CN1161278C - 一种纳米氧化锌的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种纳米氧化锌的制备方法，具体涉及用沉淀转化法制备纳米氧化锌的方法。本发明方法包括如下步骤：在硫酸锌溶液中，按重量比为1∶0.2～1.2滴加氨水，再向上述反应物中加入碳酸氢铵，得到ZnCO₃·Zn(OH)₂沉淀；沉淀经分离、用去离子水洗涤，真空干燥，得到以Zn(OH)₂为核心，外围包覆ZnCO₃的复合前驱体；将复合前驱体在150～600℃下煅烧1.5～2.5小时，得到纳米ZnO材料。本发明方法操作简单、成本低，制备的纳米氧化锌产品为白色，六方晶体，平均粒径为20～30nm，在水中有很好的分散性。

Description

一种纳米氧化锌的制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种纳米氧化锌的制备方法，具体涉及用沉淀转化法制备纳米氧化锌的方法。

(二)背景技术

纳米ZnO由于粒子尺寸小，比表面积大，具有表面效应、量子尺寸效应和久保效应等，与普通ZnO相比，展现出许多特殊的性质，如无毒和非迁移性、荧光性、压电性吸收和散射紫外线能力。这一新的物质状态，赋予了ZnO这一传统产品在科技领域许多新的用途，如制造气体传感器、荧光体、紫外线屏蔽材料、变阻器、图象记录材料、压电材料、压敏电阻、磁性材料、高效催化剂等。利用ZnO的电阻变化，可制成报警器、吸湿离子、传导温度计；利用纳米ZnO的紫外屏蔽能力，可制成紫外线过滤器、化妆品防晒霜；以ZnO为主体，配以Bi₂O₃、Pb₆O₁₁、BaO等粉末材料烧结成型，可得变阻器；利用ZnO半导体光敏理论，纳米ZnO可作为高效光催化剂，用于降解废水中有机污染物，净化环境。由于纳米ZnO具有许多优异的性能，被广泛地用于各个领域，受到企业界的高度关注和兴趣。制备纳米ZnO的方法很多，但普遍存在反应过程复杂，成本高等问题。

(三)发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低的纳米氧化锌的制备方法。

本发明的方法包括采用沉淀转化法和低温烧结法制取纳米ZnO。

本发明的方法包括步骤如下：

1.在重量百分比浓度为20-30％硫酸锌(ZnSO₄)溶液中，滴加重量百分比浓度为16-22％的氨水，硫酸锌与氨水(NH₃·H₂O)的重量比为1∶0.2～1.2。

2.再向上述反应物中加入碳酸氢铵，1重量份Zn(OH)₂加0.4～0.8重量份的NH₄HCO₃，得到ZnCO₃·Zn(OH)₂沉淀。

3.沉淀经分离、用去离子水洗涤至用钡盐检验无SO₄ ^2-为止。

4.然后在80～90℃时真空干燥，得到以Zn(OH)₂为核心，外围包覆ZnCO₃的复合前驱体。

5.将上述复合前驱体在150～600℃下煅烧1.5～2.5小时，得到纳米ZnO材料。

上述纳米ZnO材料经粉碎包装后即得产品。

在上述步骤3沉淀分离洗涤之前，可增加表面改性步骤，选用硅烷或硬脂酸作为表面活性剂，用量为1份硫酸锌加0.5～3份(均为重量份)的表面活性剂。

上述步骤3洗涤母液主要含有(NH₄)₂SO₄，当生产能力大时，可回收固体(NH₄)₂SO₄肥料，作为副产品出售。当生产能力小时可直接排放，稀释后浇灌农田。

本发明的反应原理如下：

依据胶体化学的基本原理和溶液热力学平衡原理，通过控制反应温度，反应时间、溶液浓度及PH值、加料方式等条件，在硫酸锌溶液中滴加氨水。首先生成Zn(OH)₂溶胶，在生成Zn(OH)₂胶体中加入碳酸氢铵溶液使之在固相Zn(OH)₂胶粒的晶核上面异相成核生成碳酸锌，其反应式为

生成的ZnCO₃·Zn(OH)₂沉淀经分离、洗涤、干燥实际上得到的是以Zn(OH)₂为核心、外围包覆ZnCO₃的复合前驱体。该前驱体在150～600℃下煅烧得到纳米氧化锌材料。

由于Zn(OH)₂和ZnCO₃的分解温度不同，前者为150℃，后者为350℃。因而在煅烧过程中，中心的Zn(OH)₂首先分解，并同时将其外包覆的ZnCO₃崩裂为小颗粒，继续煅烧，ZnCO₃亦分解为小粒子的ZnO。

