氧化锌粉体的制备方法

氧化锌制备
氧化锌可以通过不同的方法进行制备，常见的方法有以下几种：
1. 煅烧法：将锌粉或锌矿石在空气中进行高温煅烧，使其氧化生成氧化锌。

这种方法适合大规模工业生产。

2. 水热法：将锌离子与氢氧化钠或氢氧化铵等氢氧化物进行反应，生成氢氧化锌沉淀。

然后将氢氧化锌沉淀在高温和高压的条件下经过一定时间处理，得到氧化锌。

3. 溶胶-凝胶法：通过将适当的锌盐与氨水或其他碱性溶液反
应生成氢氧化锌溶胶，然后经过适当的处理得到氧化锌胶体。

最后将氧化锌胶体进行干燥和煅烧，得到氧化锌粉末。

4. 溶液法：将适当的锌盐溶解在水或其他溶剂中，加入适量的碱性溶液，使得pH值升高。

在适当的条件下，锌盐会与碱性
溶液中的氢氧化物反应生成氢氧化锌沉淀。

然后将氢氧化锌沉淀进行过滤、洗涤、干燥和煅烧，最终得到氧化锌粉末。

需要注意的是，不同的制备方法所得到的氧化锌粉末的颗粒大小、形貌以及性质可能会有所差异。

选取合适的制备方法可以根据具体的需求和应用。

实验七沉淀法制备纳米氧化锌粉体一、实验目的1、了解沉淀法制备纳米粉体的实验原理。

2、掌握沉淀法制备纳米氧化锌的制备过程和化学反应原理。

3、了解反应条件对实验产物形貌的影响，并对实验产物会表征分析。

二、实验原理氧化锌是一种重要的宽带隙(3.37 eV)半导体氧化物，常温下激发键能为60 meV。

近年来，低维（0维、1维、2维）纳米材料由于具有新颖的性质已经引起了人们广泛的兴趣。

氧化锌纳米材料已经应用在纳米发电机、紫外激光器、传感器和燃料电池等方面。

通常的制备方法有蒸发法、液相法。

我们在这里主要讨论沉淀法。

沉淀法是指包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH--，CO32-等)后，或在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去，得到所需的化合物粉料。

均匀沉淀法是利用化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来。

而加入的沉淀剂不是立即在溶液中发生沉淀反应，而是通过沉淀剂在加热的情况下缓慢水解，在溶液中均匀地反应。

纳米颗粒在液相中的形成和析出分为两个过程，一个是核的形成过程，称为成核过程；另一个是核的长大，称为生长过程。

这两个过程的控制对于产物的晶相、尺寸和形貌是非常重要的。

制备氧化锌常用的原料是可溶性的锌盐,如硝酸锌Zn(NO3)2、氯化锌ZnCl2、醋酸锌。

常用的沉淀剂有氢氧化钠（NaOH ）、氨水（NH 3. H 2O ）、尿素（CO(NH 2)2）。

一般情况下，锌盐在碱性条件下只能生产Zn(OH)2沉淀，不能得到氧化锌晶体，要得到氧化锌晶体通常需要进行煅烧高温。

均匀沉淀法通常使用尿素作为沉淀剂，通过尿素分解反应在反应过程中产生NH 3 H 2O 与锌离子反应产生沉淀。

反应如下：O H NH CO O H NH CO 23222223)(⋅+→+ (1)OH -的生成：-++→⋅OH NH O H NH 423 (2)CO 32-的生成：O H CO NH CO O H NH 223422322++→+⋅-+ (3)形成前驱物碱式碳酸锌的反应：()↓⋅⋅→+++--+O H OH Zn ZnCO O H OH CO Zn 2232232243 (4)热处理后得产物ZnO ：()O H CO ZnO O H OH Zn ZnCO 22223232+↑+→⋅⋅ (5)本实验通过Zn(NO 3)2和NaOH 之间反应得到的Zn(OH)42-进行热分解反应制备了氧化锌纳米晶体。

液相法制备氧化锌纳米粉体的汇报人：2024-01-01•液相法制备氧化锌纳米粉体的概述•液相法制备氧化锌纳米粉体的实验材料与方法目录•液相法制备氧化锌纳米粉体的实验过程与结果分析•液相法制备氧化锌纳米粉体的研究结论与展望•参考文献目录01液相法制备氧化锌纳米粉体的概述液相法是一种制备纳米粉体的常用方法，通过控制溶液中的化学反应条件，如温度、压力、浓度等，使原料在液相中发生化学反应，生成所需的纳米粉体。

