專利名稱：一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，由于光催化技術(shù)在日常生活的廣泛應(yīng)用，例如有機(jī)-無機(jī)廢水處理，空氣凈化，紫外激光器等研究，因此許多研究者提出了關(guān)于納米光催化劑的合成制備?，F(xiàn)有光催化劑幾乎都是二氧化鈦納米粉體及其摻雜的衍生復(fù)合物。
納米氧化鋅因?yàn)榫哂斜砻嫘?yīng)、量子尺寸并且無毒、非遷移性、熒光性、導(dǎo)電性、在紅外波段高發(fā)射性等特點(diǎn)，作為一種比較有潛力的光催化劑，納米氧化鋅粉體報(bào)道也逐漸
>曰夕O作為光催化劑，需要在制備過程中形成一定的晶體結(jié)構(gòu)，以提高其光催化性能。在現(xiàn)有的各種制備方法中，固相法雖然高產(chǎn)率，污染少，合成工藝簡(jiǎn)單但合成不均勻，工藝過程無法有效地干預(yù)微觀結(jié)構(gòu)。氣相法合成的顆粒較細(xì)，但工藝復(fù)雜，儀器成本高，一次性投資較大。目前還常用液相法，液相法主要缺點(diǎn)是納米粉體在干燥、熱處理階段均容易產(chǎn)生團(tuán)聚、燒結(jié)。液相法中的溶膠凝膠法，微乳液法，水熱法，沉淀法等，也各存在缺點(diǎn)溶膠凝膠法中有機(jī)溶劑一般有毒，生產(chǎn)周期長；微乳液法制備顆粒分散性差；水熱法顆粒分散均勻、但粒徑較大；沉淀法反應(yīng)不均勻，反應(yīng)過程難以控制。

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，提供一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，它在普通沉淀法基礎(chǔ)上，利用炭黑作為吸附劑，減少了氧化鋅超細(xì)顆粒在干燥和熱處理階段的團(tuán)聚和燒結(jié)，從而使合成的納米粒子的粒徑較小、顆粒均勻、晶型良好，形成比表面積大的超細(xì)氧化鋅納米粉體。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供了一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，所述方法為將粗粉氧化鋅溶于醋酸溶液中，混合到由炭黑-無水乙醇組成的溶劑體系，向混合液中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)PH值，常溫?cái)嚢韬蟮谷敕磻?yīng)釜中，反應(yīng)所得炭黑吸附的沉淀物經(jīng)減壓蒸餾、多次洗滌、干燥和煅燒，得高熱穩(wěn)定性納米氧化鋅粉體。具體制備方法為
(I)按炭黑和無水乙醇質(zhì)量比為(5-7) :40的比例稱取炭黑和無水乙醇，混合攪拌，超聲振蕩l_2h，得混合體系A(chǔ) ；
再按氧化鋅和炭黑質(zhì)量比為(3-5) :20的比例稱量氧化鋅，將氧化鋅溶于醋酸溶液配置成濃度為O. 05-0. lmol/L的醋酸鋅溶液B ；
(2)在常溫下，將混合體系A(chǔ)和醋酸鋅溶液B混合，攪拌30-60min，用氨水調(diào)節(jié)pH值為7-10，得混合體系C ;
(3)將混合體系C在常溫?cái)嚢?0-60min后，倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，溫度150°C _170°C，攪拌8-14h，冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物，經(jīng)多次洗滌、再經(jīng)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。
醋酸溶液的濃度為I mol/L。氨水的質(zhì)量濃度為35%。用氨水調(diào)至混合溶液的pH值為8?；旌象w系A(chǔ)和醋酸鋅溶液B混合，常溫?cái)嚢?0min。`高壓反應(yīng)釜反應(yīng)溫度為150°C。本發(fā)明在醋酸鋅和無水乙醇溶液中加入適當(dāng)?shù)奶亢?，炭黑作為?qiáng)的吸附劑，在高壓反應(yīng)釜中，溫度達(dá)到150°C時(shí)，醋酸鋅在溶液中水解，在反應(yīng)過程中一旦形成Zn(OH)JX淀，被炭黑吸附，形成炭黑吸附的納米Zn(OH)2體系，阻止Zn(OH)2沉淀繼續(xù)長大；在焙燒過程中，當(dāng)溫度升高到400°C時(shí)，炭黑吸附的Zn(OH)2失水，逐漸形成炭黑吸附ZnO納米粉末，此時(shí)炭黑未被氧化，防止了 ZnO納米粉末的團(tuán)聚；當(dāng)溫度升高到500°C以前，炭黑還未被氧化，進(jìn)一步阻止ZnO納米粉末的燒結(jié)；當(dāng)溫度升高到600°C時(shí)，炭黑已被氧化，生成分散均勻的ZnO納米粉末，減少了在高溫條件下ZnO納米粉末的燒結(jié)。因而，本發(fā)明采用炭黑吸附水解法，在普通沉淀法基礎(chǔ)上，利用炭黑作為吸附劑，減少了氧化鋅超細(xì)顆粒在干燥和熱處理階段的團(tuán)聚和燒結(jié)，從而使合成的納米粒子的粒徑較小、顆粒均勻、晶型良好，形成比表面積大的超細(xì)氧化鋅納米粉體。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)率高，得到的產(chǎn)品結(jié)晶度高，比表面積大，粒徑小，團(tuán)聚少，光催化性能好。


