一种氧化锌的制备及粒径调控方法技术

本发明专利技术一种氧化锌的制备及粒径调控方法，是以氯化锌溶液、氢氧化钠溶液为原料制备氢氧化锌，然后氢氧化锌通过高温脱水得到氧化锌。通过控制氢氧化锌合成条件实现对氢氧化锌粒径的调节，进而达到对氧化锌粒径调控的目的。本发明专利技术工艺流程简单，反应周期短，产能量消耗低、产品收率高，后处理简便，具有很强的可操作性和可重复性，便于进行工业化生产，具有广阔的市场需求。

Preparation and particle size control of zinc oxide

The preparation and particle size control method of zinc oxide is to prepare zinc hydroxide from zinc chloride solution and sodium hydroxide solution, and then zinc hydroxide is dehydrated at high temperature to obtain zinc oxide. By controlling the synthesis conditions of zinc hydroxide, the size of zinc hydroxide can be adjusted, and then the size of zinc hydroxide can be controlled. The invention has the advantages of simple process flow, short reaction period, low energy consumption, high product yield, simple post-processing, strong operability and repeatability, easy industrial production and broad market demand.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锌的制备及粒径调控方法方法领域本专利技术涉及一种合成方法，具体涉及一种氧化锌的制备及粒径调控方法，属于无机合成领域。背景方法氧化锌是锌的一种氧化物，常温下为白色六角晶系结晶或粉末，难溶于水，可溶于酸、强碱、氨水和铵盐溶液。氧化锌是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，因此，氧化锌在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有广泛应用。此外，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥重要作用。目前氧化锌的制备主要有直接法、间接法和湿法三种工艺。直接法以锌精矿为原料，经高温氧化焙烧脱除铅、镉、硫等杂质后，配以还原煤并压制成团，再在炉内高温还原，挥发出的锌蒸气与炉气中的CO2和引入的空气直接氧化成氧化锌。该方法生产过程中锌利用率较低、能耗高，产出的氧化锌颗粒较粗，易受到还原煤燃烧产物的污染。间接法又称法国法，是以金属锌作为原料，熔化后导入蒸发炉罐，然后在一定的氧化条件下使锌蒸汽燃烧成氧化锌。该方法对设备要求较高，需在近1000℃下对金属锌进行蒸发，因此能耗也极高，生产工艺流程较长需经过熔化、精馏、分配、氧化、冷却、收集等步骤，导致本工艺生产成本在目前氧化锌生产工艺中最高。为了满足市场对大比表面积氧化锌的需求，开发了湿法生产氧化锌工艺。以含锌物料为原料，首先制得含锌溶液，加入碳酸盐转化成氧化锌的锌化合物沉淀，锌化合物沉淀经煅烧得氧化锌，该工艺的缺点在于氧化锌的粒径较大，不能根据需求来调控氧化锌粒径大小。综上所述，为满足市场对高端超细氧化锌的需求以及社会对低能耗化工生产的客观要求，以先进方法改造传统氧化锌制备工艺的项目亟需开展。而且氧化锌根据其应用方向的不同，粒径的大小对应用效果起到显著的影响，但是目前传统工艺中无论是直接法还是间接法都没有对氧化锌产品形成系统粒径的有效调控方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有方法中的不足，提供一种氧化锌的制备及粒径调控方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述方法方案：一种氧化锌的制备方法，其步骤为：(1)将氯化锌溶液和氢氧化钠水溶液均匀混合，在5～45℃下反应30～90分钟，过滤、干燥，得到氢氧化锌中间体；(2)将制备得到的氢氧化锌中间体放入高温气流干燥设备，在300～400℃下脱水即得到本专利技术氧化锌产品。优选的，所述氯化锌与氢氧化钠的摩尔比为1:1.8～2.2。本专利技术氧化锌的制备方法通过改变物料加入方法为氢氧化锌的合成创造了不同的条件，进一步实现了中间体氢氧化锌的粒径调控。锌盐溶液与氢氧化钠溶液制备氢氧化锌沉淀本质上是一种反应型结晶的过程，可以通过结晶环境的不同实现不同的析晶效果。专利技术人实验研究发现，将锌盐溶液滴加入至强碱性液碱溶液中，随着滴加量的增加氢氧化锌缓慢析出，这是由于该合成条件下生成的多羟基氢氧化锌配体在强碱性下有较大的溶解度，氢氧化锌过饱和度低，析晶速率较慢，晶体生长速率大于成核速率，物质颗粒大。反之将液碱滴加入弱酸性锌盐溶液中，会快速析晶沉淀，晶体成核速率大于生长速率，物质颗粒小。为实现进一步的中间粒径调控，可以通过调控物料接触比例使体系pH值在弱碱性(pH＝8-10)范围内，实现晶体成核速率与生长速率的匹配，得到中间粒度产物。