專利名稱：一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法
技術領域：
本發明涉及一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，屬于納米材料制備技術領域。
背景技術：
近年來，由于光催化技術在日常生活的廣泛應用，例如有機-無機廢水處理，空氣凈化，紫外激光器等研究，因此許多研究者提出了關于納米光催化劑的合成制備。現有光催化劑幾乎都是二氧化鈦納米粉體及其摻雜的衍生復合物。
納米氧化鋅因為具有表面效應、量子尺寸并且無毒、非遷移性、熒光性、導電性、在紅外波段高發射性等特點，作為一種比較有潛力的光催化劑，納米氧化鋅粉體報道也逐漸
>曰夕O作為光催化劑，需要在制備過程中形成一定的晶體結構，以提高其光催化性能。在現有的各種制備方法中，固相法雖然高產率，污染少，合成工藝簡單但合成不均勻，工藝過程無法有效地干預微觀結構。氣相法合成的顆粒較細，但工藝復雜，儀器成本高，一次性投資較大。目前還常用液相法，液相法主要缺點是納米粉體在干燥、熱處理階段均容易產生團聚、燒結。液相法中的溶膠凝膠法，微乳液法，水熱法，沉淀法等，也各存在缺點溶膠凝膠法中有機溶劑一般有毒，生產周期長；微乳液法制備顆粒分散性差；水熱法顆粒分散均勻、但粒徑較大；沉淀法反應不均勻，反應過程難以控制。

發明內容
本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，它在普通沉淀法基礎上，利用炭黑作為吸附劑，減少了氧化鋅超細顆粒在干燥和熱處理階段的團聚和燒結，從而使合成的納米粒子的粒徑較小、顆粒均勻、晶型良好，形成比表面積大的超細氧化鋅納米粉體。為解決上述問題，本發明采用如下技術方案
本發明提供了一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，所述方法為將粗粉氧化鋅溶于醋酸溶液中，混合到由炭黑-無水乙醇組成的溶劑體系，向混合液中緩慢滴加氨水，調節PH值，常溫攪拌后倒入反應釜中，反應所得炭黑吸附的沉淀物經減壓蒸餾、多次洗滌、干燥和煅燒，得高熱穩定性納米氧化鋅粉體。具體制備方法為
(I)按炭黑和無水乙醇質量比為(5-7) :40的比例稱取炭黑和無水乙醇，混合攪拌，超聲振蕩l_2h，得混合體系A ；
再按氧化鋅和炭黑質量比為(3-5) :20的比例稱量氧化鋅，將氧化鋅溶于醋酸溶液配置成濃度為O. 05-0. lmol/L的醋酸鋅溶液B ；
(2)在常溫下，將混合體系A和醋酸鋅溶液B混合，攪拌30-60min，用氨水調節pH值為7-10，得混合體系C ;
(3)將混合體系C在常溫攪拌30-60min后，倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，溫度150°C _170°C，攪拌8-14h，冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物，經多次洗滌、再經干燥和研磨后，以10-20°C /min的升溫速度升溫至500_800°C焙燒2_4h，得高熱穩定性納米氧化鋅。
醋酸溶液的濃度為I mol/L。氨水的質量濃度為35%。用氨水調至混合溶液的pH值為8。混合體系A和醋酸鋅溶液B混合，常溫攪拌60min。`高壓反應釜反應溫度為150°C。本發明在醋酸鋅和無水乙醇溶液中加入適當的炭黑，炭黑作為強的吸附劑，在高壓反應釜中，溫度達到150°C時，醋酸鋅在溶液中水解，在反應過程中一旦形成Zn(OH)JX淀，被炭黑吸附，形成炭黑吸附的納米Zn(OH)2體系，阻止Zn(OH)2沉淀繼續長大；在焙燒過程中，當溫度升高到400°C時，炭黑吸附的Zn(OH)2失水，逐漸形成炭黑吸附ZnO納米粉末，此時炭黑未被氧化，防止了 ZnO納米粉末的團聚；當溫度升高到500°C以前，炭黑還未被氧化，進一步阻止ZnO納米粉末的燒結；當溫度升高到600°C時，炭黑已被氧化，生成分散均勻的ZnO納米粉末，減少了在高溫條件下ZnO納米粉末的燒結。因而，本發明采用炭黑吸附水解法，在普通沉淀法基礎上，利用炭黑作為吸附劑，減少了氧化鋅超細顆粒在干燥和熱處理階段的團聚和燒結，從而使合成的納米粒子的粒徑較小、顆粒均勻、晶型良好，形成比表面積大的超細氧化鋅納米粉體。本發明工藝簡單、操作簡便、產率高，得到的產品結晶度高，比表面積大，粒徑小，團聚少，光催化性能好。


圖I為具體實施例I所得炭黑吸附水解法制得氧化鋅前驅體經600°C焙燒2h后的TEM 圖。圖2為具體實施例I所得炭黑吸附水解法制得氧化鋅前驅體經600°C焙燒2h后的XRD 圖。
具體實施例方式實施例I
Cl)量取炭黑2. 5g，加入20ml無水乙醇中，超聲振蕩Ih進行預處理，得炭黑混和液；再量取粗粉氧化鋅O. 5g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成60ml濃度為O. lmol/L醋酸鋅溶液。(2)將炭黑混和液與醋酸鋅溶液混合，緩慢滴加氨水調節溶液的pH為8.
