专利名称：一种炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法
技术领域：
本发明涉及一种炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术：
近年来，由于光催化技术在日常生活的广泛应用，例如有机-无机废水处理，空气净化，紫外激光器等研究，因此许多研究者提出了关于纳米光催化剂的合成制备。现有光催化剂几乎都是二氧化钛纳米粉体及其掺杂的衍生复合物。
纳米氧化锌因为具有表面效应、量子尺寸并且无毒、非迁移性、荧光性、导电性、在红外波段高发射性等特点，作为一种比较有潜力的光催化剂，纳米氧化锌粉体报道也逐渐
>曰夕O作为光催化剂，需要在制备过程中形成一定的晶体结构，以提高其光催化性能。在现有的各种制备方法中，固相法虽然高产率，污染少，合成工艺简单但合成不均匀，工艺过程无法有效地干预微观结构。气相法合成的颗粒较细，但工艺复杂，仪器成本高，一次性投资较大。目前还常用液相法，液相法主要缺点是纳米粉体在干燥、热处理阶段均容易产生团聚、烧结。液相法中的溶胶凝胶法，微乳液法，水热法，沉淀法等，也各存在缺点溶胶凝胶法中有机溶剂一般有毒，生产周期长；微乳液法制备颗粒分散性差；水热法颗粒分散均匀、但粒径较大；沉淀法反应不均匀，反应过程难以控制。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，它在普通沉淀法基础上，利用炭黑作为吸附剂，减少了氧化锌超细颗粒在干燥和热处理阶段的团聚和烧结，从而使合成的纳米粒子的粒径较小、颗粒均匀、晶型良好，形成比表面积大的超细氧化锌纳米粉体。为解决上述问题，本发明采用如下技术方案
本发明提供了一种炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，所述方法为将粗粉氧化锌溶于醋酸溶液中，混合到由炭黑-无水乙醇组成的溶剂体系，向混合液中缓慢滴加氨水，调节PH值，常温搅拌后倒入反应釜中，反应所得炭黑吸附的沉淀物经减压蒸馏、多次洗涤、干燥和煅烧，得高热稳定性纳米氧化锌粉体。具体制备方法为
(I)按炭黑和无水乙醇质量比为(5-7) :40的比例称取炭黑和无水乙醇，混合搅拌，超声振荡l_2h，得混合体系A ；
再按氧化锌和炭黑质量比为(3-5) :20的比例称量氧化锌，将氧化锌溶于醋酸溶液配置成浓度为O. 05-0. lmol/L的醋酸锌溶液B ；
(2)在常温下，将混合体系A和醋酸锌溶液B混合，搅拌30-60min，用氨水调节pH值为7-10，得混合体系C ;
(3)将混合体系C在常温搅拌30-60min后，倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，温度150°C _170°C，搅拌8-14h，冷却至室温，得炭黑吸附沉淀物，经多次洗涤、再经干燥和研磨后，以10-20°C /min的升温速度升温至500_800°C焙烧2_4h，得高热稳定性纳米氧化锌。
醋酸溶液的浓度为I mol/L。氨水的质量浓度为35%。用氨水调至混合溶液的pH值为8。混合体系A和醋酸锌溶液B混合，常温搅拌60min。`高压反应釜反应温度为150°C。本发明在醋酸锌和无水乙醇溶液中加入适当的炭黑，炭黑作为强的吸附剂，在高压反应釜中，温度达到150°C时，醋酸锌在溶液中水解，在反应过程中一旦形成Zn(OH)JX淀，被炭黑吸附，形成炭黑吸附的纳米Zn(OH)2体系，阻止Zn(OH)2沉淀继续长大；在焙烧过程中，当温度升高到400°C时，炭黑吸附的Zn(OH)2失水，逐渐形成炭黑吸附ZnO纳米粉末，此时炭黑未被氧化，防止了 ZnO纳米粉末的团聚；当温度升高到500°C以前，炭黑还未被氧化，进一步阻止ZnO纳米粉末的烧结；当温度升高到600°C时，炭黑已被氧化，生成分散均匀的ZnO纳米粉末，减少了在高温条件下ZnO纳米粉末的烧结。因而，本发明采用炭黑吸附水解法，在普通沉淀法基础上，利用炭黑作为吸附剂，减少了氧化锌超细颗粒在干燥和热处理阶段的团聚和烧结，从而使合成的纳米粒子的粒径较小、颗粒均匀、晶型良好，形成比表面积大的超细氧化锌纳米粉体。本发明工艺简单、操作简便、产率高，得到的产品结晶度高，比表面积大，粒径小，团聚少，光催化性能好。
图I为具体实施例I所得炭黑吸附水解法制得氧化锌前驱体经600°C焙烧2h后的TEM 图。图2为具体实施例I所得炭黑吸附水解法制得氧化锌前驱体经600°C焙烧2h后的XRD 图。
具体实施例方式实施例I
Cl)量取炭黑2. 5g，加入20ml无水乙醇中，超声振荡Ih进行预处理，得炭黑混和液；再量取粗粉氧化锌O. 5g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成60ml浓度为O. lmol/L醋酸锌溶液。(2)将炭黑混和液与醋酸锌溶液混合，缓慢滴加氨水调节溶液的pH为8.