圖I為具體實(shí)施例I所得炭黑吸附水解法制得氧化鋅前驅(qū)體經(jīng)600°C焙燒2h后的TEM 圖。圖2為具體實(shí)施例I所得炭黑吸附水解法制得氧化鋅前驅(qū)體經(jīng)600°C焙燒2h后的XRD 圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
Cl)量取炭黑2. 5g，加入20ml無水乙醇中，超聲振蕩Ih進(jìn)行預(yù)處理，得炭黑混和液；再量取粗粉氧化鋅O. 5g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成60ml濃度為O. lmol/L醋酸鋅溶液。(2)將炭黑混和液與醋酸鋅溶液混合，緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為8.
(3)常溫?cái)嚢?0min，然后倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在150°C，攪拌8h后冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物，經(jīng)多次洗滌后，在80°C的條件下干燥5h，研磨后以10°C/min的升溫速度升溫至600°C焙燒2h，制得粒徑約20nm的氧化鋅粉體。
實(shí)施例2
(I)量取炭黑6g，加入30ml無水乙醇中，超聲振蕩2h進(jìn)行預(yù)處理，得炭黑混和液；再量取粗粉氧化鋅O. 9g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成150ml濃度為O. 075mol/L醋酸鋅溶液。(2)將炭黑混和液與醋酸鋅溶液混合，緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為7 ;
(3)常溫?cái)嚢?0min，然后倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在160°C，攪拌IOh后冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物經(jīng)，多次洗滌后，在100°C的條件下干燥3h，研磨后以15°C /min的升溫速度升溫至500°C焙燒4h，制得粒徑約28nm的氧化鋅粉體。實(shí)施例3
(I)量取炭黑5g，加入40ml無水乙醇中，超聲振蕩I. 5h進(jìn)行預(yù)處理，得炭黑混和液；再 量取粗粉氧化鋅O. 125g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成濃度為O. 09 mol/L醋酸鋅溶液。(2)將炭黑混和液與醋酸鋅溶液混合，緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為9 ;
(3)常溫?cái)嚢?0min，然后倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在170°C，攪拌12h后冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物經(jīng)，多次洗滌后，在100°C的條件下干燥3h，研磨后以20°C /min的升溫速度升溫至700°C焙燒4h，制得粒徑約25nm的氧化鋅粉體。實(shí)施例4
(I)量取炭黑7g，加入40ml無水乙醇中，超聲振蕩2h進(jìn)行預(yù)處理，得炭黑混和液；再量取粗粉氧化鋅O. 175g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成濃度為O. lmol/L醋酸鋅溶液。(2)將炭黑混和液與醋酸鋅溶液混合，緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為10 ;
(3)常溫?cái)嚢?0min，然后倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在150°C，攪拌14h后冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物經(jīng)，多次洗滌后，在100°C的條件下干燥3h，研磨后以10°C /min的升溫速度升溫至800°C焙燒4h，制得粒徑約35nm的氧化鋅粉體。本發(fā)明在反應(yīng)液中加入適當(dāng)?shù)奶亢?，作為?qiáng)的吸附劑，溶液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、干燥時(shí)的團(tuán)聚，減少焙燒階段的燒結(jié)。效果
