CN107473262A - 高比表面积纳米氧化锌 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高比表面积纳米氧化锌，其粒径为10‑18nm，所述纳米氧化锌的制备方法包括以下步骤：称取硫酸锌放入烧杯中，加入去离子水，室温下搅拌至完全溶解；加入碳酸钾，室温下搅拌至反应完全，离心得白色沉淀物Zn5(CO3)2(OH)6；将上述沉淀物倒入三口烧瓶，取正辛酰氯、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸‑2‑乙基己酯、羟基甲基膦酸二乙酯、羟基乙叉二膦酸钾加入三口瓶，磁力搅拌，抽真空；加热三口瓶内混合液，并保温；向得到的混合物中加入无水乙醇，经离心得沉淀物，再次用无水乙醇，离心，干燥，得到纳米氧化锌原料。本发明制得的纳米氧化锌粒径大、分散性差、长径比小，提高了其比表面积和化学活性。

Description

高比表面积纳米氧化锌
本发明申请是申请号CN201610531156.1、申请日2016年07月07日，发明名称“一高比表面积纳米氧化锌制备方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种高比表面积纳米氧化锌。
背景技术
纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1～100纳米。由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织、涂料等领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点。
目前，制备氧化锌纳米材料的方法有很多种，如气相沉积法、溶胶 - 凝胶法、沉淀法、燃烧法、水（溶剂）热法、模板法等。得到的氧化锌纳米棒材料直径比较粗，比表面积较小，尺寸大小不均一，分散性也不够好，影响了纳米氧化锌纳米的应用性能。
如氧化锌应用于橡胶生产中时，易于出现氧化锌难以分散、结团等现象，且增加了氧化锌的用量，使胶料中残留 锌量较多，不仅浪费了锌资源，亦极大污染了环境。
发明内容
本发明目的是提供高比表面积纳米氧化锌制备方法，解决纳米氧化锌的粒径大、分散性差、长径比小的问题，从而提高其比表面积和化学活性，进而提高其在橡胶、医药、化工、轻工等行业的广泛应用。
本发明的方案如下：一种高比表面积纳米氧化锌,其粒径为10-18nm，制备方法包括以下步骤：
a、称取一定量硫酸锌放入烧杯中，加入适量去离子水，将烧杯置于磁力搅拌器上，室温下搅拌至完全溶解，
b、再向上述溶液中加入一定量碳酸钾，室温下搅拌至反应完全，离心得白色沉淀物Zn5(CO3)2(OH)6；
c、将上述沉淀物倒入250mL三口烧瓶，取一定量的正辛酰氯、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸-2-乙基己酯、羟基甲基膦酸二乙酯、羟基乙叉二膦酸钾加入三口瓶，磁力搅拌，抽真空；
d、加热三口瓶内混合液至130-150℃，并保温40-50min；
e、在磁力搅拌和氮气保护下，迅速加热混合溶液至250-350℃，并保温55-95min，然后自然冷却至室温；
f、向得到的混合物中加入无水乙醇50-60mL，经离心得沉淀物，再次用无水乙醇50-60mL洗涤，离心，干燥，得到纳米氧化锌原料。
所述第a步中，硫酸锌的用量为0.08g-0.25g,去离子水用量35g-55g。
所述第b步中，碳酸钾的用量为0.08-0.25g。
所述第c步中，正辛酰氯的用量为2-3g。
所述第c步中，乙烯基三乙氧基硅烷的用量为1-2.6g。
所述第c步中，丙烯酸-2-乙基己酯的用量为2-6g、羟基甲基膦酸二乙酯的用量为1-3g、羟基乙叉二膦酸钾的用量为0.1-0.4g。
所述纳米氧化锌的比表面积为91 m2/g、88 m2/g或86 m2/g。
本发明具有以下特点:
（1）丙烯酸-2-乙基己酯、羟基甲基膦酸二乙酯、羟基乙叉二膦酸钾，吸附于 ZnO 纳米晶晶核表面，有利于限制其成核尺寸和生长方向；
（2）正辛酰氯作为氧化锌的稳定剂，同时也对丙烯酸-2-乙基己酯、羟基甲基膦酸二乙酯、羟基乙叉二膦酸钾进行分散；
（3）乙烯基三乙氧基硅烷增加丙烯酸-2-乙基己酯、辛酰氯等物质与氧化锌的相容性；
（4）本发明制备的氧化锌纳米粒径10-18nm，比表面积大，分散性好，化学活性高；
（5）本发明工艺简便，反应周期短，产率高，适合规模化生产；
（6）羟基乙叉二膦酸钾、羟基甲基膦酸二乙酯增加了丙烯酸-2-乙基己酯、正辛酰氯对氧化锌的分散效果。
具体实施方式
实施例1
高比表面积纳米氧化锌制备方法，包括以下步骤：
a、称取0.33g硫酸锌放入烧杯中，加入42g去离子水，将烧杯置于磁力搅拌器上，室温下搅拌至完全溶解，
