一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种石化化工类精细化学品的生产方法，特别涉及一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺。该工艺过程是在分散剂白炭黑表面及其孔隙表面均匀种植碱式碳酸锌膜，并经分散处理，然后在动态煅烧炉内煅烧活化制得纳米氧化锌。该生产工艺产能高，最终产品纳米氧化锌不仅尺寸和性质稳定，晶粒发育完整，粒径小且分布均匀，团聚程度小，活性超高，分散性好。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺
本专利技术涉及一种石化化工类精细化学品的生产方法，特别涉及一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺。
技术介绍
纳米氧化锌是一种多功能、高附加值的新型精细无机化工产品。其粒径介于1-100纳米之间，又称为超微细氧化锌。由于晶粒的细微化，比表面积急剧增加，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来的研究发现它在催化、磁、光、电、化学、物理学、生物、敏感性等方面具有一般氧化锌产品所无法比拟的特殊性能和新用途。在橡胶、涂料、油墨、颜(填)料、催化剂、高档化妆品以及医药等领域展现出广阔的应用前景。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，研发纳米氧化锌已经成为了许多科技人员关注的焦点。纳米氧化锌产品活性高，具有抗红外、紫外线和杀菌的功能。已被广泛应用于防晒型化妆品、抗菌防臭和抗紫外线的新型功能纤维、自洁抗菌玻璃、陶瓷、防红外、紫外线的屏蔽材料、卫生洁具、污水处理和光催化剂材料等产品中。纳米氧化锌还是橡胶工业中最有效的无机活性剂和硫化促进剂。其在橡胶中应用，具有硫化速度快，反应温域宽，转化为硫化锌的转化率高等特点。可提高橡胶制品的光洁度、机械强度、耐温性和耐老化性能，特别是提高其耐磨性能等。实践表明，纳米氧化锌在这些方面应用与普通氧化锌比较毫不逊色，更因其表面活性大而可以实现减量配用，进而降低成本。纳米氧化锌应用于高档油漆、油墨、涂料、塑料中，能大大提高产品遮盖力和着色力；在陶瓷工业中用作乳蚀釉料的助熔剂。此外，纳米氧化锌还可广泛应用于电缆、造纸、医药、印染、颜料和国防等行业。制备纳米氧化锌超微粉的方法主要分物理法和化学法。其中，化学法是最常用的方法。以下对各方法进行阐述。1.物理法物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。机械粉碎法是采用特殊的机械粉碎、电火花爆炸等技术，将普通级别的氧化锌粉碎至超细。其中张伟等人利用立式振动磨制备纳米粉体，得到了 0^1203、2110、1^103等超微粉，最细粒度达到0.111111。此法虽然工艺简单，但却具有能耗大，产品纯度低，粒度分布不均匀，研磨介质的尺寸和进料的细度影响粉碎效能等缺点。最大的不足是该法得不到1-1OOnm的粉体，因此工业上并不常使用此方法。而深度塑性变形法是使原材料在净压作用下发生严重塑性形变，使材料的尺寸细化到纳米量级。这种独特方法最初是由Islamgaliev等人于1994年初发展起来的。该方法制得的氧化锌粉体纯度高、粒度可控，但对生产设备的要求却很高。总的说来，物理法制备纳米氧化锌存在着耗能大，产品粒度不均匀甚至达不到纳米级，产品纯度不高等缺点，工业上不常采用，其发展前景也不大。2.化学法化学法具有成本低，设备简单，易放大进行大规模工业化生产等特点。主要分为溶胶-凝胶法、醇盐水解法、直接沉淀法、均匀沉淀法等。2.1溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法制备纳米粉体的工作开始于20世纪60年代。近年来，用此法制备纳米微粒、纳米薄膜、纳米复合材料等的报道很多。