液相法的特点包括：反应条件温和、易于控制、可实现大规模生产、产物纯净等。

液相法的定义与特点液相法制备氧化锌纳米粉体的原理液相法制备氧化锌纳米粉体的原理主要涉及水热法或溶剂热法。

在这些方法中，锌盐和碱溶液在一定温度和压力下发生反应，生成氢氧化锌前驱体。

随后，通过控制反应条件，如温度和pH值，使前驱体发生热分解或氧化反应，最终生成氧化锌纳米粉体。

具体的反应过程可能包括：锌盐的水解、前驱体的形成、前驱体的热分解或氧化、纳米粉体的结晶与生长等步骤。

液相法制备氧化锌纳米粉体的应用前景氧化锌纳米粉体在许多领域具有广泛的应用前景，如光催化、传感器、太阳能电池、荧光材料等。

通过液相法制备得到的氧化锌纳米粉体具有纯度高、粒径小、分散性好等优点，有望在上述领域发挥重要作用。

此外，液相法制备氧化锌纳米粉体还具有工艺简单、成本低廉、可实现大规模生产等优点，有望为工业化生产和应用提供有力支持。

02液相法制备氧化锌纳米粉体的实验材料与方法用于调节溶液pH值。

氢氧化钠作为锌源，提供氧化锌所需的锌元素。

硝酸锌制备溶液的溶剂。

去离子水如十二烷基硫酸钠，用于稳定纳米颗粒，防止团聚。

表面活性剂实验材料磁力搅拌器：用于混合溶液。

离心机：分离和洗涤纳米颗粒。

热恒温鼓风干燥箱：加热反应溶液。

电子天平：称量实验材料。

实验设备将氢氧化钠和硝酸锌溶解在去离子水中，得到硝酸锌和氢氧化钠的混合溶液。

配置溶液将混合溶液加热至一定温度，并保持一定时间，使锌离子发生水解反应，生成氧化锌纳米颗粒。

实验沉淀法制备纳米氧化锌粉体
本实验采用沉淀法制备纳米氧化锌粉体。

沉淀法是一种化学反应沉淀物形成的方法，
通过控制反应条件和物质浓度，可以制备出不同形状和尺寸的纳米材料。

此方法操作简便，且制备出的产物具有较高的纯度和稳定性。

实验步骤如下：
1.将0.5 mol/L的硝酸锌溶液和0.5 mol/L的氨水溶液分别放入两个棕色草酸烧杯中。

注意要保持溶液的相对浓度相同。

2.将氨水溶液滴加到硝酸锌溶液中，同时使用玻璃搅拌棒搅拌，直到反应液变为乳白
色悬浮液。

搅拌时间约为10分钟。

3.将制备好的纳米氧化锌悬浮液通过滤纸过滤，并使用蒸馏水洗涤几次，以去除余留
的氨水和硝酸离子。

4.将过滤后的纳米氧化锌沉淀用乙醇和热水脱水，然后干燥。

此时产生了均匀的纳米
氧化锌粉末。

5.为了控制氧化锌的粒径，可以改变氨水和硝酸锌的浓度，或者改变反应时间和温度
等反应条件。

实验注意事项：
1.实验过程中要避免吸入或接触硝酸锌、氨水等有害化学物质。

2.制备纳米氧化锌粉末时，要保持反应体系的纯度，避免杂质的干扰。

3.沉淀法制备纳米材料时，反应时间、温度和物质浓度等条件应根据具体情况进行控制，以使产物的形状和尺寸满足要求。

4.实验过程中要注意实验室安全，遵守安全操作规程，配备相应的防护措施。

综上所述，通过沉淀法制备纳米氧化锌粉体的实验步骤简单，产物纯度高，可以通过
调节反应条件控制纳米氧化锌的粒径。

这种方法可以应用于制备其他纳米材料，并具有广
泛的应用前景。

氧化锌生产工艺流程氧化锌生产工艺流程可分为两个主要步骤：氧化锌粉体的制备和氧化锌粉体的烧结。

首先，氧化锌粉体的制备通常使用锌矿石作为原料。

锌矿石经过破碎和磨细的处理，得到合适的粒度。

然后，锌矿石与氧化剂一起进入反应釜进行反应。

氧化剂通常使用氧气或空气，反应釜内必须保持一定的温度和压力，同时搅拌均匀。

在反应过程中，锌矿石发生氧化反应，生成锌氧化物。

反应后，反应物被送入过滤设备进行分离。

分离得到的固体产物即为氧化锌粉体。

为了提高氧化锌的纯度和细度，可以进行洗涤和筛分等后续处理。

接下来，氧化锌粉体需要通过烧结工艺进行进一步的处理。

首先，将氧化锌粉体放入烧结炉中。

烧结炉需要控制炉内的温度、气氛和时间等参数，以确保烧结过程的顺利进行。

