專利名稱：一種納米ZnO粉體的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷材料制備技術(shù)，特別涉及無(wú)機(jī)非金屬功能陶瓷材料的一種納米ZnO粉體的合成方法。
背景技術(shù)：
納米ZnO是一種新型多功能精細(xì)無(wú)機(jī)產(chǎn)品，其粒徑介于1～100nm，又稱為超微細(xì)ZnO。由于顆粒尺寸的細(xì)微化，大的比表面積，使得納米ZnO產(chǎn)生了其塊體所不具備的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)等。因而，使得納米ZnO在磁、光、電、敏感元器件等方面具有一般ZnO產(chǎn)品無(wú)法比擬的性能和用途。目前，關(guān)于納米ZnO的合成方法，已經(jīng)陸續(xù)有不少專利問(wèn)世。其比較常用制備方法為液相法和氣相氧化法。液相法是一般直接沉淀出ZnO的前驅(qū)體，如ZnCO3、Zn(OH)2、Zn5(CO3)2(OH)6等，然后在一定溫度下焙解所獲得的前驅(qū)體，即可合成納米ZnO。也有將鋅錠直接加熱熔融、氣化，控制合適的反應(yīng)條件；氣相氧化法是指氣相氧化合成納米ZnO粉，或用等離子體氣相分解Zn5(CO3)2(OH)6前驅(qū)體合成納米ZnO粉體。中國(guó)專利CN1296041公布了一種納米氧化鋅的制備方法。該方法首先制備氧化鋅晶種，然后將所獲得的晶種加入含鋅溶液中，進(jìn)行異相成核制備前驅(qū)體，再將前驅(qū)體熱處理，從而獲得納米氧化鋅粉體。陳代榮等發(fā)明了一種利用鋅鹽溶液及氫氧化鈉作為主要原料，制得氫氧化鋅膠體沉淀，經(jīng)過(guò)水熱或溶劑熱反應(yīng)，可制得顆粒粒度范圍為10～100nm的氧化鋅納米粉體。專利CN1083538公布了一種利用等離子法生產(chǎn)超細(xì)超純活性氧化鋅的工藝及設(shè)備。改進(jìn)了氧化鋅的濕法生產(chǎn)工藝，用等離子發(fā)生器取代了馬福爐或回轉(zhuǎn)窯，使堿式碳酸鋅的焙燒熱解、粉碎、細(xì)化在發(fā)生器內(nèi)一次完成，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)和工藝過(guò)程。該工藝雖然能夠獲得粒徑分布均勻的納米ZnO粒子，但能耗較大。祖庸等公開(kāi)了一種制備納米氧化鋅的新方法。其技術(shù)關(guān)鍵是以Zn(NO3)2為原料，尿素為均勻沉淀劑，尿素的水解溫度在122～126℃之間，反應(yīng)時(shí)間為2～4h，反應(yīng)物配比(尿素物質(zhì)的量/硝酸鋅物質(zhì)的量)在2∶1～4∶1之間，并將合成的中間沉淀Zn(OH)2在450～500℃下煅燒2.5～3.5h。CN1296041提供了一種納米氧化鋅的制備方法，本發(fā)明首先制備氧化鋅晶種，然后將所獲得的晶種加入含鋅溶液中，進(jìn)行異相成核制備前驅(qū)體，再將前驅(qū)體熱處理，從而獲得納米氧化鋅粉體。盡管這些方法都合成了超細(xì)納米ZnO粉體，但是它們都存在能耗大、需要進(jìn)一步焙燒處理、生產(chǎn)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。并且，對(duì)環(huán)境造成一定的污染，使其受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米ZnO粉體的合成方法，原料采用固態(tài)鋅鹽、NaOH或KOH固體堿。將上述材料按一定組分比配料稱重，利用電動(dòng)攪拌器快速攪拌一段時(shí)間，加入適量蒸餾水，洗滌，直到用含3％BaCl2、AgNO3溶液檢測(cè)不到相應(yīng)的SO42-、Cl-等，然后在一定溫度下干燥，即可合成納米級(jí)ZnO粉體材料；其合成工藝包括以下各步驟①將分析純的Zn鹽粉體和NaOH或KOH按摩爾比為1∶2.0～1∶5.0的比例稱量，先將固體強(qiáng)堿放入容器中，然后加入Zn鹽進(jìn)行快速攪拌、混合10～40min，使反應(yīng)完全。
②在上述反應(yīng)物中加入適量水，進(jìn)行稀釋，進(jìn)一步攪拌約3～10min。
③將沉淀物進(jìn)行過(guò)濾、水洗。
④試樣置于烘箱中，在30～60℃下烘干，所得粉體即為本發(fā)明的納米ZnO。
所述固態(tài)鋅鹽包含硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物鹽本發(fā)明的有益效果是采用機(jī)械化學(xué)法合成納米ZnO粉體，相比較以往的一些合成方法，本工藝可以一步合成納米級(jí)ZnO粉體，經(jīng)計(jì)算其一次粒徑約20～80nm。工藝簡(jiǎn)單、參數(shù)易控，無(wú)需后處理，縮短生產(chǎn)周期，并且能耗小，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，副產(chǎn)物可以回收，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)再利用等，易于工業(yè)化生產(chǎn)，是一種比較理想的綠色合成工藝。


圖1為實(shí)施例1ZnO粉的XRD譜圖。
圖2為實(shí)施例2ZnO粉的XRD譜圖。
圖3為實(shí)施例2ZnO粉的微觀形貌圖片
