沉淀法制备纳米ZnO

设计性实验 2 沉淀法制备纳米 ZnO摘 要：本实验以Zn （N0）2 6H0和NHHCO为原料，聚乙二醇（PEG6O0为模板，采用 直接沉 淀法制备纳米氧化锌，并计算产率和晶粒尺寸，讨论影响纳米 ZnO 晶粒大小的 影响因素。 关键词:纳米氧化锌；直接沉淀法；产率；晶粒尺寸1. 直接沉淀发制备纳米 Zn0 的理论基础 氧化锌俗称锌白，常作白色颜料，是一种重要的工业原料，它广泛应用于涂料、 橡胶、陶瓷、玻璃等多种工业。纳米氧化锌与普通氧化锌相比显示出诸多特殊性能， 如:压电性、荧光性、非迁移性、吸收和散射紫外线能力等，因而其用途大大扩展，如 可用于压敏材 料、压电材料、荧光体、化妆品、气体传感器、吸湿离子传导温度计、 图象记录材料、磁性材料、紫外 线屏蔽材料、高效催化剂和光催化剂。国内外专家学 者一致认为，纳米氧化锌必将逐步取代传统的氧化 锌系列。纳米材料是指晶粒（或组成相）在任一维的尺寸小于100nm的材料，是由粒径尺寸介于1 10Onm之 间的超细微粒组成的固体材料， 按空间形态可分为一维纳米丝、 二维纳米 膜和三维纳米粒。纳米材料的制备方法分类如下表:纳米材料类别化学法物理法综合法纳米粉体沉淀法（共沉淀、均相沉淀）化学气相 凝聚（CVC水热法相转移法溶胶一凝胶法惰性气体沉积法蒸 发法激光溅射法真空蒸 馏法等离子蒸发法 球磨法爆炸法喷雾 法溶剂蒸发法辐射化学合成法纳米膜材料溶胶一凝胶法电沉积法还原法惰性气体蒸发法高速粒子沉积法激光溅射法超声沉淀法纳米晶体和纳米块非晶晶化法球磨法原位加压法固相淬火法激光化学反应法无机一有机杂化纳米材料原位聚合法插层法共混法辐射化学反应法纳米高分子材乳液法天然高分子法超微乳法悬浮法液中干燥法纳米微囊高分子包裹法乳液法超声分散法注入法 薄膜分散法冷冻干 燥法逆向蒸发法高分子包裹一超声 分散法注入超声分散法纳米组装材料纳米结构自组织合成 纳米结构分子自组 织合成模板法合成溶胶一凝胶法化学气相沉积法电化学沉积法本实验采用化学沉淀法里的直接沉淀法制备纳米 ZnQ 直接沉淀法的原理是在可溶 性锌盐溶液中加入沉淀 剂后，于一定条件下生成沉淀从溶液中析出，将阴离子洗去， 经分离、干燥、热处理后，得到纳米氧化锌。该方法操作简单，对设备和技术要求不 太苛刻，产品纯度 咼，不易引入杂质，成本低。X-射线衍射仪可以利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构，织构及应力，精确的进行物相分析, 定性分析，定量分析利用谢乐公式：De = 0.89入/(B cos 0 )(入为X射线波长,B为衍射峰半高宽,0为衍射角)，根据粉体X-射线衍射图可以得到相关数据，计 算得到粒子的尺寸。2. 实验2.1 实验药品及仪器Zn(NO) 6HO NHHCO聚乙二醇(PEG600、无水乙醇、去离子水32烘箱、500ml烧杯、250ml烧杯两个、玻璃棒、PH计、马弗炉、X射线衍射仪，胶 头滴管。2.2制备原理及实验步骤配制0.8mol/l的聚乙二醇(PEG600溶液，称取238g的Zn(NO3)2-6H2O溶于100ml去离子322水，并加入1g上述配制的聚乙二醇(PEG600溶液。称取316g NMHCO定容 至200ml配制成2.0mol/l的溶液。然后将NHHCO容液缓慢滴加到锌盐溶液中。调节反应体系的终点PH值为7.5将 所得的沉淀物减压抽滤，用1mol/L的NHHCO容液无水乙醇分别洗涤3次，60-80 C烘干后放于马弗 炉400C煅烧2h，即得纳米ZnO粉体。主要反应历程如下：Zn 2+2CAZnCO(J)+COT+HOZnC3ZnO+CO(T)3. 