CN1193935C - 一种制备纳米氧化锌的生产方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种制备纳米氧化锌的生产方法，将ZnSO4和NaOH进行喷雾合成后，将生成的Zn(OH)2与NH4HCO3溶液汇合反应，生成碱式碳酸锌晶体，再将碱式碳酸锌经烘干、焙烧、水洗和超声分散即得到10-20nm粒径的氧化锌。本发明采用多级喷雾合成的方法，可有效地控制前驱体碱式碳酸锌晶体较窄的粒径范围，保证纳米氧化锌粒度的均匀，从而扩大纳米氧化锌因粒径不同的应用范围。该发明生产工艺简单，易于控制。装置设计合理，结构简单，成本低。所需原料来源丰富、价廉，具有明显的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及纳米氧化锌的生产方法，尤其是利用湿化学法采用多级喷雾合成制备生产窄粒径的纳米氧化锌及其实现该方法的装置。
背景技术
纳米氧化锌由于其着色力和覆盖力强，对紫外线有很强的吸收能力，可广泛用于化妆、印染、纺织、造纸、化工等行业，且代替普通氧化锌除大大改善产品质量外，还可减少用量。现有技术中，国内外纳米氧化锌制备的方法的研究有蒸发冷凝法，化学气相沉积法，溶胶一凝胶法等方法。最常见的是用一般沉淀法制备纳米氧化锌的前驱体——碱式碳酸锌，即采用单注入加搅拌方法，但这些方法很难实现热力学准静态过程，不能保证热分解充分完成，难以得到均匀细小的纳米氧化锌前驱体碱式碳酸锌，其粒径范围及粒形状很难得有效控制，必然关系到最终产品纳米氧化锌的质量，这样纳米氧化锌的特殊用途就大打折扣。《精细化工》99，16(2)，26-28公开的“氧化锌纳米粒子的制备”采用对盐渍化的凝胶状前驱体先焙烧，后用蒸馏水浸洗除去硫酸锌的方法，粒径为10，14，20nm，其采用化学分析纯制剂，不利于工业生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种可制备不同用途所需粒径的纳米氧化锌的生产方法及其装置。
实现上述目的，本发明采用下述方法实现：
一种制备纳米氧化锌的生产方法，前驱体碱式碳酸锌的制备是通过至少二级进料在反应腔体中喷雾合成，即将ZnSO4和NaOH进行喷雾合成后，将生成的Zn(OH)2与NH4HCO3溶液汇合反应，生成碱式碳酸锌晶体，再将碱式碳酸锌经烘干、焙烧、水洗和超声分散即得到10-20nm粒径的氧化锌。所述碱式碳酸锌在300℃、400℃和500℃条件下各焙烧1小时后水洗，超声分散20分钟，即得到10-20nm粒径的氧化锌；所述ZnSO4的浓度为0.5-1.5mol/L，压力为0.1-0.5Mpa，温度为80-90℃。
一种实现上述方法的装置，所述装置为顶部设有喷头的反应容器；所述喷头分进料腔、混合腔；进料腔为喇叭口状，内设一进料管至喇叭口底部的混合腔进口处，进料管直径小于混合腔进口直径，进料腔上部还设进料口与另一进料管相连；混合腔上部为管状，下部为喇叭口状；混合腔为夹层，外层为冷却水管道；反应容器的侧壁上至少设有一圈喷管，喷管上均匀设置喷眼。反应容器侧壁中部位置设置一圈喷管。所述反应容器下部还设有排料口。
本发明采用多级喷雾合成的方法，达到晶体的成核和生长条件的抑制，实现热力学准静态过程和平衡，从而保证前驱体均匀细小的粒度。可有效地控制前驱体碱式碳酸锌晶体较窄的粒径范围，保证纳米氧化锌粒度的均匀，从而扩大纳米氧化锌因粒径不同的应用范围。该发明生产工艺简单，易于控制。装置设计合理，结构简单，成本低。所需原料来源丰富、价廉，具有明显的经济效益和社会效益。
附图说明 下面结合附图对本发明作进一步详述：
图1是本发明工艺流程图。
图2是本发明装置结构示意图。
图3是图2的剖视图。
具体实施方式
