一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法技术

本发明专利技术公开了一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法，属于氧化锌制备领域。通过制备氯代丁基甲基咪唑离子液体，然后辅助水热法合成ZnO晶体，寻找最佳状态下的反应时间、反应温度和氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量，为工业生产提供一种合理的生产方法，结合离子液体纯化装置可以有效保证ZnO晶体的合成率，保证ZnO晶体在工业生产中的大规模制备，同时采用氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助能有效减少环境污染，实现环保型工艺化生产。

A Hydrothermal Method for the Synthesis of ZnO by Chlorobutylmethylimidazole Ionic Liquids

The invention discloses a hydrothermal synthesis method of zinc oxide assisted by Chlorobutyl methyl imidazole ionic liquid, which belongs to the preparation field of zinc oxide. By preparing Chlorobutyl methyl imidazole ionic liquids and then synthesizing zinc oxide crystals by assistant hydrothermal method, the optimum reaction time, reaction temperature and the amount of Chlorobutyl methyl imidazole ionic liquids are found, which provides a reasonable production method for industrial production. Combining with ionic liquid purification device, the synthesis rate of zinc oxide crystals can be effectively guaranteed and the zinc oxide crystals can be guaranteed in industrial production. Large-scale preparation and assisted by Chlorobutyl methyl imidazole ionic liquids can effectively reduce environmental pollution and realize environmentally friendly process production.

