CN106219594A

CN106219594A - 一种纳米氧化锌的制备方法

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Publication number: CN106219594A
Application number: CN201610627706.XA
Authority: CN
Inventors: 王凯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2016-12-14

Abstract

本发明涉及一种纳米氧化锌的制备方法，包括步骤：以含锌物料为原料，通过酸溶、净化、沉淀、洗涤、过滤脱水干燥后，经粉碎、筛分，成为终产品。本发明所述制备方法原料来源广，工艺简单，制备所得纳米氧化锌比表面积大，氧化锌含量高。

Description

一种纳米氧化锌的制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种纳米材料制备方法，特别涉及一种高比表面积纳米氧化锌的制备方法。

【背景技术】

纳米氧化锌是一种面向21世纪的新型多功能无机材料，由于晶粒的细微化和具有高比表面积的特征，表现出许多特殊性质，它在催化、光学、磁学和医学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子光学、医药等许多领域有更重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比拟的神奇功效。

由于纳米氧化锌的优异性能和诱人的应用前景，纳米氧化锌的研发和生产具有极大的潜在市场。现有技术方法制作的纳米氧化锌有以下不足之处：1.水解环境只能在硝酸盐和有机盐溶液中进行，并且只能使用特定的沉淀剂如尿素、六次甲基四胺等，此类生产工艺成本高，工艺条件复杂，水解条件不好控制，反应时间长，难以实现大规模工业化；2.水解环境在无机盐溶液中进行，采用纯碱、烧碱或氨水等作为水解沉淀剂的，生产工艺相对简单，但产品比表面积小于15m²/g，性能不佳。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种低成本、生产工艺简单、便于操作的制备比表面积大的纳米氧化锌的方法，以解决现有技术纳米氧化锌中工艺复杂和比表面积不够大的问题。

本发明采用的技术方案是：一种纳米氧化锌的制备方法，包括如下步骤：

A.酸溶：将含锌物料溶于配制好的稀酸溶液中，稀酸溶液的初始浓度为0.5-2.0mol/L，控制加入量液固比为1：2-4，加热至接近沸腾，反应1-2.5小时，根据含锌物料中铁含量加入氧化剂，控制反应终点酸度为pH=5.0-5.5，溶液含锌0.5-2.0mol/L，溶液含铁10mg/L；

B过滤：将上述合格溶液进行固液分离，去除固体杂质，滤液待用；

C.净化：将上述滤液取样检测，依据溶质中杂质的含量加入锌粉进行置换还原除铜、镉、钴、镍、砷、锑，取样检测，控制铜、铁、镉、钴、镍、砷、锑小于10mg/L；

D. 过滤：将上述净化合格的溶液进行液固分离，去除固体杂质，滤液待用；

E.沉淀：往滤液中加入沉淀剂，保持反应温度为60-80℃，并不断搅拌，直到沉淀完全，最后加热至接近沸腾30分钟；

F.将上述反应完毕溶液进行液固分离，滤渣用去离子水洗涤至无硫酸根离子，硫酸根离子用1%的氯化钡溶液检测；

G.干燥、分解：将上述滤渣在温度300-350℃之间，压力-1.0-101.3KPa之间进行干燥、分解；

H.破碎：将上述分解完全的物料冷却到室温，用粉碎机进行粉碎、筛分，得到纳米氧化锌粉末，所述纳米氧化锌含量大于99.5%，粉体比表面积为75-180㎡/g。

本发明的进一步技术方案是：步骤A中所述含锌物料包括锌灰、锌粉、锌粒、次氧化锌、锌盐中的一种或多种。

本发明的进一步技术方案是：步骤A中所述稀酸溶液包括硫酸、盐酸和硝酸中的一种，选优的为硫酸，稀酸溶液的初始浓度为1.5mol/L。

本发明的进一步技术方案是：步骤A中所述氧化剂包括双氧水、鼓入空气氧化、过硫酸盐中的一种。

本发明的进一步技术方案是：步骤B中所述固液分离包括离心分离、真空抽滤和板框式压滤中的一种。

本发明的进一步技术方案是：步骤E中所述沉淀剂包括碳酸氢铵，碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种，选优的为碳酸氢铵。

本发明的进一步技术方案是：步骤G中所述干燥、分解包括气流干燥和真空干燥中的一种或多种。

本发明的进一步技术方案是：步骤H中所述粉碎机包括超声粉碎、气流粉碎机、万能粉碎机、雷蒙磨、剪切式粉碎机、冲击式粉碎机中的一种或多种粉碎机。

本发明的有益效果是：由于采用合理的添加剂，采用多次除杂技术，选取了加热控制，操作过程顺畅、易于流水作业，低成本、生产工艺简单、便于操作，生产出来的氧化锌纯度高，比表面积大。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

