一种超亲水性的氧化锌纳米球的制备方法与流程

本发明涉及一种氧化锌纳米球的制备方法，特别是涉及一种超亲水性的氧化锌纳米球的制备方法。

背景技术：

亲水防雾材料，通常期望用于玻璃处于室内、车内的一侧。目前，对于车内玻璃的防雾方法，通常采用吹风、电加热等方式，这些方式可能和汽车的其他乘用功能如保暖、制冷等相冲突；并且组合电加热丝显然增加了汽车玻璃的制造难度。高分子材料虽然比较容易做到超亲水性，但容易老化的特点，限制了其作为长时间耐用品的应用。相对而言，金属氧化物材料，例如无毒的氧化锌(zno)材料，没有老化方面的担忧，因而可考虑其作为防雾材料使用。

然而，通常情况下，氧化锌纳米材料在紫外光照射下呈现亲水性，在脱离紫外光照射一段时间后，表面会恢复疏水性。这是因为，在通常采用的碱性情况下将锌盐沉淀煅烧来制备zno的过程中，会形成暴露非极性的晶面、微观为棒状的zno材料，其表面是疏水性的。在紫外光照射下，这些表面可能形成羟基，进而具备了暂时的亲水性。但在室内、车内的场合下，太阳光的紫外波段部分会被玻璃阻隔，因而不能被使用；如果考虑外加紫外光照的装置，则势必增加了应用的复杂程度。

技术实现要素：

针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种超亲水性的氧化锌纳米球的制备方法，使氧化锌材料不需要在紫外光照下就具备超亲水性，解决了氧化锌材料超亲水性受紫外光照影响而影响适用范围的问题。

本发明技术方案是这样的：一种超亲水性的氧化锌纳米球的制备方法，包括步骤：1、将二水合醋酸锌溶于无水乙醇中，密封搅拌，形成澄清溶液a；2、将氢氧化钠溶于无水乙醇中，密封搅拌，形成澄清溶液b，并将所述溶液a与所述溶液b混合形成溶液c；3、将二水合柠檬酸钠溶于蒸馏水或去离子水中，加入所述溶液c中，形成近乎澄清的胶状溶液d；4、将所述溶液d置于反应釜中，再将反应釜加热，将得到的产物进行离心、水洗、醇洗并烘干。

进一步地，所述步骤1中二水合醋酸锌与无水乙醇的重量份数比为5︰1000～6︰1000。

进一步地，所述步骤2中氢氧化钠与无水乙醇的重量份数比为9︰40000～11︰40000。

进一步地，所述步骤3中二水合柠檬酸钠溶于蒸馏水或去离子水的重量份数比为9︰375～11︰375。

进一步地，所述步骤2中所述溶液a与所述溶液b混合时按所述溶液a与所述溶液b中各自的无水乙醇的重量份数1︰1混合，所述步骤3中得到溶液d时按步骤2中的氢氧化钠与步骤3中的二水合柠檬酸钠重量份数比2︰1制备。

进一步地，所述步骤4中反应釜加热温度为120～150℃，反应时间为3～24小时。

进一步地，上述制备方法所制得的氧化锌纳米球无需紫外光照射即具有超亲水性，所述氧化锌纳米球的直径为150～800nm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本方法形成具有超亲水性氧化锌纳米球，其无需紫外光照射即具有超亲水性，制备机制如下：(1)以较低极性的乙醇代替水作为溶剂，利于zno非极性晶面的生长，从而使垂直方向的极性{0002}面有较多比例暴露于表面，从而具备更多暴露于表面的羟基，使其具备超亲水性；(2)具有多羟基的柠檬酸根，倾向于吸附在zno极性的{0002}表面，抑制其继续生长，并使晶粒的生长方向为沿着垂直的表面，使得{0002}表面的暴露面积增大；(3)所制得的产品为小颗粒组装而成的大颗粒物质(150～800nm)，样品有贯穿颗粒内外的孔隙，因其亲水性，易形成凹液面，从而更易使水蒸气在表面凝结。