结果与分析3.1 终点 PH=7.453.2 称量，计算产率m =6.512g 理论m 5.21g实际产率=m实际/ m理论X 100%=80.00%3.3X 射线物相测定60031.6&003208001604II- ii- iii3 1i-+ii36.08, 634730652-Theta6Peak Search Report (9 Peaks, Max P/N = 36.8)PEAK: 55-pts/Parabolic Filter, Threshold=3.0, Cutoff=0.1%, BG=31.0, Peak-Top=Summit3.4产品X-射线衍射数据：2-Thetad(A)BGHeightI%AreaI%FWHMXS(A)31.6782.8222317390566.69201043.70.40121634.3382.6094412279647.76066428.80.36923836.0812.48724835864100.0210339100.00.61014047.4401.914917898916.92781413.20.47818656.5001.6274193216837.05645926.80.44321062.7221.4801221152226.04056519.30.45321166.3421.40782052193.752892.50.41123968.9791.3603242136223.24728322.50.59016567.8991.379316174212.7176228.40.404248晶粒尺寸D=O89 入/ p COS式中:D为晶粒度；入为 X 射线的波长：S 为衍射角；S =36.081 /2=18.0405 B = 0.61 =1.065 X 10 r-2ad-2D=0.89X1.5406?/（1.065X 10-2radX cos18.0405）=13.545nm3.4 分析由以上结果可知，纳米 ZnO 的产率是 80.00%,有点偏低，而且纳米颗粒较小。分 析可能的原因是 （ 1）试剂在实验过程中经几步转移，这其中会有一部分损失。 （ 3 ）抽 滤时因为纳米 ZnO 颗粒较 小，而所铺滤纸层数不够，致使少量纳米 ZnO 颗粒透过滤纸 而进入母液中。（2）化学沉淀法中采用二步法，前驱物大多为胶状物，存在阴离子洗涤与去除的问 题 ； 沉淀剂易作为杂质混入 ； 沉淀过程中各种成分可能发生偏析， 水洗时部分沉淀物易发生溶 解 ： 合成的纳米氧化锌有团聚现象。（ 4）该方法由于沉淀 剂直接加入，而来不及扩散，造成局部溶度过高，使溶液中同时进行着均相成核与非 均相成核作用，造成合成出的纳米氧化锌粒径分布宽。影 响 X 射线衍射仪测量的准确 性。 （ 5）煅烧温度的影响：煅烧温度和时间也影响产品氧化锌的粒径 ,煅 烧温度与时间 过低、过短,则煅烧不完全 ,产品的纯度不够 ； 而煅烧温度过高 ,煅烧时间越长 ,得到的 粒 径越大。我们的沉淀放入烘箱的是较短，可能并没有全部烘干，或者没有达到所需的 水平，导致最后 粒径较小。 （ 6）聚乙二醇的影响： 加入一定量的高分子聚合物有利于 形成溶胶，使之得到较好的分 散。微粒表面吸附了一层高分子聚合物后，即形成了一 层保护膜，由于空间阻位作用，抑制微粒进一步 长大，很好地控制了合成粒子的大小。粒子较小可能跟所加聚乙二醇（PEG600的加入量有关。（7） 溶液终点 PH 值对粒子本 身的形貌有影响。4. 结论参考文献1 汤国虎 均相沉淀法合成纳米氧化锌的研究，成都理工大学学位论文， 2004.52 王振希等，直接沉淀法制备纳米氧化锌工艺研究，南昌大学化学工程系。3 雷闫盈 李晓娥 祖 庸，西安大学化工系，西安 7100964 徐燕莉编 . 表面活性剂的功能北学工业出版社， 2000.065 沈文霞等，物理化学第五版下册，高等教育出版社， 2005.07