纳米ZnO 的制备方法.doc

纳米ZnO的制备方法
王少艳

一、液相沉淀法
1、化学试剂和仪器
ZnCl2(AR),NH4OH,CH3(CH2)2CH2OH(AR),C2H5OH(AR),DBS-Na(CP).
搅拌器
2、实验方法
取ZnCl2加入二次水加热80℃溶解配制成溶液,此溶液为A液,再取等当量的111倍NH4OH加入少量C2H5OH及DBS-Na,配置成B溶液.在大烧杯内,在搅拌条件下让A溶液和B溶液混合,适当控制反应时间,生成白色沉淀,测定pH=7.沉淀物经洗涤、过滤后,进行CH3(CH2)2CH2OH共沸蒸馏、烘干,在550℃下煅烧2h。
二、溶胶凝胶法
1、试剂与仪器
草酸为化学纯;氧化锌为基准试剂;无水乙醇、柠檬酸、乙酸锌、乙醇、丙酮、柠檬酸三铵均为分析纯。
9422型定时恒温磁力搅拌器;ZK282A型真空干燥器;SX224210型箱形电阻炉;
2、实验方法
1）乙酸锌+柠檬酸系列乙酸锌水溶液滴加柠檬酸无水乙醇溶液,成白色溶胶;磁力搅拌,成白色凝胶;加热到70～80℃,溶剂蒸发,得白色干凝胶;烘箱中干燥20h左右,得白色干胶;研磨,得白色粉末;600℃热处理2h,体积明显减小,得微灰粉末。
2）乙酸锌+柠檬酸三铵系列柠檬酸三铵固体在搅拌下加入乙酸锌水溶液中,70～80℃水浴保温5min,成透明溶液;滴加无水乙醇,搅拌,保温10min,成白色溶胶状;滴加硝酸,搅拌,成微黄溶液,70～80℃水浴保温4h,成黄色凝胶;烘箱中干燥20h左右,得黄色干胶;热处理2h,得蓬松微灰粉末。
三、均匀沉淀法
1、反应机理
本实验以尿素为沉淀剂,与锌的含氧酸盐反应。反应过程如下。
1）尿素的水解反应:
△
CO(NH2)2+3H2O2NH3·H2O+CO2↑2）OH-的生成:
NH3·H2O=NH4++OH-
3）CO32-的生成:
2NH3·H2O+CO2=2NH4++CO32-
4）形成中间产物碱式碳酸锌:
3Zn2++CO32-+4OH-+H2O=ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓
5）煅烧得产物ZnO:
ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O=3ZnO+3H2O↑+CO2↑
2实验部分
1）主要试剂和仪器
中国产高压反应釜;日本产RigakuD/max-Ⅲ型X射线衍射仪,Cu靶,λ=0.15418nm。所有试剂均为分析纯。
2）工艺流程及方法
称取一定比例关系的尿素与锌的含氧酸盐,各放入50mL蒸馏水,搅拌使之溶解,混合、过滤除杂。将滤液移入高压反应釜内加热,控制一定温度,反应一定时间。反应结束后,沉淀物冷却,过滤,洗涤。将沉淀物于烘箱中110℃烘干2h,再于马弗炉内350℃煅烧3h,产品密封保存。
工艺流程如下图。
纳米ZnO

前驱体沉淀
Zn2+盐溶液+尿素
混合液

过滤升温抽滤、洗涤
除杂反应烘干煅烧
四、水热法
1、仪器和药品
硫酸锌、氨水,丙三醇(甘油)等均为国产分析纯试剂,酸性黑234为市售工业品,全部实验用水为二次蒸馏水.
主要仪器是实验室合成设备如1000mL高压反应釜.
2、纳米ZnO的合成
与在水热条件下合成纳米BaTiO3基固溶体相类似,取适量ZnSO4·7H2O溶于300mL二次去离子水中,得到澄清的溶液.用1∶1氨水调pH=7得到白色浆状物,过滤,洗去SO42-.将滤饼调成浆,在180℃,1MPa压力下进行脱水、结晶反应,4～6h后停止,经过滤、洗涤、烘干,得纳米ZnO粉末.
还有另一种改良的方法，即在指定温度保温一定时间后，打开放气阀，然后降温，就能得到ZnO纳米粉。这种放气水热法的操作程序如下：放压热水法用的高压釜由衬银管的不锈钢制成，釜的容积为213mL，直径30mm，釜的顶部装有一个放气阀和一块气压表，试验用的前置液浓度为0.5mol/L~1mol/L的乙酸锌(Zn(CH3COO)2)，试验时釜中的装入量约为高压釜容积的70%。选择的反应温度从160℃~250℃，且没有温度梯度；把釜升温至要求的温度，并在恒温下保持1h之后，立即打开放气阀，直至完全反应；最后，切断高压釜的电源，使高压釜冷却至室温；然后，将所得产物用水洗净，过滤和烘干。