專利名稱：一種微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米氧化鋅是一種新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品。納米級(jí)ZnO具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)等，與普通ZnO相比，表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì)，如無毒、非遷移性、熒光性、壓電性、導(dǎo)電性等，以及在可見光范圍內(nèi)透明、在紅外波段高反射率等特性。因而，利用氧化鋅半導(dǎo)體光敏理論，納米氧化鋅可作為高效光催化劑，用于降解廢水中有機(jī)污染物，
凈化環(huán)境。為了提高氧化鋅的光催化活性，必須使ZnO粒徑小、比表面積大、表面原子多，光吸收率大大提高，吸附能力強(qiáng)，吸附的HO —、水分子、02—增多，含氧小分子活性物種也會(huì)隨之增加，可提高反應(yīng)效率。同時(shí)，由于納米ZnO的氧化還原電位也發(fā)生變化，由光激發(fā)而產(chǎn)生的價(jià)帶空穴具有更正的電位，導(dǎo)帶電子具有更負(fù)的電位，因而氧化還原能力增強(qiáng)。目前常用微乳液法制備氧化鋅納米微粒，該方法主要以W/0型微乳液的水核作為沉淀反應(yīng)的微反應(yīng)器，是通過制備兩種微乳液，一種含有鋅鹽離子，另一種含有沉淀劑，將這兩種乳液混合在一起，將微乳液中的微小水池作為反應(yīng)器從而得到納米ZnO的前驅(qū)體。但在混合過程難免產(chǎn)生一定的濃度梯度，致使微乳液中不同區(qū)域沉淀反應(yīng)的進(jìn)程不同步，合成的納米粒子粒徑分布變寬，制得的氧化鋅顆粒在干燥、焙燒階段都容易產(chǎn)生團(tuán)聚、燒結(jié)，合成的納米粒子的粒徑增大。如何以簡單的制備方法得到顆粒均勻、晶型良好、比表面積大的超細(xì)氧化鋅粉體、并避免在干燥、熱處理階段的團(tuán)聚，是人們長期以來尋求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法，它以簡單的制備方法得到了顆粒均勻、晶型良好、比表面積大的超細(xì)氧化鋅粉體，并避免了在干燥、熱處理階段的團(tuán)聚。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供了一種微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法，將氨水溶液配成的環(huán)己烷微乳液體系滴加到由氯化鋅和炭黑組成的環(huán)己烷微乳液體系中，混合常溫?cái)嚢韬螅M(jìn)行沉淀反應(yīng)，所得炭黑吸附的沉淀物，經(jīng)減壓蒸餾、多次洗滌、干燥、研磨和煅燒，得高熱穩(wěn)定性納米氧化鋅。具體制備方法為(I)將氧化鋅溶解于O. 05mol/L^0. 15 mol/L鹽酸溶液中，配制成O. 05mol/L O. ImoI/L的氯化鋅溶液A ；(2)將O.6^0. 8 g的十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于190mL 230mL環(huán)己烷制成溶液
B ；
量取5mL、mL溶液A加入溶液B中，攪拌，同時(shí)滴加7mL 10mL正丁醇至溶液B由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液，再按炭黑和加入環(huán)己烷溶液B中氯化鋅摩爾數(shù)比為(3 4):1的比例量取炭黑，將炭黑加入溶液B中，繼續(xù)攪拌、超聲波震蕩f2h得混合體系C ；
(3)將O.6^0. 8g十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于190mL 230mL環(huán)己烷中，滴加氨水溶液8mL 12mL，同時(shí)滴加7mL 10mL正丁醇至環(huán)己烷體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液D ；
(4)將混合體系C與微乳液D混合,攪拌4(T60min,抽濾,然后分別用水和無水乙醇洗漆多次，得炭吸附沉淀物，經(jīng)洗滌、干燥和研磨后以10 20°C /min的升溫 速度升溫至500 800°C焙燒2 4h，得高熱穩(wěn)定性納米氧化鋅。鹽酸濃度為O. lmol/Lo炭黑和加入環(huán)己烷溶液中氯化鋅摩爾數(shù)比為3 :1。氨水的重量濃度為35%。本發(fā)明由于在待沉淀離子的微乳液中加入適當(dāng)?shù)奶亢?，然后添加含有沉淀劑的另一種微乳液進(jìn)行混合，形成的Zn(OH)2細(xì)粉被炭黑吸附，一方面阻止了超細(xì)顆粒在沉淀、干燥階段產(chǎn)生團(tuán)聚；另一方面，干燥后的混合物當(dāng)溫度升高到300°C時(shí)，Zn(OH)2粉體分解已形成ZnO納米粉體,此時(shí)炭黑未被氧化，防止了 ZnO納米粉體在焙燒階段的燒結(jié)。ZnO納米粉體實(shí)際上是微乳液和炭吸附耦合的“濕”過程與“干”過程相結(jié)合的產(chǎn)物，有望合成出具有較小粒徑和較集中粒徑分布的粒子，解決了利用微乳液方法制備納米級(jí)氧化鋅的團(tuán)聚和燒結(jié)問題。本發(fā)明效果為本發(fā)明在微乳液中加入適量的炭黑，作為強(qiáng)的吸附劑，在微反應(yīng)器中一旦形成納米顆粒，被炭黑吸附，阻止了超細(xì)顆粒在沉淀、干燥、焙燒階段產(chǎn)生團(tuán)聚。采用微乳液炭吸附沉淀法得到的氧化鋅納米粉體，600°C焙燒3 h后得到的粉體粒徑約20nm左右。微乳液炭吸附沉淀法生產(chǎn)成本低，便于進(jìn)行大規(guī)模納米氧化鋅的生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明具體實(shí)施方式