本发明方法制备的纳米氧化锌产品为白色，杂质少比表面积大，杂质含量≤0.01％；比表面积≥70％，六方晶体，平均粒径为20～30nm，产品质量好，在水中有很好的分散性，孔隙1.7ml/g。

本发明方法的优良效果是：

(1)由于特殊的煅烧机理，所以得到的纳米ZnO的颗粒小，不易团聚，易分散。

(2)仍采取低温热分解法，进行焙烧所以能耗低、粒径小。

(3)操作简单，容易。

(四)附图说明

图1是本发明方法的全部流程示意图。

(五)具体实施方式

实施例1.纳米ZnO的方法，具体步骤如下：

1.在重量百分比浓度为30％硫酸锌(ZnSO₄)溶液中，滴加重量百分比浓度为20％的氨水，硫酸锌与氨水(NH₃·H₂O)的重量比为1∶0.8。

2.再向上述反应物中加入碳酸氢铵，1重量份Zn(OH)₂加0.6重量份的NH₄HCO₃，得到ZnCO₃·Zn(OH)₂沉淀。

3.沉淀经分离、用去离子水洗涤至用氯化钡(BaCl)检验无SO₄ ^2-为止。

4.然后在85℃时真空干燥，得到以Zn(OH)₂为核心，外围包覆ZnCO₃的复合前驱体。

5.将上述复合前驱体在150℃温度下开始煅烧，逐渐升温至600℃下，全部煅烧时间为2小时，得到纳米ZnO材料。产品为白色，六方晶体，平均粒径为40～50nm，产品质量好，在水中有很好的分散性。

实施例2.纳米ZnO的方法，如实施例1所述，所不同的是：

在上述步骤3沉淀分离洗涤之前，可增加表面改性步骤，选用硅烷作为表面活性剂，用量为1份硫酸锌加1份(均为重量份)的表面活性剂。

实施例3.纳米ZnO的方法，如实施例2所述，所不同的是：

选用硬脂酸作为表面活性剂，用量为1份硫酸锌加2份(均为重量份)的表面活性剂。

实施例4.纳米ZnO的方法，步骤如实施例1所述，所不同的是：

硫酸锌(ZnSO₄)溶液重量百分比浓度为25％，滴加氨水的重量百分比浓度为18％，硫酸锌与氨水(NH₃·H₂O)的重量比为1∶1。

1重量份Zn(OH)₂加0.8重量份的NH₄HCO₃。

90℃时真空干燥。

煅烧时间为2.5小时，得到纳米ZnO产品为白色，六方晶体，平均粒径为40nm。在水中有很好的分散性。

实施例5.纳米ZnO的方法，步骤如实施例1所述，所不同的是：

硫酸锌(ZnSO₄)溶液重量百分比浓度为20％，滴加氨水的重量百分比浓度为22％，硫酸锌与氨水(NH₃·H₂O)的重量比为1∶0.4。

1份Zn(OH)₂加0.5份的NH₄HCO₃。重量份。

80℃时真空干燥。

煅烧时间为1.5小时，得到纳米ZnO产品为白色，六方晶体，平均粒径为50nm。在水中有很好的分散性。

Claims (3)

1.一种纳米氧化锌的制备方法，包括采用沉淀转化法和低温烧结法，其特征在于包括步骤如下：

(1)在重量百分比浓度为20-30％硫酸锌溶液中，滴加重量百分比浓度为16-22％的氨水，硫酸锌与氨水的重量比为1∶0.2～1.2；

(2)再向上述反应物中加入碳酸氢铵，1重量份Zn(OH)₂加0.4～0.8重量份的NH₄HCO₃，得到ZnCO₃·Zn(OH)₂沉淀；

(3)沉淀经分离、用去离子水洗涤至用钡盐检验无SO₄ ^2-为止；

(4)然后在80～90℃时真空干燥，得到以Zn(OH)₂为核心，外围包覆ZnCO₃的复合前驱体；

(5)将上述复合前驱体在150～600℃下煅烧1.5～2.5小时，得到纳米ZnO材料。

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，在所述步骤(3)沉淀分离洗涤之前，增加表面改性步骤，选用硅烷或硬脂酸作为表面活性剂，1重量份硫酸锌加0.5～3重量份的表面活性剂。

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，将所述步骤(3)中的洗涤母液回收，得固体(NH₄)₂SO₄肥料。

Images