它是以金属的醇盐Zn (OR)2为原料，在有机介质中对其进行水解、缩聚反应，使溶液经溶胶化得到凝胶。凝胶再经干燥、煅烧成粉体的方法。此法生产的产品粒度小、纯度高、反应温度低(可以比传统方法低400--500°C)、过程易控制、颗粒分布均匀、团聚少、介电性能较好。但成本昂贵，排放物对环境有污染，有待改善。所述水解、缩聚反应式如下:水解反应:Zn(OR) 2+2H20 — Zn (OH) 2+2R0H缩聚反应:Zn(OH) 2 — Zn0+H202.2醇盐水解法醇盐水解法是利用金属醇盐在水中快速水解，形成氢氧化物沉淀,沉淀物再经水洗、干燥、煅烧而得到纳米粉体的方法。该方法突出的优点是反应条件要求不高，操作简单。缺点是反应中易形成不均匀成核，而且原料成本高。例如以Zn(OC2H5)2为原料，发生以下反应:Zn (OC2H5) 2+2H20 — Zn (OH) 2+2C2H50H Zn (OH) 2 — Ζη0+Η202.3直接沉淀法直接沉淀法是制备纳米氧化锌最为广泛采用的一种方法。其原理是在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂或移除溶解剂，在一定条件下生成沉淀物，并使其沉淀物从溶液中析出，再将阴离子除去，沉淀物经热分解最终制得纳米氧化锌。其中选用不同的沉淀剂，可得到不同的沉淀产物。就资料报道看，常见的沉淀剂为氨水、碳酸氢铵、尿素坐寸ο以NH3.H2O作沉淀剂反应式如下:Zn2++2NH3.H2O — Zn (OH) 2+2NH4+Zn (OH) 2 — Ζη0+Η20以碳酸氢铵作沉淀剂反应式如下:3Zn2++2NH4HC03+H20 — ZnCO3.2Zn (OH) 2.H20+2NH4+ZnCO3.2Zn (OH) 2.H2O — 3Zn0+C02+H20以尿素作沉淀剂反应式如下:CO (NH2) 2+2H20 — C02+2NH3.H203Zn2++C032>40r+H20 — ZnCO3.2Zn (OH) 2.H2OZnCO3.2Zn (OH) 2.H2O — 3Zn0+C02+H20直接沉淀法操作简单易行，对设备技术要求不高，产物纯度高，不易引入其它杂质，成本较低。但是，此方 法的缺点是洗涤沉淀物中的阴离子较困难，且生成的产品粒子粒径分布较宽。大规模工业生产上须进行攻关克服这些缺点。2.4均匀沉淀法均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶微粒从溶液中缓慢地、均匀地释放出来。所加入的沉淀剂并不直接与被沉淀组分发生反应，而是通过化学反应使其在整个溶液中均匀缓慢地析出。常用均匀沉淀剂有尿素CO(NH2)2和六亚甲基四KC6H12N3。所得粉末粒径一般为8-60nm。其中卫志贤等人以尿素和硝酸锌为原料制备氧化锌，得出结论:温度是影响产品粒径的最敏感因素。温度低，尿素水解慢，溶液中氢氧化锌的过饱和比低，粒径大；温度过高，尿素产生缩合反应生成缩二脲等，氢氧化锌过饱和比低，溶液粘稠，不易干燥，最终产品颗粒较大。另外，反应物浓度及尿素与硝酸锌的配比也影响溶液中氢氧化锌的过饱和比。浓度越高，在相同的温度下，氢氧化锌的过饱和比越大。但是过高的浓度和尿素与硝酸锌的比值，使产品的洗涤、干燥变得困难，反应时间过长，也将造成后期溶液过饱和比降低，粒径变大。因此他们得到的最佳工艺条件为:反应温度<130°C、反应时间150min、尿素与硝酸锌的配比2.5-4.0: 1(摩尔比)。由此可看出，均匀沉淀法得到的微粒粒径分布较窄，分散性好，工业化前景佳，是制备纳米氧化锌较理想方法。但在具体应用于大规模工业生产时，仍需根据具体情况进行优化完善。2.5水热法水热法最初是用来研究地球矿物成因的一种手段。它是通过在高压釜中适合水热条件下的化学反应实现从原子级、分子级的微粒构筑和晶体生长的。该法是将双水醋酸锌溶解在二乙烯乙二醇中，加热并不断搅拌以此得到氧化锌，再在室温下冷却，用离心机将水分离，经过干燥最终得到氧化锌粉末。