任何助剂等，成本低，生产流程短、原料的利用率高、产品质量稳定、环境友好。

附图说明

图1为采用本发明所制备的纳米氧化锌形貌的热场发射扫描电子显微镜图。

图2为采用本发明所制备的纳米氧化锌的X射线衍射图。

具体实施方法

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

以含锌81%的火法精炼铅时加锌除银的中间产品——银锌壳为原料，将内设蒸发——氧化区的高温炉升温至1173K，再将盛有含锌物料的坩埚放入蒸发——氧化区中，抽真空，同时通过真空微调阀控制蒸发——氧化区内的真空度22980Pa，恒温反应10min后，得到根部直径约80nm，针长0.2 μm~3.5μm含有少量单针状的四针状的纳米氧化锌。

实施例2

以含锌93%的工业粗锌为原料，将内设蒸发——氧化区的高温炉升温至1123K，再将盛有含锌物料的坩埚放入蒸发——氧化区中，抽真空，同时通过真空微调阀控制蒸发——氧化区内的真空度18775Pa，恒温反应6min后，得到根部直径约40nm，针长0.3 μm~4.5μm含有少量单针状的四针状的纳米氧化锌。

实施例3

以含锌95%的热镀锌渣为原料，将内设蒸发——氧化区的高温炉升温至1143K，再将盛有含锌物料的坩埚放入蒸发——氧化区中，抽真空，同时通过真空微调阀控制蒸发——氧化区内的真空度21975Pa，恒温反应8min后，得到根部直径约50nm，针长0.3 μm~4.0μm含有少量单针状的四针状的纳米氧化锌。

Claims

1.一种真空限氧法制备纳米氧化锌的方法，其特征在于，制备步骤是：

（1）选取含锌量大于80%的固体物料，其中锌呈单质或合金状态；

（2）将内设蒸发和氧化为同一区的高温炉升温至1073K～1173K；

（3）将盛装有含锌固体物料的坩埚置于蒸发——氧化区中，抽真空，通过真空微调阀控制炉内的真空度为17975Pa～23975Pa，恒温反应5～15min后，即得到含有少量单针状的四针状的纳米氧化锌。