(3)常温搅拌60min，然后倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在150°C，搅拌8h后冷却至室温，得炭黑吸附沉淀物，经多次洗涤后，在80°C的条件下干燥5h，研磨后以10°C/min的升温速度升温至600°C焙烧2h，制得粒径约20nm的氧化锌粉体。
实施例2
(I)量取炭黑6g，加入30ml无水乙醇中，超声振荡2h进行预处理，得炭黑混和液；再量取粗粉氧化锌O. 9g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成150ml浓度为O. 075mol/L醋酸锌溶液。(2)将炭黑混和液与醋酸锌溶液混合，缓慢滴加氨水调节溶液的pH为7 ;
(3)常温搅拌30min，然后倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在160°C，搅拌IOh后冷却至室温，得炭黑吸附沉淀物经，多次洗涤后，在100°C的条件下干燥3h，研磨后以15°C /min的升温速度升温至500°C焙烧4h，制得粒径约28nm的氧化锌粉体。实施例3
(I)量取炭黑5g，加入40ml无水乙醇中，超声振荡I. 5h进行预处理，得炭黑混和液；再 量取粗粉氧化锌O. 125g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成浓度为O. 09 mol/L醋酸锌溶液。(2)将炭黑混和液与醋酸锌溶液混合，缓慢滴加氨水调节溶液的pH为9 ;
(3)常温搅拌40min，然后倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在170°C，搅拌12h后冷却至室温，得炭黑吸附沉淀物经，多次洗涤后，在100°C的条件下干燥3h，研磨后以20°C /min的升温速度升温至700°C焙烧4h，制得粒径约25nm的氧化锌粉体。实施例4
(I)量取炭黑7g，加入40ml无水乙醇中，超声振荡2h进行预处理，得炭黑混和液；再量取粗粉氧化锌O. 175g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成浓度为O. lmol/L醋酸锌溶液。(2)将炭黑混和液与醋酸锌溶液混合，缓慢滴加氨水调节溶液的pH为10 ;
(3)常温搅拌60min，然后倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在150°C，搅拌14h后冷却至室温，得炭黑吸附沉淀物经，多次洗涤后，在100°C的条件下干燥3h，研磨后以10°C /min的升温速度升温至800°C焙烧4h，制得粒径约35nm的氧化锌粉体。本发明在反应液中加入适当的炭黑，作为强的吸附剂，溶液中一旦形成纳米颗粒，被炭黑吸附，阻止了超细颗粒在沉淀、干燥时的团聚，减少焙烧阶段的烧结。效果
本发明实施例I制得的纳米氧化锌，由图I、图2可知，炭黑吸附高温沉淀法制得氧化锌前驱体经600°C焙烧2h后得到的氧化锌纳米粉体，粒径约20nm左右。本发明制得的纳米氧化锌，结晶度高，比表面积大，粒径小，采用炭黑吸附法生产成本低，便于进行大规模纳米氧化锌的生产。最后应说明的是显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
权利要求
1.一种炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，其特征在于，所述方法为将粗粉氧化锌溶于醋酸溶液中，混合到由炭黑-无水乙醇组成的溶剂体系，向混合液中缓慢滴加氨水，调节PH值，常温搅拌后倒入反应釜中，反应所得炭黑吸附的沉淀物经减压蒸馏、多次洗涤、干燥和煅烧，得高热稳定性纳米氧化锌粉体。
2.如权利要求I所述的炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，其特征在于，具体制备 方法为 (1)按炭黑和无水乙醇质量比为(5-7):40的比例称取炭黑和无水乙醇，混合搅拌，超声振荡l_2h，得混合体系A ； 再按氧化锌和炭黑质量比为(3-5) :20的比例称量氧化锌，将氧化锌溶于醋酸溶液配置成浓度为O. 05-0. lmol/L的醋酸锌溶液B ； (2)在常温下，将混合体系A和醋酸锌溶液B混合，搅拌30-60min，用氨水调节pH值为7-10，得混合体系C ; (3)将混合体系C在常温搅拌30-60min后，倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，温度150°C _170°C，搅拌8-14h，冷却至室温，得炭黑吸附沉淀物，经多次洗涤、再经干燥和研磨后，以10-20°C /min的升温速度升温至500_800°C焙烧2_4h，得高热稳定性纳米氧化锌。
3.如权利要求2所述的炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，其特征在于，醋酸溶液的浓度为I mol/L。
4.如权利要求3所述的炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，其特征在于，氨水的质量浓度为35%。
5.如权利要求4所述的炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，其特征在于，用氨水调至混合溶液的PH值为8。
6.如权利要求5所述的炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，其特征在于，混合体系A和醋酸锌溶液B混合，常温搅拌60min。
7.如权利要求6所述的炭黑吸附水解法纳米氧化锌制备的方法，其特征在于，高压反应釜反应温度为150°C。
全文摘要
本发明公开了一种炭黑吸附水解法制备纳米氧化锌的方法，将粗粉氧化锌溶于醋酸溶液中，混合到由炭黑-无水乙醇组成的溶剂体系，向上述混合液中缓慢滴加氨水，调节pH，常温搅拌后倒入反应釜中，反应所得炭黑吸附的沉淀物经减压蒸馏、多次洗涤、干燥和煅烧，得高热稳定性纳米氧化锌粉体。本发明在普通沉淀法基础上，利用炭黑作为吸附剂，减少了氧化锌超细颗粒在干燥和热处理阶段的团聚和烧结，具有工艺简单、操作简便、产率高的特点，得到的产品结晶度高，比表面积大，粒径小，团聚少，光催化性能好。
文档编号C01B9/02GK102874758SQ201210363048
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者郭贵宝, 马雪莲, 安胜利, 介瑞华 申请人:内蒙古科技大学