【技术实现步骤摘要】
一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法
本专利技术涉及氧化锌制备领域，尤其涉及一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法。
技术介绍
纳米材料具有许多不同于其他的体相材料的优异性能，因此用途非常广泛，纳米氧化锌材料当然也不例外。尽管纳米氧化锌的合成备受学者青睐，也已经探索出了很多制备方法，但在制备过程中仍然受颇多因素的制约，譬如采用的溶剂富含毒性、复杂的操作工艺流程或者是生产设备十分的昂贵。显然，常规的纳米氧化锌合成方法已经越来越失去优势，并且随着环保概念的深入人心以及绿色化学的逐步推广，探索新型绿色环保合成方法已经势在必行，使用室温离子液体作为溶剂、调控剂或催化剂则很大程度上符合了这一要求。近年来，关于对离子液体在水体系中的聚集及类似于表面活性剂在水体系中形成胶束的研究揭示了在材料液相合成过程中，它与普通的表面活性剂具有相同的角色。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决常规的纳米氧化锌合成方法不满足环保要求且纳米氧化锌合成转化率低而提出的一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法，有效提高环境保护，避免污染，同时提高合成率。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法，包括以下步骤：S1、选取N-甲基咪唑、氯代正丁烷、乙酸乙酯、去离子水等原料，在烧杯中制备出1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的混合离子液体，反应方程式如下：其中：C4H9Cl为氯代正丁烷；C4H6N2为N-甲基咪唑；[C8mim]Cl为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐；S2、将S1制备的混合离子液体放置在离子液体纯化装置中，倒入适量的二氯甲烷，加少量去离子水混合形成混合液A，然后进行分离纯化，纯化过程形成有机层和水层；S3、取所述水层滴加AgNO3溶液，如果有白色沉淀，重复S2步骤，如果没有白色沉淀，取出所述混合液A中的有机层，在所述有机层中添加无水硫酸镁进行干燥过滤，利用旋转蒸发仪对所述二氯甲烷和所述去离子水进行减压蒸馏，高温干燥形成高纯度的氯代丁基甲基咪唑离子液体；S4、取1mL0.5mol/LZn（Ac）2·2H2O溶液和3.0mL5.0mol/LNaOH溶液放置在超声波清洗器中进行超声处理，在恒温磁力搅拌器的磁力搅拌下将1mL0.5mol/LZn（Ac）2·2H2O溶液和3.0mL5.0mol/LNaOH溶液充分混合，形成混合液C。S5、在持续搅拌过程中将适量的氯代丁基甲基咪唑离子液体加入到所述混合液C中形成混合液D，将所述混合液D倒入50mL水热反应釜中，放置在恒温鼓风干燥箱中进行恒温加热反应，反应过后，自然冷却，将反应后的混合液D先后加入无水乙醇和所述去离子水进行洗涤，然后离心分离和干燥，制备得到晶状物，反应方程式如下：其中Zn（AC）2为醋酸锌；NaOH为氢氧化钠；c为不同浓度的[Bmim]Cl，Δ为加热条件；ZnO为氧化锌；Na（AC）2为醋酸钠；H2O为水；S6、分别用X-射线衍射、扫描电子显微镜对所述晶状物进行结构和形貌的表征，从中筛选出棒状ZnO晶体。优选地，所述S1步骤中的混合离子液体采用以下步骤制备：1)、取一定量的N-甲基咪唑放置在圆底烧瓶中，加入适量甲苯，之后在机械磁力搅拌的条件下加入稍过量的氯代正丁烷；2)、维持圆底烧瓶的温度至115℃，进行回流反应一段时间，生成淡黄色的粘稠液体；3)、反应结束后，用乙酸乙酯多次洗涤，于70℃下用旋转蒸发仪减压蒸馏一段时间，以除去有机溶剂和水分，在40℃条件下真空干燥至恒重，得到最终产物粘稠状的混合离子液体。优选地，所述离子液体纯化装置包括有纯化烧瓶和震动螺杆，所述纯化烧瓶上端分别设置有主灌口和滴灌口，所述纯化烧瓶中部套接有圆环卡架，所述圆环卡架左侧与连接箱上端固定连接，所述连接箱下端与圆环支撑底座左侧固定连接，所述圆环支撑底座内部与纯化烧瓶底部相匹配，所述圆环支撑底座下端固定连接有支撑架，所述纯化烧瓶中部外表面设置有刻度标识，所述纯化烧瓶底部中端固定连接有下流管，所述下流管套接有橡胶管，所述橡胶管活动安装有夹子，所述震动螺杆一端与震动电机固定连接，震动螺杆另一端贯穿于所述连接箱上端和所述圆环卡架左侧与圆弧震荡夹板固定连接，所述连接箱上端活动安装有旋扭装置。优选地，所述旋扭装置包括有旋扭块，所述旋扭块下端与转动杆上端固定连接，所述转动杆贯穿于所述连接箱上端与锥齿轮端面固定连接，所述锥齿轮与震动螺杆啮合连接。优选地，所述S6步骤中的恒温加热反应的反应温度可调控为80℃、100℃、120℃、140℃、160℃，所述氯代丁基甲基咪唑离子液体用量可调控为0.001mol、0.005mol、0.01mol和0.02mol。优选地，所述氯代丁基甲基咪唑离子液体在加入混合液C之前需放置在60℃下干燥12个小时。优选地，所述恒温磁力搅拌器采用82-1型恒温磁力搅拌器，所述X-射线衍射采用BrukerD8型X射线粉末衍射仪，所述BrukerD8型X射线粉末衍射仪的激发光源为CuKα1射线，所述BrukerD8型X射线粉末衍射仪的扫描区间为20°至90°；所述扫描电子显微镜采用JSM-6700型扫描电子显微镜。优选地，所述步骤S4中的氯代丁基甲基咪唑离子液体的纯度规格标准为分析纯。与现有技术相比，本专利技术提供了氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法，具备以下有益效果：（1）本专利技术在进行氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法时，通过调控控制氯代丁基甲基咪唑离子液体的浓度、反应温度和反应时间可以很好的寻找制备棒状ZnO晶体的最佳条件，通过离子液体辅助合成ZnO可以有效的减少污染实现环保节约，同时能提供有效的合成率，实验过程控制不同氯代丁基甲基咪唑离子液体的浓度、反应温度和反应时间所产生的反应效果经BrukerD8型X射线粉末衍射仪扫描分析结果如图1，控制反应温度为100℃和反应时间10h，经JSM-6700型扫描电子显微镜合成SEM照片显示可以看出，当氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量为0.001mol时，所得ZnO晶体均为不规则颗粒，颗粒直径约为1μm，增大氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量至0.005mol时，样品中有少许棒状结构产生，当氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量为0.01mol时，生成形貌均一的棒状ZnO晶体，棒的直径为2.5μm，当氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量增大为0.02mol时，样品的形貌不再均一，棒状结构粗细长短不一，通过实验可以得出，氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量不是越多越好，适当控制氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量可以有效促进棒状ZnO晶体的生成；在后续实验中，控制氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量为0.005mol或0.01mol，调控反应温度分别为80、120、140、160℃，控制反应时间均为10h，经JSM-6700型扫描电子显微镜合成SEM照片显示可以看出，80℃下，添加0.005mol氯代丁基甲基咪唑离子液体未得到ZnO晶体，添加0.01mol氯代丁基甲基咪唑离子液体得到极少量不规则颗粒，120℃下，添加0.005mol氯代丁基甲基咪唑离子液体得到形态均一的ZnO晶体，样品多为两根棒状结构在一端融合形成的V型，添加0.01mol氯代丁基甲基咪唑离子液体得到棒状粒径粗壮的ZnO晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取N‑甲基咪唑、氯代正丁烷、乙酸乙酯、去离子水等原料，在烧杯中制备出1‑丁基‑3‑甲基咪唑氯盐的混合离子液体，反应方程式如下：