(3)常溫攪拌60min，然后倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在150°C，攪拌8h后冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物，經多次洗滌后，在80°C的條件下干燥5h，研磨后以10°C/min的升溫速度升溫至600°C焙燒2h，制得粒徑約20nm的氧化鋅粉體。
實施例2
(I)量取炭黑6g，加入30ml無水乙醇中，超聲振蕩2h進行預處理，得炭黑混和液；再量取粗粉氧化鋅O. 9g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成150ml濃度為O. 075mol/L醋酸鋅溶液。(2)將炭黑混和液與醋酸鋅溶液混合，緩慢滴加氨水調節溶液的pH為7 ;
(3)常溫攪拌30min，然后倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在160°C，攪拌IOh后冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物經，多次洗滌后，在100°C的條件下干燥3h，研磨后以15°C /min的升溫速度升溫至500°C焙燒4h，制得粒徑約28nm的氧化鋅粉體。實施例3
(I)量取炭黑5g，加入40ml無水乙醇中，超聲振蕩I. 5h進行預處理，得炭黑混和液；再 量取粗粉氧化鋅O. 125g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成濃度為O. 09 mol/L醋酸鋅溶液。(2)將炭黑混和液與醋酸鋅溶液混合，緩慢滴加氨水調節溶液的pH為9 ;
(3)常溫攪拌40min，然后倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在170°C，攪拌12h后冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物經，多次洗滌后，在100°C的條件下干燥3h，研磨后以20°C /min的升溫速度升溫至700°C焙燒4h，制得粒徑約25nm的氧化鋅粉體。實施例4
(I)量取炭黑7g，加入40ml無水乙醇中，超聲振蕩2h進行預處理，得炭黑混和液；再量取粗粉氧化鋅O. 175g，溶于lmol/L的醋酸溶液中，配成濃度為O. lmol/L醋酸鋅溶液。(2)將炭黑混和液與醋酸鋅溶液混合，緩慢滴加氨水調節溶液的pH為10 ;
(3)常溫攪拌60min，然后倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在150°C，攪拌14h后冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物經，多次洗滌后，在100°C的條件下干燥3h，研磨后以10°C /min的升溫速度升溫至800°C焙燒4h，制得粒徑約35nm的氧化鋅粉體。本發明在反應液中加入適當的炭黑，作為強的吸附劑，溶液中一旦形成納米顆粒，被炭黑吸附，阻止了超細顆粒在沉淀、干燥時的團聚，減少焙燒階段的燒結。效果
本發明實施例I制得的納米氧化鋅，由圖I、圖2可知，炭黑吸附高溫沉淀法制得氧化鋅前驅體經600°C焙燒2h后得到的氧化鋅納米粉體，粒徑約20nm左右。本發明制得的納米氧化鋅，結晶度高，比表面積大，粒徑小，采用炭黑吸附法生產成本低，便于進行大規模納米氧化鋅的生產。最后應說明的是顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
權利要求
1.一種炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，所述方法為將粗粉氧化鋅溶于醋酸溶液中，混合到由炭黑-無水乙醇組成的溶劑體系，向混合液中緩慢滴加氨水，調節PH值，常溫攪拌后倒入反應釜中，反應所得炭黑吸附的沉淀物經減壓蒸餾、多次洗滌、干燥和煅燒，得高熱穩定性納米氧化鋅粉體。
2.如權利要求I所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，具體制備 方法為 (1)按炭黑和無水乙醇質量比為(5-7):40的比例稱取炭黑和無水乙醇，混合攪拌，超聲振蕩l_2h，得混合體系A ； 再按氧化鋅和炭黑質量比為(3-5) :20的比例稱量氧化鋅，將氧化鋅溶于醋酸溶液配置成濃度為O. 05-0. lmol/L的醋酸鋅溶液B ； (2)在常溫下，將混合體系A和醋酸鋅溶液B混合，攪拌30-60min，用氨水調節pH值為7-10，得混合體系C ; (3)將混合體系C在常溫攪拌30-60min后，倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，溫度150°C _170°C，攪拌8-14h，冷卻至室溫，得炭黑吸附沉淀物，經多次洗滌、再經干燥和研磨后，以10-20°C /min的升溫速度升溫至500_800°C焙燒2_4h，得高熱穩定性納米氧化鋅。
3.如權利要求2所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，醋酸溶液的濃度為I mol/L。
4.如權利要求3所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，氨水的質量濃度為35%。
5.如權利要求4所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，用氨水調至混合溶液的PH值為8。
6.如權利要求5所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，混合體系A和醋酸鋅溶液B混合，常溫攪拌60min。
7.如權利要求6所述的炭黑吸附水解法納米氧化鋅制備的方法，其特征在于，高壓反應釜反應溫度為150°C。
全文摘要
本發明公開了一種炭黑吸附水解法制備納米氧化鋅的方法，將粗粉氧化鋅溶于醋酸溶液中，混合到由炭黑-無水乙醇組成的溶劑體系，向上述混合液中緩慢滴加氨水，調節pH，常溫攪拌后倒入反應釜中，反應所得炭黑吸附的沉淀物經減壓蒸餾、多次洗滌、干燥和煅燒，得高熱穩定性納米氧化鋅粉體。本發明在普通沉淀法基礎上，利用炭黑作為吸附劑，減少了氧化鋅超細顆粒在干燥和熱處理階段的團聚和燒結，具有工藝簡單、操作簡便、產率高的特點，得到的產品結晶度高，比表面積大，粒徑小，團聚少，光催化性能好。
文檔編號C01B9/02GK102874758SQ201210363048
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者郭貴寶, 馬雪蓮, 安勝利, 介瑞華 申請人:內蒙古科技大學