硫酸锌的制取可采取以低级氧化锌或锌矿砂为原料，与稀硫酸溶液反应，制成粗制硫酸锌溶液，将溶液加热至80-90℃，加入高锰酸钾氧化除掉铁、锰，然后加热至80℃，加入锌粉，置换溶液中铜、镉，置换后再用高锰酸钾在80-90℃进行第二次氧化除杂，得到精制的硫酸锌溶液，配制成0.1mol/L。
参见图1，其工艺流程为二级喷雾合成方法，将配制的硫酸锌溶液加热80-90℃，接入喷头1的进料管2，在0.4Mpa条件下，高速喷入喷头1并在混合腔进口处产生负压，使进料管3所接的氢氧化钠溶液吸入共同进入混合腔，由于混合腔外层通有冷却水，混合腔内的温度大梯度变化，促进快速生成氢氧化锌雾滴，并形成紊流，进行充分反应，向雾化容器喷入，与此同时打开阀门12设置在容器侧壁上的一圈喷眼定量将NH4HCO3溶液按一角度喷雾与含氢氧化锌的雾滴汇合反应，再沉入溶器底部聚集反应生成乳胶状微细分散均匀的碱式碳酸锌晶体，最后从容器底部排料口8排出，在80℃条件下烘干，再在300℃、400℃和500℃条件下各焙烧1小时，然后用水洗和无水乙醇超声分散20分钟，即可得到10-20nm粒径氧化锌。
参见图2和图3，本发明装置由喷头1和封闭的反应容器4组成。喷头1设置在反应容器4顶部，喷头1分进料腔9和混合腔10，进料腔9为喇叭口状，内设一进料内管2至喇叭口底部的混合腔进口11处，进料内管2直径小于混合腔进口11直径，进料腔上部还设进料口与另一进料管3相连；混合腔10上部为管状，下部6为喇叭状口；混合腔10为夹层，外层为冷却水管道7。反应容器侧壁中部位置设置一圈喷管5，喷管5上均匀斜向下设置喷眼。反应容器下部还设有排料口8，图中12为阀门。
根据不同用途的纳米氧化锌对粒径的范围特殊要求可通过对ZnSO4溶液喷出温度、浓度，以及喷射压力的控制，调整相应的NaOH和NH4HCO3的反应剂量，可获得不同窄粒径，粒子形状统一、分散均匀的碱式碳酸锌，从而最后制备出符合要求的纳米氧化锌。
本方法和装置还适于用湿化学法制备其他一些纳米材料和纳米复合材料。
Claims (5)
1.一种制备纳米氧化锌的生产方法，其特征在于前驱体碱式碳酸锌的制备是通过至少二级进料在反应腔体中喷雾合成，即将ZnSO4和NaOH进行喷雾合成后，将生成的Zn(OH)2与NH4HCO3溶液汇合反应，生成碱式碳酸锌晶体，再将碱式碳酸锌经烘干、焙烧、水洗和超声分散即得到10-20nm粒径的氧化锌。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于所述碱式碳酸锌是在300℃、400℃和500℃条件下各焙烧1小时后水洗，超声分散20分钟，即得到10-20nm粒径的氧化锌；所述ZnSO4的浓度为0.5-1.5mol/L，压力为0.1-0.5Mpa，温度为80-90℃。
3、一种用于实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于：所述装置为顶部设有喷头(1)的反应容器(4)；所述喷头(1)分进料腔(9)、混合腔(10)；进料腔(9)为喇叭口状，内设一进料管(2)至喇叭口底部的混合腔进口(11)处，进料管(2)直径小于混合腔进口(11)直径，进料腔(9)上部还设进料口与另一进料管(3)相连；混合腔(10)上部为管状，下部为喇叭口状；混合腔(10)为夹层，外层为冷却水管道(7)；反应容器(4)的侧壁上至少设有一圈喷管(5)，喷管上均匀设置喷眼。
4、如权利要求3所述的装置，其特征在于：反应容器(4)侧壁中部位置设置一圈喷管(5)。
5、如权利要求3或4所述的装置，其特征在于：所述反应容器(4)下部还设有排料口(8)。
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