优选的，步骤(1)中原料的加入顺序为：先将氯化锌溶液加入反应釜内，然后向其中滴加氢氧化钠溶液；上述加料方式的优点在于可以得到颗粒超细的氢氧化锌中间体，为制备超细氧化锌提供原料。优选的，步骤(1)中氯化锌溶液与氢氧化钠溶液同时加入到反应釜内，并通过调节氯化锌与氢氧化钠加入速率来实现体系pH值在8-10之间。上述加料方式的优点在于能够得到中间粒度大小的氢氧化锌中间体，为制备目标粒径的氧化锌提供原料。优选的，步骤(2)中所述脱水温度为200～300℃。优选的，步骤(1)中原料的加入顺序为：先将氢氧化钠溶液加入到反应釜内，然后向其中滴加氯化锌溶液。上述加料方式的优点在于能够得到较大粒度的氢氧化锌中间体，为制备目标粒径的氧化锌提供原料。优选的，步骤(1)中氯化锌溶液的质量分数为10-50％。优选的，步骤(1)中氢氧化钠溶液的质量分数为8-32％。优选的，步骤(1)中的反应温度为15～30℃。优先的，步骤(1)中的干燥温度为80～120℃。优选的，步骤(1)中的干燥时间为30～60分钟。优选的，步骤(2)中的脱水时间为40～60分钟。优选的，步骤(2)所述专用高温气流干燥设备为高温脉冲气流干燥器，是一种在传统的气流干燥器的基础上增强加热功率和耐热强度，同时采用管径交替缩小或扩大，使气流和颗粒作不等速流动，实现强化传热传质速率的脱水设备。可以满足本专利技术200-300℃对氢氧化锌高效脱水制备氧化锌的需求。一种氧化锌的粒径调控方法，氧化锌按上述方法制备，通过调控(一)至(四)中的一种参数或者两种以上的参数而调控氧化锌的粒径；(一)氯化锌溶液、氢氧化钠溶液的加料方式，包括：(1)向氯化锌溶液中滴加氢氧化锌溶液；(2)将氯化锌溶液、氢氧化锌溶液同时向反应釜内加入，并通过调节氯化锌与氢氧化钠加入速率来实现体系pH值在8-10之间；(3)向氢氧化钠溶液中滴加氯化锌溶液；(二)原料配比，氯化锌与氢氧化钠的摩尔比为1:1.8～2.2；(三)反应温度，范围为5～45℃；(四)反应时间，范围为30～90分钟；优选的，粒径调控范围为10～58nm。本专利技术的有益效果：本专利技术通过调节氯化锌和氢氧化钠溶液的加料顺序，改变了氢氧化锌在不同酸碱性环境中的晶体成核-生长速率的匹配关系，实现了氢氧化锌中间体的粒径调控技术，氢氧化锌单一粒径可达1～50nm，并通过不同粒径的氢氧化锌的高温脱水过程实现了氧化锌的制备和粒径调控。该方法与传统工艺相比，工艺流程简单，反应周期短，产能量消耗低、产品收率高，后处理简便，具有很强的可操作性和可重复性，便于进行工业化生产。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本专利技术，并不对其内容进行限定。实施例1向反应瓶中加入408g的33.3％浓度氯化锌溶液(1mol)，搅拌，然后向其中滴加250g32％的氢氧化钠溶液(含2.0molNaOH)，在15℃下反应30min，过滤，80℃下干燥30min，得98.8g氢氧化锌，粒径为6nm。将制备得到的氢氧化锌放入专用高温气流干燥设备，在300℃下脱水反应40min即得到80.7g氧化锌产品，粒径为10nm。实施例2向反应瓶中同时滴加408g的33.3％氯化锌溶液(1mol)、250g的32％氢氧化钠溶液(含2.0molNaOH)，搅拌，调节二者进料速度，使体系内pH值维持在8-10，在15℃下反应30min，过滤，80℃下干燥30min，得98.8g氢氧化锌，粒径为18nm。将制备得到的氢氧化锌放入专用高温气流干燥设备，在300℃下脱水反应40min即得到80.6g氧化锌产品，粒径为21nm。实施例3向反应瓶中加入250g32％氢氧化钠溶液(含2.0molNaOH)，搅拌，然后向其中滴加408g的33.3％氯化锌溶液(1mol)，在15℃下反应30min，过滤，80℃下干燥3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锌的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氯化锌溶液和氢氧化钠水溶液均匀混合，在5～45℃下反应30～90分钟，过滤、干燥，得到氢氧化锌中间体；(2)将制备得到的氢氧化锌中间体放入高温气流干燥设备，在300～400℃下脱水即得到本专利技术氧化锌产品。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氯化锌溶液和氢氧化钠水溶液均匀混合，在5～45℃下反应30～90分钟，过滤、干燥，得到氢氧化锌中间体；(2)将制备得到的氢氧化锌中间体放入高温气流干燥设备，在300～400℃下脱水即得到本发明氧化锌产品。2.根据权利要求1所述的一种氧化锌的制备方法，其特征在于，所述氯化锌与氢氧化钠的摩尔比为1:1.8～2.2。3.根据权利要求1所述的一种氧化锌的制备方法，其特征在于，步骤(1)中氯化锌溶液的质量分数为10-50％；氢氧化钠溶液的质量分数为8-32％。4.根据权利要求1所述的一种氧化锌的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的反应温度为15～30℃。5.根据权利要求1所述的一种氧化锌的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的干燥温度为80～120℃；干燥时间为30～60分钟。6.根据权利要求1所述的一种氧化锌的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳涛，邢文国，冯维春，翟云鸽，鲁琳琳，王达彤，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37