在适当的温度下，氧化锌粉体发生烧结反应，颗粒间的结合力增强。

烧结反应完成后，将烧结体从炉中取出，冷却。

冷却后的产物即为成品氧化锌。

成品氧化锌可以通过研磨等后续工艺进一步提高细度和均匀性。

整个氧化锌生产工艺流程中，需要控制各个环节的温度、压力和气氛等参数，以确保产品的质量。

同时，对原料的选择和质量控制也是至关重要的。

需要指出的是，氧化锌的生产工艺流程因厂家和设备的不同而略有差异，上述仅为一种常见的氧化锌生产工艺流程。

不同厂家和设备可能采用不同的工艺和设备，但通常都包含前述的氧化锌粉体制备和烧结两个主要步骤。

氧化锌广泛应用于橡胶、塑料、涂料和陶瓷等工业中，同时也用于医药、化妆品和食品等领域。

高品质的氧化锌产品需要在生产过程中严格控制各个环节，并进行质量检测和控制。

生产工艺的改进和技术的创新将有助于提高氧化锌产品的品质和竞争力。

1．纳米氧化锌的性质1.1表面效应表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化，随着粒径减小,表面原子数迅速增加，另外 ,随着粒径的减小,纳米粒子的表面积、表面能及表面结合都迅速增大这主要是由于粒径越小,处于表面的原子数越多表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同表面原子周围缺少相邻的原子,有许多悬空键,具有不饱和性质 ,易与其它原子相结合而稳定下来,故具有很大的化学活性 ,晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多,其表面能大大增加伴随表面能的增加 ,其颗粒的表面原子数增多 ,表面原子数与颗粒的总原子数的比值被增大 ,于是便产生了“表面效应”,即“表面能”与“体积能”的区分就失去了意义 ,使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化 ,导致纳米材料具有许多奇特的性能1.2体积效应当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化 ,这就是纳米粒子的体积效应这种体积效应为实用开拓了广阔的新领域。

2.纳米氧化锌的制备技术制备纳米氧化锌的方法主要是物理法和化学法。

其中,化学法是常用的方法。

2.1物理法物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。

机械粉碎法是采用特殊的机械粉碎、电火花爆炸等技术 ,将普通级别的氧化锌粉碎至超细。

其中张伟等人利用立式振动磨制备纳米粉体 ,得到了α-Al2O3，ZnO、MgSiO3等超微粉 ,最细粒度达到 0. 1μm此法虽然工艺简单 ,但却具有能耗大,产品纯度低 ,粒度分布不均匀 ,研磨介质的尺寸和进料的细度影响粉碎效能等缺点。

最大的不足是该法得不到1—100nm 的粉体 ,因此工业上并不常用此法;而深度塑性变形法是使原材料在净静压作用下发生严重塑性形变 ,使材料的尺寸细化到纳米量级。

这种独特的方法最初是由 Islamgaliev 等人于 1994 年初发展起来的。

溶胶-凝胶法制备超细氧化锌粉末一、实验目的主要是了解粉末材料的一种制备方法和影响因素。

氧化锌ZnO 俗称锌白，为两性氧化物，密度为 5.68g · cm -3，熔点为1975 ℃，溶于酸和碱金属氢氧化物、氨水、碳酸铵和氧化铵溶液，难溶于水和乙醇，无味，无毒，无臭，在空气中易吸收二氧化碳和水。

纳米氧化锌为白色或微黄色晶体粉末，当其粒子尺寸在 1 ～100nm 之间时，由于颗粒尺寸细微化，纳米氧化锌能产生其本体块状材料所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，纳米氧化锌属六方晶系纤锌矿结构，是一种新型高功能精细无机材料，在磁、光、电、敏感等方面具有一些特殊性能。

