一种固相法制备多形貌纳米氧化锌的方法技术

本发明专利技术公开一种固相法制备多形貌纳米氧化锌的方法，所述方法包括如下步骤：(1)称取七水硫酸锌和碳酸氢铵于陶瓷研钵中，(2)手工研磨固体混合物，(3)反应结束后，将陶瓷研钵中的混合物转移到50mL的离心管中，加入10mL－30mL的去离子水，用玻璃棒搅拌悬浊液3min－5min，接着离心悬浊液、过滤，继续加入去离子水，重复洗涤和离心的步骤3－5次，(4)将离心结束的固体进行干燥，(5)将前驱体置于马弗炉中进行煅烧，(6)把煅烧后的粉末装入样品袋中。本发明专利技术氧化锌的制备方法中的固相法工艺条件简单、成本低、对设备的要求低、绿色环保以及氧化锌的产量大，而且操作程序连续可调，容易控制实验过程，所以易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种固相法制备多形貌纳米氧化锌的方法
本专利技术涉及一种氧化锌的制备方法，具体是一种固相法制备多形貌纳米氧化锌的方法。
技术介绍
氧化锌是一种性能优异的直接带隙氧化物半导体材料，具有较高的热稳定性和化学稳定性。其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以及紫外光和蓝绿光发射能力，被广泛应用在气敏传感器、表面声波器和光发射器等方面。纳米氧化锌的制备方法主要有化学法和物理法。化学法通过控制反应条件，使原子(或分子)成核，生长成为纳米粒子的方法[崔黎黎,范慧俐,肖军平,等.纳米材料表面修饰的研究进展,材料导报,2006,20(S1):5-7]。常见的制备方法有均匀沉淀法、直接沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法和模板制备法[汤皎宁,龚晓钟,李均钦。均匀沉淀法制备纳米氧化锌的研究,无机材料学报,2006,21(1):65-69；郭岚,徐鹏,钟己未,等。直接沉淀法制备异形氧化锌微晶及其表征,材料导报,2012,26(8):44-46]。此外，固相研磨也是一种快速简便合成纳米氧化锌的方法[俞建群,忻新泉.纳米氧化镍,氧化锌的合成新方法,无机化学学报,1999,15(1):95-98]，研究表明，称取1:1(摩尔比)的草酸和二水合乙酸锌，研磨30min后干燥，接着将前驱体二水合草酸锌在460℃热分解即得到球形的平均粒径20nm的氧化锌。均匀沉淀法加入的沉淀剂，会通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成，解决外部直接加入沉淀剂所引起的沉淀剂局部不均匀问题，是目前最常用的制备方法，得到的产品纯度高，过程简单，但反应时间长，反应过程复杂。直接沉淀法是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂，生成另一种不溶于水的锌盐或锌的碱式盐、氢氧化锌等，经过滤、洗涤、干燥、焙烧等得到纳米氧化锌的方法，也是较为常用的制备方法，此法操作简单，对设备的要求低，成本低，但是颗粒的分散性差，易于团聚，除阴离子困难。在特别制造的一种密闭反应容器里，以水溶液为反应介质，通过对反应容器进行加热，然后创造出高温高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶的方法即是水热法，该法得到的产品纯度高，尺寸均匀，无团聚，成本低，却对设备要求高，制备条件苛刻，易浪费。溶胶-凝胶法是以无机盐或金属醇盐为前驱体，经水解缩聚过程逐渐胶化，再经烧结处理得到纳米粉体，此法具有高纯度，组成可控，尺寸分布范围较窄，尺寸较小等特点，但成本高，受金属醇盐的影响较大。模板制备法是运用物理或化学方法将相关材料沉积到模板的孔中或表面，再除去模板，得到具备模板组织形貌和尺寸的纳米材料的方法，模板法制备的材料因复制了生物模板的微观精细多孔结构，故在气敏传感器领域应用广泛，该法的优势在于尺寸和形貌可控，适用面广，但生产规模小，结晶度难控制。物理法是通过介质与物料之间相互打磨、冲击，制备纳米粒子的方法[张伟,王凤珠.利用立式振动磨制备超细粉的研究,功能材料,1997,28(5):511-513]，常见的有机械粉碎法、深度塑性变形法等，但因物理法制备的材料纳米级别及纯度较低，故应用程度不高。固相法制备氧化锌，是将锌盐和碳酸氢铵(固体)通过球磨或手工研磨的方式，先得到锌的前驱体，再经过高温煅烧从而得到氧化锌的一种简单可控的合成方法。本文所用的固相法是利用手工研磨的方式，快速而又简便的制备分散性良好的多形貌结构纳米级氧化锌粉体。该方法制备氧化锌主要包括以下两个步骤：5ZnSO4·7H2O+10NH4HCO3→Zn5(CO3)2(OH)6+5(NH4)2SO4+8CO2+37H2O(1)Zn5(CO3)2(OH)6→5ZnO+2CO2(g)+3H2O(2)反应(1)是在研磨过程中形成碱式碳酸锌前驱体的过程；反应(2)是在高温煅烧的过程中，碱式碳酸锌前驱体逐渐分解为氧化锌的过程。