一种纳米氧化锌的制备方法，包括如下步骤：

A.酸溶：将含锌物料—如锌灰、锌粉、锌粒、次氧化锌、锌盐中的一种或多种，溶于配制好的稀酸溶液中，稀酸溶液的初始浓度为0.5-2.0mol/L，控制液固比为1：2-4，加热至近沸，反应1-2.5小时，根据铁含量加入氧化剂，氧化剂包括双氧水、鼓入空气氧化、过硫酸盐中的一种，优选的为双氧水，控制反应终点酸度为pH=5.0-5.5，溶液含锌0.5-2.0mol/L，溶液含铁10mg/L。酸的浓度控制很关键，酸度太高或太低，与浸出溶液中锌含量高低有关，控制溶液中锌含量的浓度，有利于提高纳米氧化锌的质量。铁含量控制也很重要，在中性溶液里，不能用锌粉除掉铁，所以在浸出阶段要控制铁含量，既可以减少操作步骤，又能提高纳米氧化锌的质量。稀酸溶液选优为硫酸，稀酸溶液的初始浓度为1.5mol/L。

B.过滤：将上述合格溶液进行固液分离。主要是为了分离不溶性杂质，固液分离包括离心分离、真空抽滤和板框式压滤中的一种，选优的为板框式压滤。

C.净化：将上述滤液取样检测，依据杂质的含量加入锌粉进行置换还原除铜、镉、钴、镍、砷、锑，取样检测，控制铜、铁、镉、钴、镍、砷、锑小于10mg/L。杂质净化，可以提高纳米氧化锌的质量，采用原子吸收分光光度计法或比色法进行检测。

D. 过滤：将上述净化合格的溶液进行液固分离。目的是将置换沉淀的杂质和多余的锌粉进行分离，提高锌溶液的纯度。

E.沉淀：往净化合格的溶液中加入碳酸氢铵、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种，选优的为碳酸氢铵，保持反应温度为60-80℃，并不断搅拌，直到沉淀完全，最后加热至近沸30分钟。选用沉淀剂最关键，碳酸氢盐的pH值在6.5-7.2，以碳酸氢铵为沉淀剂，沉淀反应比较温和，生成的沉淀粒径较小，同时生成的二氧化碳气体起到搅拌和造孔的作用；保持较高的温度，有利于二氧化碳气体的挥发，并增大溶液的流动性，促使沉淀反应顺利进行；最后加热近沸30分钟是为了生成的碱式碳酸锌脱水分解成疏松多孔的碳酸锌，有利于过滤和后续的干燥分解；如采用氢氧化钠、氨水、尿素等作为沉淀剂，由于碱性太强，生成的氢氧化锌颗粒偏粗，导致比表面积变小。

F.将上述反应完毕溶液进行液固分离，滤液经蒸发回收硫酸铵，滤渣用去离子水洗涤至无硫酸根离子，用1%的氯化钡溶液检测。用氯化钡溶液检测硫酸根离子是特征反应，通过检测可以确定其他离子也已经清洗干净，保证了纳米氧化锌的质量。

G.干燥、分解：将上述滤渣在温度300-350℃之间，压力-1.0-101.3KPa之间进行干燥、分解。优选的，采用真空干燥，采用真空干燥可以避免氧化锌烧结而导致比表面积变小。

H.破碎：将上述分解完全的物料冷却到室温，用粉碎机进行粉碎、筛分，得到纳米氧化锌粉末。所述纳米氧化锌含量大于99.5%，粉体比表面积为75-180㎡/g，操作过程顺畅、易于流水作业，低成本、生产工艺简单、便于操作。粉碎方式包括超声粉碎、气流粉碎机、万能粉碎机、雷蒙磨、剪切式粉碎机、冲击式粉碎机中的一种或多种粉碎机，选优的为超声粉碎。超声粉碎由于频率高，并且粉末间无挤压，对形成大比表面积的氧化锌具有积极作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本发明仅举例为种树，但不限于种树，任何需要保湿、保温、除草功能之一的场合都可以运用，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种纳米氧化锌的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤A中所述含锌物料包括锌灰、锌粉、锌粒、次氧化锌、锌盐中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤A中所述稀酸溶液包括硫酸、盐酸和硝酸中的一种，选优的为硫酸，稀酸溶液的初始浓度为1.5mol/L。

4.如权利要求1所述的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤A中所述氧化剂包括双氧水、鼓入空气氧化、过硫酸盐中的一种。

5.如权利要求1所述的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤B中所述固液分离包括离心分离、真空抽滤和板框式压滤中的一种。

6.如权利要求1所述的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤E中所述沉淀剂包括碳酸氢铵，碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种，选优的为碳酸氢铵。

7.如权利要求1所述的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤G中所述干燥、分解包括气流干燥和真空干燥中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤H中所述粉碎机包括超声粉碎、气流粉碎机、万能粉碎机、雷蒙磨、剪切式粉碎机、冲击式粉碎机中的一种或多种粉碎机。