主要应用在橡胶、油漆、涂料、印染、玻璃、医药、化妆品和电子等工业，作为抗菌添加剂、防晒剂、光催化剂、气体传感器、图像记录材料、吸波材料、导电材料、压电材料、橡胶添加剂等被广泛的应用。

纳米氧化锌的制备方法有很多，如沉淀法、微乳液法、溶胶- 凝胶法等二、制备原理：溶胶--凝胶法是将金属有机或无机化合物经过溶液水解、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而形成氧化物或其他化合物粉体的方法，其过程是：用液体化学试剂或溶胶为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系。

放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再经过烧结固化制备出致密的氧化物材料。

溶胶--凝胶法制得的粉体粒度可控，分布均匀，纯度高，而且设备简单，易于控制。

基本反应原理如下：(1) 溶剂化：能电离的前驱物-金属盐的金属阳离子M z+将吸引水分子形成溶剂单元M(H2O)n z+ (Z 为M 离子的价数)，为保持它的配位数而有强烈地释放H+的趋势：M(H 2 O)n z+——M(H2 O) n-1 (OH) (z -1)++ H+(1)这时如有其它离子进入就可能产生聚合反应，但反应式极为复杂；(2)水解反应：非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)n(n 为金属M 的原子价) 与水反应：M(OR)n + xH 2 O——M(OH)x(OR)n-x + xROH (2)反应可延续进行，直至生成M(OH)n(3)缩聚反应：缩聚反应可分为失水缩聚：—M—OH+HO—M—→ —M—O—M—+H 2 O (3)和失醇缩聚：—M—OR+HO—M—→ —M—O—M—+ROH (4)反应生成物是各种尺寸和结构的溶胶体粒子。

实验三、活性氧化锌粉体制备及气敏性能测定氧化锌是一种多功能材料，在压电陶瓷、颜料、石油化工、催化、橡胶、塑料、涂料、电子及敏感材料等领域得到广泛应用。

作为半导体气敏材料，氧化锌是研究最早、应用最广泛的气敏材料之一，它的优点是对可燃气体具有较高的检测灵敏度，通过掺杂提高其气敏选择性，从而达到对硫化氢、液化气、乙醇蒸汽和一氧化碳等气体的选择性检测。

氧化锌气敏材料的缺点是工作温度较高，一般为400 ~ 500℃，气敏选择性较差。

因此，对氧化锌气敏材料的改进主要集中在提高灵敏度、改善选择性、降低功耗等方面。

其方法有贵金属或稀土金属掺杂、氧化物复合以及元件表面修饰等。

活性氧化锌的制备方法主要是化学沉淀法，其中包括直接沉淀法和间接沉淀法。

直接沉淀法是向锌溶液中加入沉淀剂(如碳酸铵，氨水，草酸铵等)，直接发生反应形成氧化锌前驱物沉淀，之后煅烧得到活性氧化锌粉末。

间接沉淀法是向锌溶液中加入尿素或六次甲基四铵等均相沉淀剂，通过它们在溶液中进行的化学反应(生成沉淀剂)使前驱物沉淀在溶液中均匀缓慢析出，经煅烧得到活性氧化锌粉体。

本实验用稀硫酸酸浸锌焙砂得到Zn2+溶液，之后以碳酸铵为沉淀剂，采用直接沉淀法制备活性氧化锌粉体。

将该粉体涂敷在陶瓷管表面制成气敏元件，用电压测量法测定活性氧化锌对乙醇蒸汽的气敏性能。

一、实验目的1、通过氧化锌粉体的制备，了解液相法制备粉体材料的一般方法和过程；2、了解和使用差热-热重分析(TG−DTA)测定固体物质的热分解性能；3、使用X−射线衍射分析(XRD)测定固体物质的物相结构；4、通过氧化锌气敏材料的制备和性能测试，了解其它气敏材料的制备、气敏性能测定的一般方法。

二、基本原理1、锌焙砂制备氧化锌锌焙砂系由锌精矿经氧化焙烧得到，用稀硫酸溶解时发生下列反应：ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O锌焙砂中的杂质元素也和硫酸反应FeO·Fe2O3 + 4 H2SO4 = FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4 H2OMnO2 + H2SO4 = MnSO4 + 1/2 O2 + H2OCuO + H2SO4 = CuSO4 + H2OCdO + H2SO4 = CdSO4 + H2ONiO + H2SO4 = NiSO4 + H2O从共存杂质元素性质可知除杂的关键是除去铁、锰。