所得微乳液炭黑吸附沉淀法合成氧化鋅前驅(qū)體經(jīng)600°C焙燒3 h后的XRD 圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式
所得微乳液炭黑吸附沉淀法合成氧化鋅經(jīng)600°C焙燒3 h后的TEM圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
(1)將O.136 g氯化鋅溶解于O. I mol/L鹽酸溶液中，配制成濃度為O. lmol/L的氯化鋅溶液10 mL，得溶液A ;
(2)將O.6 g的十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于200mL環(huán)己烷中得溶液B，量取5mL溶液A，緩慢加入溶液B中，攪拌，同時(shí)滴加7 mL正丁醇至體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液，再量取炭黑O. 024 g，加入環(huán)己烷體系中，繼續(xù)攪拌、超聲波震蕩共2h得混合體系C ；
(3)將O.6g十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于200mL環(huán)己烷中，滴加用濃氨水配成濃度為O. 3 mol/L的氨水溶液8ml,同時(shí)滴加7 mL正丁醇至體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液D ;
(4)將混合體系C與微乳液D混合，攪拌50min，用布氏漏斗抽濾，然后分別用去離子水和無水乙醇洗滌多次，得炭吸附沉淀物，經(jīng)洗滌、干燥和研磨后，以15°C /min的升溫速度升溫至600°C焙燒3h，制得納米氧化鋅。
實(shí)施例2
(1)將O.34 g氯化鋅溶解于O. 05mol/L鹽酸溶液中，配制成O. 05mol/L的氯化鋅溶液50 mL，得溶液A ;
(2)將O.7 g的十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于190mL環(huán)己烷中得溶液B，量取7mL溶液A，緩慢加入溶液B中，攪拌，同時(shí)滴加8 mL正丁醇至體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液，再量取炭黑O. 0168 g，加入環(huán)己烷體系中，繼續(xù)攪拌、超聲波震蕩共2h得混合體系C ；
(3)將O.7g十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于190mL環(huán)己烷中，滴加用濃氨水配成濃度為O. 3 mol/L的氨水溶液8ml,同時(shí)滴加8 mL正丁醇至體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液D ；
(4)將混合體系C與微乳液D混合，攪拌60min，用布氏漏斗抽濾，然后分別用去離子水和無水乙醇洗滌多次，得炭吸附沉淀物，經(jīng)洗滌、干燥和研磨后，以10°C /min的升溫速度升溫至500°C焙燒2h，制得高熱穩(wěn)定性納米氧化鋅。實(shí)施例3
(1)將O.109 g氯化鋅溶解于O. I mol/L鹽酸溶液中，配制成IOml O. 08mol/L的氯化鋅溶液，得溶液A ;
(2)將O.8 g的十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于210mL環(huán)己烷中得溶液B，量取8mL溶液A，緩慢加入溶液B中，攪拌，同時(shí)滴加9 mL正丁醇至體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液，再量取炭黑O. 0307 g，加入環(huán)己烷體系中，繼續(xù)攪拌、超聲波震蕩共2h得混合體系C ；
(3)將O.Sg十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于210mL環(huán)己烷中，滴加用濃氨水配成濃度為O. 3 mol/L的氨水溶液9 ml,同時(shí)滴加9 mL正丁醇至體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液D ；
(4)將混合體系C與微乳液D混合，攪拌40min，用布氏漏斗抽濾，然后分別用去離子水和無水乙醇洗滌多次，得炭吸附沉淀物，經(jīng)洗滌、干燥和研磨后，以10°C /min的升溫速度升溫至700°C焙燒2h，制得納米氧化鋅。實(shí)施例4
(1)將O.511 g氯化鋅溶解于O. I mol/L鹽酸溶液中，配制成O. 075mol/L的氯化鋅溶液50 mL，得溶液A ;
(2)將0.8 g的十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于230mL環(huán)己烷中得溶液B，量取9mL溶液A，緩慢加入溶液B中，攪拌，同時(shí)滴加10 mL正丁醇至體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液，再量取炭黑O. 0324 g，加入環(huán)己烷體系中，繼續(xù)攪拌、超聲波震蕩共2h得混合體系C ；