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為一種納米級(jí)ZnO粉體的合成方法。其原料采用固態(tài)鋅的硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物鹽，NaOH或KOH固體堿。將上述材料按一定組分比配料稱重，利用電動(dòng)攪拌器快速攪拌一段時(shí)間，加入適量蒸餾水，洗滌，直到用含3％BaCl2、AgNO3溶液檢測(cè)不到相應(yīng)的SO42-、Cl-等，然后在一定溫度下干燥，即可合成納米級(jí)ZnO粉體材料。其合成工藝包括以下各步驟①將分析純的Zn鹽粉體和NaOH或KOH按摩爾比為1∶2.0～1∶5.0的比例稱量，先將固體強(qiáng)堿放入容器中，然后加入Zn鹽進(jìn)行快速攪拌、混合10～40min，使反應(yīng)完全。
②在上述反應(yīng)物中加入適量水，進(jìn)行稀釋，進(jìn)一步攪拌約3～10min。
③將沉淀物進(jìn)行過(guò)濾、水洗。
④試樣置于烘箱中，在30～60℃下烘干，所得粉體即為本發(fā)明的納米ZnO。
上述制備過(guò)程中的濾液經(jīng)酸中和、蒸發(fā)、干燥后成為副產(chǎn)品回收。
該工藝涉及到下述化學(xué)反應(yīng)(以ZnSO4.7H2O和NaOH為例)(1)(2)(3)下面例舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1按摩爾比1∶2分別稱取分析純ZnSO4.7H2O 28.74g，氫氧化鈉8g，按上述(1)～(4)步驟進(jìn)行樣品制備。將混合料快速攪拌30min，用蒸餾水稀釋后攪拌4min，過(guò)濾、洗滌，直到用3％BaCl2溶液檢測(cè)不到SO42-。然后在50℃下烘干。將烘干樣進(jìn)行X射線衍射分析，如圖1所示，其晶相基本上都是氧化鋅，經(jīng)計(jì)算其一次粒徑約20～80nm。
實(shí)施例2按摩爾比1∶2.5分別稱取分析純硫酸鋅28.74g，氫氧化鈉10g，按上述(1)～(4)步驟制備樣品。將混合料快速攪拌25min，用蒸餾水稀釋后攪拌6min，過(guò)濾、洗滌，直到用3％BaCl2溶液檢測(cè)不到SO42-。然后在60℃下烘干。對(duì)烘干樣進(jìn)行X射線衍射分析，產(chǎn)物基本上都是氧化鋅，如圖2所示。透射電鏡下觀察，樣品粒徑約30～90nm，其微觀形貌圖片如圖3所示。
實(shí)施例3按摩爾比1∶4.0分別稱取分析純氯化鋅13.64g，氫氧化鉀22.4g，按上述(1)～(4)步驟制備樣品。將混合料快速攪拌35min，用蒸餾水稀釋后攪拌8min，過(guò)濾、洗滌，直到用3％AgNO3溶液檢測(cè)不到Cl-。然后在60℃下烘干，對(duì)烘干樣進(jìn)行X射線衍射分析，產(chǎn)物基本上都是氧化鋅。透射電鏡下觀察，樣品粒徑約30～90nm。
實(shí)施例4按摩爾比1∶2.5分別稱取分析純Zn(NO3)2.6H2O 29.75g，氫氧化鈉10.0g，按上述(1)～(4)步驟制備樣品。將混合料快速攪拌20min，用蒸餾水稀釋后攪拌5min，過(guò)濾、洗滌。然后在60℃下烘干，對(duì)烘干樣進(jìn)行X射線衍射分析，與實(shí)施例2相似，產(chǎn)物基本上都是氧化鋅。透射電鏡下觀察，樣品粒徑約20～70nm。
由此可見(jiàn)，利用機(jī)械化學(xué)法，采用固相的鋅鹽和固體NaOH或KOH，控制一定的條件，可以獲得納米ZnO粉體。
權(quán)利要求
1.一種納米ZnO粉體的合成方法，其特征在于將原料固態(tài)鋅鹽、NaOH或KOH固體堿按一定組分比配料稱重，利用電動(dòng)攪拌器快速攪拌一段時(shí)間，加入適量蒸餾水，洗滌，直到用含3％BaCl2、AgNO3溶液檢測(cè)不到相應(yīng)的SO42-、Cl-等，然后在一定溫度下干燥，即可合成納米級(jí)ZnO粉體材料，其合成工藝包括以下步驟①將分析純的Zn鹽粉體和NaOH或KOH按摩爾比為1∶2.0～1∶5.0的比例稱量，先將固體強(qiáng)堿放入容器中，然后加入Zn鹽進(jìn)行快速攪拌、混合10～40min，使反應(yīng)完全；②在上述反應(yīng)物中加入適量水，進(jìn)行稀釋，進(jìn)一步攪拌約3～10min；③將沉淀物進(jìn)行過(guò)濾、水洗；④試樣置于烘箱中，在30～60℃下烘干，所得粉體即為本發(fā)明的納米ZnO。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米ZnO粉體的合成方法，其特征在于所述固態(tài)鋅鹽包含硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物鹽。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于陶瓷材料的一種納米ZnO粉體的合成方法，它是采用機(jī)械化學(xué)法將鋅的硫酸鹽、硝酸鹽及氯化物的鹽與NaOH或KOH混合反應(yīng)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、烘干即得到納米級(jí)ZnO粉。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中基本上處于固態(tài)，只有極少量的原料帶進(jìn)的結(jié)晶水存在，反應(yīng)過(guò)程中放出的大量的熱，使得Zn(OH)
文檔編號(hào)C01G9/00GK1410354SQ0215378
公開(kāi)日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者林元華, 南策文, 鄧元 申請(qǐng)人:清華大學(xué)