氧化锌制备，间接法，直接法，湿化学法，水热合成法氧化锌制备途径自然界的红锌矿中存在氧化锌，但纯度不高。

工业生产中使用的氧化锌通常以燃烧锌或焙烧闪锌矿的方式取得。

全球氧化锌的年产量在1000万吨左右，有以下几种生产方法。

氧化锌制备的间接法间接法的原材料是经过冶炼得到的金属锌锭或锌渣。

锌在石墨坩埚内于1000 °C的高温下转换为锌蒸汽，随后被鼓入的空气氧化生成氧化锌，并在冷却管后收集得氧化锌颗粒。

间接法是于1844年由法国科学家勒克莱尔推广的，因此又称为法国法。

间接法生产氧化锌的工艺技术简单，成本受原料的影响较大。

氧化锌制备的直接法直接法以各种含锌矿物或杂物为原料。

氧化锌在与焦炭加热反应时，被还原成金属锌被蒸汽，同时再被空气中的氧气氧化为氧化锌，以除去大部分杂质。

直接法获得的氧化锌颗粒粗，产品纯度在75%-95%之间，一般用于要求较低的橡胶、陶瓷行业。

氧化锌制备的湿化学法湿化学法大体可分为两类：酸法与氨法。

二者分别使用酸或碱与原料反应，而后制备碳酸锌或氢氧化锌沉淀。

经过过滤、洗涤、烘干和800°C的煅烧后，最终得到粒径在1~100纳米的高纯度轻质氧化锌。

酸法通常是将含锌原料与硫酸反应，得到含有重金属离子的非纯净的硫酸锌溶液。

然后经过氧化除杂、还原除杂，以及多次沉淀，用色可赛思萃淋树脂除去大量的铁离子，得到纯净的硫酸锌溶液。

将此溶液与纯碱中和，得到固体的碱式碳酸锌。

用色可赛思萃淋树脂锌液除氟去氯。

碱式碳酸锌经洗涤、烘干及煅烧，得到轻质氧化锌。

酸法生产的产品质量较高。

氨法通常是用氨水及碳铵与含锌原料反应，得到锌氨络合物，然后除杂，得到合格的锌氨络合溶液，然后经过蒸氨，使锌氨络合物转换为碱式碳酸锌。

最后经烘干、煅烧而得到轻质氧化锌。

氨法的成本相对较低。

氧化锌制备的水热合成法水热合成法是指在密闭的反应器（高压釜）中，通过将反应体系水溶液加热至临界温度，从而产生高压环境并进行无机合成的一种生产方法。

沉淀法制备氧化锌粉体郑兴芳，郭成花，郑建国（临沂大学化学化工学院，山东临沂276005）摘要：以碳酸钠和硫酸锌为原料，采用沉淀法制备前驱体碱式碳酸锌，前驱体经过热分解得到氧化锌粉体。

采用热重分析（TG-DTG-DTA）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）和扫描电镜（SEM）等方法对前驱体和产品氧化锌进行表征。

结果表明：制备的前驱体为碱式碳酸锌Zn4（OH）6CO3；以水、乙二醇为溶剂及聚乙二醇（PEG）为分散剂，均可制备出较为纯净的氧化锌；乙二醇为溶剂和PEG为分散剂，改善了氧化锌的形貌和分散性，避免了氧化锌团聚。

关键词：氧化锌；制备；沉淀法中图分类号：TQ132.4文献标识码：A文章编号：1006-4990（2012）03-0019-03Preparation of zinc oxide powder by precipitation methodZheng Xingfang，Guo Chenghua，Zheng Jianguo（School of Chemistry and Chemical Engineering，Linyi University，Linyi276005，China）Abstract：The precursor，basic zinc carbonate was obtained by precipitation method with ZnSO4and Na2CO3as raw materials. Then ZnO powders were prepared after pyrolysis of precursor.Precursor and ZnO powders were characterized and analyzed by TG-DTG-DTA，XRD，IR，and SEM respectively.Results showed that the precursor was Zn4（OH）6CO3；pure ZnO can be both prepared by water and ethylene glycol as solvents and by PEG as dispersant；and the morphology and dispersibility of ZnO could be improved and agglomeration could be avoided with ethylene glycol as solvent and PEG as dispersant.Key words：zinc oxide；preparation；precipitation method纳米氧化锌由于其粒子尺寸小、比表面积大、具有明显的表面与界面效应等特点，在化学、光学、生物和电学等方面表现出许多独特的优异的物理和化学性能，被广泛应用于变阻器、气体敏感材料、电材料以及光材料等重要领域。