本發(fā)明實(shí)施例I制得的納米氧化鋅，由圖I、圖2可知，炭黑吸附高溫沉淀法制得氧化鋅前驅(qū)體經(jīng)600°C焙燒2h后得到的氧化鋅納米粉體，粒徑約20nm左右。本發(fā)明制得的納米氧化鋅，結(jié)晶度高，比表面積大，粒徑小，采用炭黑吸附法生產(chǎn)成本低，便于進(jìn)行大規(guī)模納米氧化鋅的生產(chǎn)。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
1.一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，所述方法為將粗粉氧化鋅溶于醋酸溶液中，混合到由炭黑-無水乙醇組成的溶劑體系，向混合液中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)PH值，常溫?cái)嚢韬蟮谷敕磻?yīng)釜中，反應(yīng)所得炭黑吸附的沉淀物經(jīng)減壓蒸餾、多次洗滌、干燥和煅燒，得高熱穩(wěn)定性納米氧化鋅粉體。
2.如權(quán)利要求I所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，具體制備 方法為 (1)按炭黑和無水乙醇質(zhì)量比為(5-7):40的比例稱取炭黑和無水乙醇，混合攪拌，超聲振蕩l_2h，得混合體系A(chǔ) ； 再按氧化鋅和炭黑質(zhì)量比為(3-5) :20的比例稱量氧化鋅，將氧化鋅溶于醋酸溶液配置成濃度為O. 05-0. lmol/L的醋酸鋅溶液B ； (2)在常溫下，將混合體系A(chǔ)和醋酸鋅溶液B混合，攪拌30-60min，用氨水調(diào)節(jié)pH值為7-10，得混合體系C ; (3)將混合體系C在常溫?cái)嚢?0-60min后，倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，溫度150°C _170°C，攪拌8-14h，冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物，經(jīng)多次洗滌、再經(jīng)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所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，醋酸溶液的濃度為I mol/L。
4.如權(quán)利要求3所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，氨水的質(zhì)量濃度為35%。
5.如權(quán)利要求4所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，用氨水調(diào)至混合溶液的PH值為8。
6.如權(quán)利要求5所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，混合體系A(chǔ)和醋酸鋅溶液B混合，常溫?cái)嚢?0min。
7.如權(quán)利要求6所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，高壓反應(yīng)釜反應(yīng)溫度為150°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種炭黑吸附水解法制備納米氧化鋅的方法，將粗粉氧化鋅溶于醋酸溶液中，混合到由炭黑-無水乙醇組成的溶劑體系，向上述混合液中緩慢滴加氨水，調(diào)節(jié)pH，常溫?cái)嚢韬蟮谷敕磻?yīng)釜中，反應(yīng)所得炭黑吸附的沉淀物經(jīng)減壓蒸餾、多次洗滌、干燥和煅燒，得高熱穩(wěn)定性納米氧化鋅粉體。本發(fā)明在普通沉淀法基礎(chǔ)上，利用炭黑作為吸附劑，減少了氧化鋅超細(xì)顆粒在干燥和熱處理階段的團(tuán)聚和燒結(jié)，具有工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)率高的特點(diǎn)，得到的產(chǎn)品結(jié)晶度高，比表面積大，粒徑小，團(tuán)聚少，光催化性能好。
文檔編號(hào)C01B9/02GK102874758SQ201210363048
公開日2013年1月16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)明者郭貴寶, 馬雪蓮, 安勝利, 介瑞華 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)