此法制备的粉体晶粒发育完整，粒径小且分布均匀，团聚程度小，在烧结过程中活性高。但缺点是设备要求耐高压，能量消耗也很大，因此不利于工业化生产。2.6微乳液法微乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺，其特征在于包括以下步骤：（1）浸出：以氨水及碳铵作浸出溶剂，将次氧化锌中的锌浸出制成锌氨络合物溶液；（2）氧化除铁、锰：在上述步骤得到的浸出液中加入高锰酸钾进行氧化反应，将浸出液中的Fe2+、Mn2+氧化成难溶的Fe3+、Mn4+沉淀出来，并过滤除去，得到滤液；（3）锌粉置换除铜、镉、铅：在上述步骤得到的滤液中加入锌粉置换反应，使铜、镉、铅沉淀出来，并过滤除去，得到净化液；（4）净化液精制：在上述步骤得到的净化液中加入硫化铵，使净化液中残余的杂质金属离子生成难溶的硫化金属盐，过滤除去，得到精制液；（5）预纳米化植活：在上述步骤得到的精制液中加入分散剂白炭黑，活化及纳米化催化剂三聚磷酸钠；（6）蒸氨：在上述步骤得到的经预纳米化植活后的悬浮溶液送入蒸氨罐蒸氨，即在负压下用100℃以上水蒸汽直接通入到预纳米化植活后的溶液中，使锌氨络合物受热分解为碱式碳酸锌、氨气和二氧化碳，所述碱式碳酸锌均匀附着于分散剂表面及其孔隙表面析出，得到植膜S型纳米氧化锌悬浮液；（7）煅烧：将上述步骤得到的悬浮液加水洗涤，经压滤机压滤，滤饼送入动态干燥煅烧一体炉煅烧活化即可得到植膜S型纳米氧化锌产品；（8）产品包装：产品经冷却后，进入气流筛、除铁及自动包装系统过筛、除铁，然后包装。...

【技术特征摘要】
1.一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺，其特征在于包括以下步骤: (1)浸出:以氨水及碳铵作浸出溶剂，将次氧化锌中的锌浸出制成锌氨络合物溶液； (2)氧化除铁、锰:在上述步骤得到的浸出液中加入高锰酸钾进行氧化反应，将浸出液中的Fe2+、Mn2+氧化成难溶的Fe3+、Mn4+沉淀出来，并过滤除去，得到滤液； (3)锌粉置换除铜、镉、铅:在上述步骤得到的滤液中加入锌粉置换反应，使铜、镉、铅沉淀出来，并过滤除去，得到净化液； (4)净化液精制:在上述步骤得到的净化液中加入硫化铵，使净化液中残余的杂质金属离子生成难溶的硫化金属盐，过滤除去，得到精制液； (5)预纳米化植活:在上述步骤得到的精制液中加入分散剂白炭黑，活化及纳米化催化剂三聚磷酸钠； (6)蒸氨:在上述步骤得到的经预纳米化植活后的悬浮溶液送入蒸氨罐蒸氨，即在负压下用100°C以上水蒸汽直接通入到预纳米化植活后的溶液中，使锌氨络合物受热分解为碱式碳酸锌、氨气和二氧化碳，所述碱式碳酸锌均匀附着于分散剂表面及其孔隙表面析出，得到植膜S型纳米氧化锌悬浮液； (7)煅烧:将上述步骤得到的悬浮液加水洗涤，经压滤机压滤，滤饼送入动态干燥煅烧一体炉煅烧活化即可得到植膜S型纳米氧化锌产品； (8 )产品包装:产品经冷却后,进入气流筛、除铁及自动包装系统过筛、除铁，然后包装。2.根据权利要求1所述的一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺，其特征在于:步骤(I)中，所述浸出为两段式，分别在两个浸出池中进行，将第一段浸出后的滤渣在搅拌下加入第二段浸出池中再浸出，第二段浸出的滤渣弃去，而第二段浸出的二浸液则加入第一段浸出池中作为浸出溶剂，并在搅拌下投入次氧化锌至第一浸出池中，浸出的一浸液进入下一步骤，如此循环往复。3.根据权利要求2所述的一种改进的植膜S型纳米氧化锌生产工艺，其特征在于:所述第一段浸出时按总摩尔比NH4+:Zn=3.5-4.5:0.5-1.5投入次...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄有余，梁鹤贤，
申请(专利权)人：韶关凯鸿纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44