附图说明

图1为实施例1得到的氧化锌纳米球的氮气吸附-脱附等温曲线和孔径分布图。

图2为实施例1得到的氧化锌纳米球的x射线衍射图谱。

图3为实施例1得到的氧化锌纳米球的透射电镜照片。

图4为实施例1得到的氧化锌纳米球在室内散射光下密封储存半年后表面亲水性的测试结果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1：

超亲水性的氧化锌纳米球的制备方法如下：

1)按重量份计，将43.92份二水合醋酸锌，溶于8000份无水乙醇中，密封搅拌，形成澄清溶液a。

2)将2份氢氧化钠，溶于8000份无水乙醇中，密封搅拌，形成澄清溶液b。将a、b溶液混合后，形成溶液c。

3)将1份二水合柠檬酸钠溶于37.5份蒸馏水中，加入上述溶液c中，形成近乎澄清的胶状溶液d。

4)将溶液d置于反应釜中，再将反应釜加热，加热温度为120℃，反应时间为24小时，将得到的产物进行离心、水洗、醇洗并将得到的产物进行烘干，烘干温度为85℃，烘干温度为8小时，所制得的氧化锌纳米球集合体的平均直径为150nm。

实施例2：

超亲水性的氧化锌纳米球的制备方法如下：

1)按重量份计，将40份二水合醋酸锌，溶于8000份无水乙醇中，密封搅拌，形成澄清溶液a。

2)将1.8份氢氧化钠，溶于8000份无水乙醇中，密封搅拌，形成澄清溶液b。将a、b溶液混合后，形成溶液c。

3)将0.9份二水合柠檬酸钠溶于37.5份蒸馏水中，加入上述溶液c中，形成近乎澄清的胶状溶液d。

4)将溶液d置于反应釜中，再将反应釜加热，加热温度为130℃，反应时间为12小时，将得到的产物进行离心、水洗、醇洗并将得到的产物进行烘干，烘干温度为80℃，烘干温度为8小时，所制得的氧化锌纳米球集合体的平均直径为800nm。

实施例3：

超亲水性的氧化锌纳米球的制备方法如下：

1)按重量份计，将48份二水合醋酸锌，溶于8000份无水乙醇中，密封搅拌，形成澄清溶液a。

2)将2.2份氢氧化钠，溶于8000份无水乙醇中，密封搅拌，形成澄清溶液b。将a、b溶液混合后，形成溶液c。

3)将1.1份二水合柠檬酸钠溶于37.5份蒸馏水中，加入上述溶液c中，形成近乎澄清的胶状溶液d。

4)将溶液d置于反应釜中，再将反应釜加热，加热温度为150℃，反应时间为3小时，将得到的产物进行离心、水洗、醇洗并将得到的产物进行烘干，烘干温度为90℃，烘干温度为8小时，所制得的氧化锌纳米球集合体的平均直径为500nm。

为了验证本发明的方法所得产品的结构特征以及性能，对实施例1所得材料进行了结构表征和性能测试，从图1可见，本发明制备的氧化锌纳米球材料有3.0、11.9和50nm等多种尺度的孔径，这使得材料具有非常好的毛细管凝聚效果，有利于水汽的凝结。另从bet计算可得材料的比表面积为49.4m²/g。

从图2可见，本发明制备的氧化锌纳米球材料的x射线衍射峰与纤锌矿型氧化锌晶体的衍射峰位置完全相符；衍射峰的展宽表明材料的一次颗粒粒径较小，其粒径分析结果如下表所示

xrd半峰宽分析平均粒径

从图3可见，本发明制备的氧化锌纳米球材料为较小粒径(20nm左右)的氧化锌颗粒组装形成的较大粒径(平均约150nm)的氧化锌球状集合体。

图4室内散射光下密封储存半年后表面亲水性的测试结果，测试结果显示，蒸馏水可在样品粉末表面迅速铺展并浸润吸收。这意味着样品在没有紫外光照的情况下，可保持其亲水性至少半年以上。

将负载本发明制得的氧化锌纳米球材料的玻璃片和普通玻璃片做对比，两玻璃片置于恒温为40℃的水面上方10cm处，在2min内，普通玻璃片表面已起雾，但负载材料的玻璃片表面未见雾滴。2min后，负载材料的玻璃片表面出现铺展开的水膜，不遮挡视线。可证实该材料有应用于亲水防雾领域的潜力。