b、再向上述溶液中加入0.16g 碳酸钾，室温下搅拌至反应完全，离心得白色沉淀物Zn5(CO3)2(OH)6；
c、将上述沉淀物倒入250mL三口烧瓶，取2.3g 正辛酰氯、1.8g乙烯基三乙氧基硅烷、3g丙烯酸-2-乙基己酯、2g羟基甲基膦酸二乙酯、0.2g羟基乙叉二膦酸钾加入三口瓶，磁力搅拌，抽真空；
d、加热三口瓶内混合液至145℃，并保温45min；
e、在磁力搅拌和氮气保护下，迅速加热混合溶液至280℃，并保温60min，然后自然冷却至室温；
f、向得到的混合物中加入无水乙醇55mL，经离心得沉淀物，再次用无水乙醇60mL洗涤，离心，干燥，得到纳米氧化锌原料。
实施例2
高比表面积纳米氧化锌制备方法，包括以下步骤：
a、称取0.25g硫酸锌放入烧杯中，加入36g去离子水，将烧杯置于磁力搅拌器上，室温下搅拌至完全溶解，
b、再向上述溶液中加入0.11g 碳酸钾，室温下搅拌至反应完全，离心得白色沉淀物Zn5(CO3)2(OH)6；
c、将上述沉淀物倒入250mL三口烧瓶，取 2.1g 正辛酰氯、1.6g乙烯基三乙氧基硅烷、3.6g丙烯酸-2-乙基己酯、1.8g羟基甲基膦酸二乙酯、0.2g羟基乙叉二膦酸钾加入三口瓶，磁力搅拌，抽真空；
d、加热三口瓶内混合液至146℃，并保温50min；
e、在磁力搅拌和氮气保护下，迅速加热混合溶液至310℃，并保温85min，然后自然冷却至室温；
f、向得到的混合物中加入无水乙醇52mL，经离心得沉淀物，再次用无水乙醇55mL洗涤，离心，干燥，得到纳米氧化锌原料。
实施例3
高比表面积纳米氧化锌制备方法，包括以下步骤：
a、称取0.38g硫酸锌放入烧杯中，加入50g去离子水，将烧杯置于磁力搅拌器上，室温下搅拌至完全溶解，
b、再向上述溶液中加入0.22g 碳酸钾，室温下搅拌至反应完全，离心得白色沉淀物Zn5(CO3)2(OH)6；
c、将上述沉淀物倒入250mL三口烧瓶，取2.3g 正辛酰氯、2.5g乙烯基三乙氧基硅烷、5g丙烯酸-2-乙基己酯、1g羟基甲基膦酸二乙酯、0.35g羟基乙叉二膦酸钾加入三口瓶，磁力搅拌，抽真空；
d、加热三口瓶内混合液至150℃，并保温50min；
e、在磁力搅拌和氮气保护下，迅速加热混合溶液至340℃，并保温90min，然后自然冷却至室温；
f、向得到的混合物中加入无水乙醇60mL，经离心得沉淀物，再次用无水乙醇60mL洗涤，离心，干燥，得到纳米氧化锌原料。
对实施例1-3所得纳米氧化锌进行检测，得以下指标。
表1 纳米氧化锌的技术指标
从表1可以发现本发明所制备的纳米氧化锌的平均粒径比市场的纳米氧化锌粒径小，比表面大，而且其密度高于市场的纳米氧化锌。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高比表面积纳米氧化锌,其特征在于，粒径为10-18nm，所述纳米氧化锌的制备方法包括以下步骤：
a、称取一定量硫酸锌放入烧杯中，加入适量去离子水，将烧杯置于磁力搅拌器上，室温下搅拌至完全溶解，
b、再向上述溶液中加入一定量碳酸钾，室温下搅拌至反应完全，离心得白色沉淀物Zn5(CO3)2(OH)6；
c、将上述沉淀物倒入250mL三口烧瓶，取一定量的正辛酰氯、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸-2-乙基己酯、羟基甲基膦酸二乙酯、羟基乙叉二膦酸钾加入三口瓶，磁力搅拌，抽真空；
d、加热三口瓶内混合液至130-150℃，并保温40-50min；
e、在磁力搅拌和氮气保护下，迅速加热混合溶液至250-350℃，并保温55-95min，然后自然冷却至室温；
f、向得到的混合物中加入无水乙醇50-60mL，经离心得沉淀物，再次用无水乙醇50-60mL洗涤，离心，干燥，得到纳米氧化锌原料。
2.如权利要求1所述的高比表面积纳米氧化锌,其特征在于：所述第a步中，硫酸锌的用量为0.08g-0.25g,去离子水用量35g-55g。
3.如权利要求1或2所述的高比表面积纳米氧化锌,其特征在于：所述第b步中，碳酸钾的用量为0.08-0.25g。
4.如权利要求1或2所述的高比表面积纳米氧化锌,其特征在于：所述第c步中，正辛酰氯的用量为2-3g。
5.如权利要求1或2所述的高比表面积纳米氧化锌,其特征在于：所述第c步中，乙烯基三乙氧基硅烷的用量为1-2.6g。
6.如权利要求1或2所述的高比表面积纳米氧化锌,其特征在于：所述第c步中，丙烯酸-2-乙基己酯的用量为2-6g、羟基甲基膦酸二乙酯的用量为1-3g、羟基乙叉二膦酸钾的用量为0.1-0.4g。
7.如权利要求1或2所述的高比表面积纳米氧化锌,其特征在于：所述纳米氧化锌的比表面积为91 m2/g、88 m2/g或86 m2/g。
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