水热法制备氧化锌粉体
内容：原料的计算，工艺流程（每组四个工艺参数），反应机理，过程操作
1、原料的计算：
取m(ZnO)=4.069g，则Zn(NO3) + 2NaOH=ZnO↓+ 2NaNO3 + H2O
189.481.38
n 4.069g
则n = 9.47g
由反应方程式得，取硝酸锌为9.47克，氢氧化钠为10克
2、工艺流程（每组四个工艺参数）：
Zn(NO
3) NaOH
CH
3CH3（超声波）
加离子水N2HCH2CH2NH2
160
3、反应机理：
Zn(NO3) + 2NaOH=ZnO↓+ 2NaNO3 + H2O
CH3CH2OH + NaOH = CH3CH2ONa +H2O
CH3CH2OH + 2NaNO3 = CH3CH2ONa +H2O
CH3CH2ONa + N2HCH2CH2NH2= CH3CH2O- NHCH2CH2NH- CH3CH2O
4、过程操作
去离子水与无水乙醇比例（单位：ml）
取9.47g硝酸锌与10g氢氧化钠溶解在去离子水中，形成50ml水溶液，在1、2、3、4的水热高压釜各加入上述溶液3ml，按表配比，在四个水热高压釜中各加入去离子水与无水乙醇形成混合物。

随后四个水热高压釜均加入5ml乙二胺，用超声波震荡30min,将水热高压釜置于水热炉中，保温160℃，24h，待水热炉温度降至室温（40-50℃）后将水热高压釜从水热炉中取出，放置于阴凉处，2h后，开启水热高压釜，将所得纳米氧化锌，用去离子水和丙酮洗净，干燥，称取。