(3 )將O. Sg十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于230mL環(huán)己烷中，滴加用濃氨水配成濃度為O. 3 mol/L的氨水溶液12 ml,同時(shí)滴加10 mL正丁醇至體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液D ；
(4)將混合體系C與微乳液D混合，攪拌60min，用布氏漏斗抽濾，然后分別用去離子水和無水乙醇洗滌多次，得炭吸附沉淀物，經(jīng)洗滌、干燥和研磨后，以20°C /min的升溫速度升溫至800°C焙燒2h，制得納米氧化鋅。本發(fā)明在微乳液中加入適量的炭黑，作為強(qiáng)的吸附劑，在微反應(yīng)器中一旦形成納 米顆粒，被炭黑吸附，阻止了超細(xì)顆粒在沉淀、干燥、焙燒階段產(chǎn)生團(tuán)聚。效果
本發(fā)明實(shí)施例I制得的納米氧化鋅，由圖I可知，在600°c高溫條件下熱處理后，得到良好晶型的納米氧化鋅粉體。同時(shí)，由圖2可知，制得的納米氧化鋅，粒徑約18nm，比表面積為80. 6 m2/g。說明采用微乳液炭黑吸附沉淀法，制得的納米氧化鋅，結(jié)晶度高，比表面積大，粒徑小，便于進(jìn)行大規(guī)模納米二氧化鋅的生產(chǎn)。最后應(yīng)說明的是顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法，其特征在于，將氨水溶液配成的環(huán)己烷微乳液體系滴加到由氯化鋅和炭黑組成的環(huán)己烷微乳液體系中，混合常溫?cái)嚢韬?，進(jìn)行沉淀反應(yīng)，所得炭黑吸附的沉淀物，經(jīng)減壓蒸餾、多次洗滌、干燥、研磨和煅燒，得高熱穩(wěn)定性納米氧化鋅。
2.如權(quán)利要求I所述的微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法，其特征在于，具體制備方法為(I)將氧化鋅溶解于O. 05mol/L^0. 15 mol/L鹽酸溶液中，配制成O.05mol/L O. lmol/L的氯化鋅溶液A ; (2)將O.6^0. 8 g的十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于190mL 230mL環(huán)己烷制成溶液B ； 量取5mL、mL溶液A加入溶液B中，攪拌，同時(shí)滴加7mL 10mL正丁醇至溶液B由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液，再按炭黑和加入環(huán)己烷溶液B中氯化鋅摩爾數(shù)比為(3 4):1的比例量取炭黑，將炭黑加入溶液B中，繼續(xù)攪拌、超聲波震蕩f2h得混合體系C ； (3)將O.6^0. 8g十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶于190mL 230mL環(huán)己烷中，滴加氨水溶液8mL 12mL，同時(shí)滴加7mL 10mL正丁醇至環(huán)己烷體系由乳白色不透明乳狀液轉(zhuǎn)為無色澄清穩(wěn)定微乳液D ； (4)將混合體系C與微乳液D混合,攪拌40 60min,抽濾,然后分別用水和無水乙醇洗滌多次，得炭吸附沉淀物，經(jīng)洗滌、干燥和研磨后以10 20°C /min的升溫速度升溫至500 800°C焙燒2 4h，得高熱穩(wěn)定性納米氧化鋅。
3. 如權(quán)利要求2所述的微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法，其特征在于，鹽酸濃度為O. lmol/L。
4.如權(quán)利要求3所述的微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法，其特征在于，炭黑和加入環(huán)己烷溶液中氯化鋅摩爾數(shù)比為3 :1。
5.如權(quán)利要求4所述的微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法，其特征在于，氨水的重量濃度為35%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微乳液炭黑吸附沉淀法納米氧化鋅合成的方法，以氯化鋅、炭黑、氨水為原料，將氨水溶液配成的環(huán)己烷微乳液體系滴加到由氯化鋅和炭黑組成的環(huán)己烷微乳液體系中，混合常溫?cái)嚢韬?，進(jìn)行沉淀反應(yīng)，所得炭黑吸附的沉淀物經(jīng)減壓蒸餾、多次洗滌、干燥、研磨和煅燒，得高熱穩(wěn)定性納米氧化鋅。本發(fā)明反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)率高，能在一定程度上阻止超細(xì)氧化鋅團(tuán)聚、燒結(jié)，得到的產(chǎn)品結(jié)晶度高，比表面積大，粒徑小，光催化性能好。
文檔編號(hào)C01G9/02GK102838159SQ201210362548
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者王震平, 郭貴寶, 安勝利, 介瑞華 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)