固相法的实质虽然和液相法类似，但创新点在于手工研磨固体反应物，使得其吸收机械能诱发化学反应，简单快速而又易于操作；同时，采用正交实验设计，系统研究了煅烧时间、分散介质、七水硫酸锌与碳酸氢铵的物质的量之比(以下简称锌铵比)和煅烧温度对氧化锌粒径、晶体类型和颗粒形貌的影响，而一般固相合成氧化锌却极少使用碱式碳酸锌，大多数采用氢氧化锌、草酸锌或碳酸锌作为前驱体，而且大多数文献并未详细研究上述因素对纳米氧化锌晶型和形貌的影响，也极少在同一体系中获得多种形貌结构的纳米氧化锌。因此，该法能对固相制备氧化锌提供全新的理论基础和实践参考。目前已经公开的制备氧化锌的专利很多，包括：一种高纯纳米氧化锌的制备工艺(公开号：CN109399693A)、一种自组装六棱柱氧化锌的制备方法(公开号：CN109399692A)、一种氧化锌的制备及粒径调控方法(公开号：CN109133149A)、一种纳米氧化锌的制备方法(公开号：CN108821328A)、一种活性氧化锌的制备方法(公开号：CN108455656A)、饲料级活性氧化锌的制备方法(公开号：CN108467055A)、一种多面体氧化锌及其制备方法(公开号：CN108163884A)等，但是利用固相法，尤其是手工研磨并以碱式碳酸锌为前驱体合成纳米氧化锌，却少见相关的文献报导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种固相法制备多形貌纳米氧化锌的方法，氧化锌的制备方法中的固相法工艺条件简单、成本低、对设备的要求低、绿色环保以及氧化锌的产量大，而且操作程序连续可调，容易控制实验过程，所以易于工业化生产；以碱式碳酸锌为前驱体，可以通过调节实验参数(煅烧时间、分散介质、锌铵比和煅烧温度)制备分散性良好的多形貌(针状、棒状、花状、球状)纳米级氧化锌；采用了较为简单的手工研磨，和一般的机械球磨(固相反应)有显著区别，简单快速制备多形貌(针状、棒状、花状、球状)纳米级氧化锌。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种固相法制备多形貌纳米氧化锌的方法，所述方法包括如下步骤：(1)称取七水硫酸锌和碳酸氢铵于口径为160mm的陶瓷研钵中，加/不加分散介质，分散介质为5mL水或5mL无水乙醇。(2)手工研磨固体混合物30min－90min。(3)反应结束后，将陶瓷研钵中的混合物转移到50mL的离心管中，加入10mL－30mL的去离子水，用玻璃棒搅拌悬浊液3min－5min，接着离心悬浊液、过滤，继续加入去离子水，重复洗涤和离心的步骤3－5次，以除去未反应完全的反应物和硫酸铵。(4)将离心结束的固体进行干燥，得到前驱体碱式碳酸锌。(5)将前驱体置于马弗炉中进行煅烧。(6)把煅烧后的粉末装入样品袋中，得到氧化锌粉体。进一步的，所述七水硫酸锌和碳酸氢铵的摩尔比为1：(1-3)。进一步的，所述步骤(2)中手工研磨固体混合物60min。进一步的，所述步骤(3)中水洗次数为4次。进一步的，所述步骤(4)中干燥的温度为60℃－80℃，干燥的时间为0.5h－2h。进一步的，所述步骤(5)中煅烧的温度为300℃－500℃，时间为1h－3h。本专利技术的有益效果：1、本专利技术氧化锌的制备方法中的固相法工艺条件简本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固相法制备多形貌纳米氧化锌的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)称取七水硫酸锌和碳酸氢铵于口径为160mm的陶瓷研钵中，加/不加分散介质，分散介质为5mL水或5mL无水乙醇；/n(2)手工研磨固体混合物30min－90min；/n(3)反应结束后，将陶瓷研钵中的混合物转移到50mL的离心管中，加入10mL－30mL的去离子水，用玻璃棒搅拌悬浊液3min－5min，接着离心悬浊液、过滤，继续加入去离子水，重复洗涤和离心的步骤3－5次，以除去未反应完全的反应物和硫酸铵；/n(4)将离心结束的固体进行干燥，得到前驱体碱式碳酸锌；/n(5)将前驱体置于马弗炉中进行煅烧；/n(6)把煅烧后的粉末装入样品袋中，得到氧化锌粉体。/n

【技术特征摘要】
1.一种固相法制备多形貌纳米氧化锌的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)称取七水硫酸锌和碳酸氢铵于口径为160mm的陶瓷研钵中，加/不加分散介质，分散介质为5mL水或5mL无水乙醇；
(2)手工研磨固体混合物30min－90min；
(3)反应结束后，将陶瓷研钵中的混合物转移到50mL的离心管中，加入10mL－30mL的去离子水，用玻璃棒搅拌悬浊液3min－5min，接着离心悬浊液、过滤，继续加入去离子水，重复洗涤和离心的步骤3－5次，以除去未反应完全的反应物和硫酸铵；
(4)将离心结束的固体进行干燥，得到前驱体碱式碳酸锌；
(5)将前驱体置于马弗炉中进行煅烧；
(6)把煅烧后的粉末装入样品袋中，得到氧化锌粉体。


2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴月，苗拯宁，夏义文，
申请(专利权)人：安徽景成新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34