【技术特征摘要】
1.一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取N-甲基咪唑、氯代正丁烷、乙酸乙酯、去离子水等原料，在烧杯中制备出1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的混合离子液体，反应方程式如下：其中：C4H9Cl为氯代正丁烷；C4H6N2为N-甲基咪唑；[C8mim]Cl为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐；S2、将S1制备的混合离子液体放置在离子液体纯化装置中，倒入适量的二氯甲烷，加少量去离子水混合形成混合液A，然后进行分离纯化，纯化过程形成有机层和水层；S3、取所述水层滴加AgNO3溶液，如果有白色沉淀，重复S2步骤，如果没有白色沉淀，取出所述混合液A中的有机层，在所述有机层中添加无水硫酸镁进行干燥过滤，利用旋转蒸发仪对所述二氯甲烷和所述去离子水进行减压蒸馏，高温干燥形成高纯度的氯代丁基甲基咪唑离子液体；S4、取1mL0.5mol/LZn（Ac）2·2H2O溶液和3.0mL5.0mol/LNaOH溶液放置在超声波清洗器中进行超声处理，在恒温磁力搅拌器的磁力搅拌下将1mL0.5mol/LZn（Ac）2·2H2O溶液和3.0mL5.0mol/LNaOH溶液充分混合，形成混合液C；S5、在持续搅拌过程中将适量的氯代丁基甲基咪唑离子液体加入到所述混合液C中形成混合液D，将所述混合液D倒入50mL水热反应釜中，放置在恒温鼓风干燥箱中进行恒温加热反应，反应过后，自然冷却，将反应后的混合液D先后加入无水乙醇和所述去离子水进行洗涤，然后离心分离和干燥，制备得到晶状物，反应方程式如下：其中Zn（AC）2为醋酸锌；NaOH为氢氧化钠；c为不同浓度的[Bmim]Cl，Δ为加热条件；ZnO为氧化锌；Na（AC）2为醋酸钠；H2O为水；S6、分别用X-射线衍射、扫描电子显微镜对所述晶状物进行结构和形貌的表征，从中筛选出棒状ZnO晶体。2.根据权利要求1所述的一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法，其特征在于：所述S1步骤中的混合离子液体采用以下步骤制备：1)、取一定量的N-甲基咪唑放置在圆底烧瓶中，加入适量甲苯，之后在机械磁力搅拌的条件下加入稍过量的氯代正丁烷；2)、维持圆底烧瓶的温度至115℃，进行回流反应一段时间，生成淡黄色的粘稠液体；3)、反应结束后，用乙酸乙酯多次洗涤，于70℃下用旋转蒸发仪减压蒸馏一段时间，以除去有机溶剂和水分，在40℃条件下真空干燥至恒重，得到最终产物粘稠状的混合离子液体。3.根据权利要求1所述的一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李媛，张婷婷，洪卉，陈健，
申请(专利权)人：烟台工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：山东,37