氧化锌煅烧粉末
氧化锌煅烧粉末是指将锌粉或锌矿经过煅烧处理后得到的氧化锌粉末。

具体的制备过程一般包括以下步骤：
1. 材料准备：选取高纯度的锌粉或锌矿作为原料。

2. 烘干处理：将锌粉或锌矿进行烘干，以去除杂质和水分。

3. 煅烧处理：将烘干后的锌粉或锌矿放入高温炉中，进行煅烧处理。

煅烧温度一般在800摄氏度以上，用于将锌粉或锌矿中的锌氧化成锌氧化物。

4. 粉碎处理：将经过煅烧处理的样品进行粉碎，得到氧化锌粉末。

氧化锌煅烧粉末在工业和科学研究中有广泛的应用，可用于制备电池、陶瓷材料、涂料、橡胶、塑料、石油催化剂等。

同时，氧化锌粉末还具有一定的抗菌、防腐、紫外线吸收等特性，因此也可用于制备医药、化妆品等产品。

水热法制备氧化锌粉体第l3卷第1期1998年2月无机材料JournalofInorganicMaterialsVol13,N01Feb1998水热法制备氧化锌粉体1中所.L~20泰00一摘要.l本文报道了前驱物分置水热法制备ZnO粉体的实验结果.对前驱物种类,反应温度与产1引言关键词掌里纽分类号TF123氧化锌粉体氟b皂f氧化锌陶瓷是一种应用广泛的功能材料可用来制作压敏电阻器,传感器等功能器件近年来发现氧化锌超细粉体在光电子领域具有一定的应用前景可用作光催化剂,非线性光学材料等.制备优质氧化锌粉体是提高相应陶瓷材料性能的基础,工业上通常用草酸锌分解的方法来制备ZnO粉体,但所得产物粒度大,且分布宽烧结活性差,给氧化锌材料的应用带来了很大限制.水热法是一种制备优质超细粉体的湿化学方法.水热法制备粉体工艺相对较为简单,不需要高温灼烧处理可直接得到结晶完好,粒度分布窄的粉体.近年来,水热法制备ZrO,BaTiO3,PLZT等超细粉体得到了深入的研究【j』_水热法制备陶瓷粉体在较低的温度下进行,反应速度并不很高,因此所得粉体粒度相对于反应速度较高的粉体制备方法(如气相法等)制得的粉体粒度更大_2J_为了加快水热反应速度,可在水热反应体系中增加其它措施,如加入微波场(即微渡水热)和反应电极埋弧(REsA)等.结果发现可使水热反应速度提高1—2个数量级.并使产物粒度有所减少水热法粉体制备是在物料恒定的条件下进行.如果采取一定的措施加快成核速率,在一相对较短的时间内形成足够多的晶核.并在长大的晶粒数不太多之前将体系中剩余溶质消耗殆尽就可能使产物粒度有所减小.根据晶体生长理论,体系中晶粒成核速率(单位体积单位时间内形成的晶核数1可表示为:J=Bexp(一/KT1式中.为形成临界晶核所需克服的能垒.对于溶液体系,B因子与溶液中溶质浓度成正比.也与流向晶核表面的粒子流成正比.粒子流取决于体系中扩散速率及晶核数的增加.1997—01—06收到初稿,199703—03收到修改稿国家自然科学基金重点项目(),无机材料l3卷溶液中溶质离子,分子或离子团进入晶核时,必须断裂其与溶剂分子的连接,即需破坏溶剂化效应,并且克服成核的能垒.整个过程(包括溶剂化效应的破坏和成核能垒的克服)所需的能量称之为成核活化能它可通过实验加以确定.B固子可写为如下显函数形式:(一E/KT)式中,.为临界晶核半径,n为溶液中溶质的密度.为溶质分子运动平均自由程,为溶质分子的振动频率.通过上述分析,可知在不改变其它水热反应条件下如果在一相当短的时间内,使反应物的浓度有极大的增加就可大大加快成核速率,从而达到减小产物晶粒粒度的目的基于上的认识,作者在水热法制备氧化锌粉体研究中,对高压釜贵金属内衬形式和前驱物的放置作了改进,即形成了所谓的前驱物分置水热技术.本文报道了前驱物分置水热法制备ZnO粉体的实验结果,讨论了反应温度,前驱物种类及摩尔配比与产物物相,晶粒形貌,晶粒颗粒度的关系,对前驱物分置水热法与普通水热法制备粉体作了比较.●2实验水热反应在腔体尺寸为3O×350ram的管状高压釜中进行.当水热反应温度为,体系填充度为85%时,实测体系压力约为20MPa选用一定浓度的锌盐(ZnCI2Zn(NO3)2,Zn(CHzCO0)2等)水溶液和碱(NH3-H20,KOH等)作为反应前驱物.通过以下两种方法将上述两类前驱物分置于高压釜内:(I)复合坩埚法在高压釜内放入用贵金属制成的复合坩埚.上部小坩埚有效体积与大坩埚有效体积之比为O4:1.按所确定的填充度在上部小坩埚内放置一定体积的碱液,在大坩埚内放入一定体积的锌盐水溶液(见图1(a)).(2)单坩埚法在高压釜内放入贵金属制成的直筒式坩埚.坩埚与釜反应腔内壁之间的有效体积与坩埚有效体积之比为:1.按所确定的填充度在坩埚内放置一定体积的锌盐水溶液,在坩埚与釜壁之间放置一定体积的碱液(见图1(b))水热反应时,需通过调节上部和下部加热器功率,使得高压釜上,下部温度基本相同.将碱液和锌盐水溶液分置于高压釜内.在一定水热反应温度下,体系内三相(气相,液相和固相)共存,高压釜反应腔内被反应介质完全充满.此时,分置的碱液必然与锌盐水溶液迅速混合,如选用的碱是NHsH0,若水热反应后得到ZnO晶粒,则体系中发生的反应是:2NH3-H2O+Zn(x:C1一,NO一,CH3COO一)—}ZnO+2NH4x(3)如选用的碱液是KOH,水热体系中发生的反应是:KOH+ZnX2(X=CI一,NO,CH3COO一)—+znO工+2K【4)水热反应后,作固液分离所得产物用去离子水反复洗涤后,在空气中烘干对样品进行了x射线衍射(XRD,理学IL4X-10),透射电子显微镜(TEM日本电子,JEM-2010)等检测表征.3结果和讨论产物物相l期图2给出了不同反应温度下前驱物分置水热法制得粉体的XRD谱.从图可看到,采用ZnC12水溶液和NH3”H2O为前驱物并作分置,前驱物锌,氨摩尔数之比为1:15,当水热反应温度为时,产物中除六方钎锌矿ZnO晶粒外,还含有Zn5(OH)sC12和Zn(NH3)2C12等锌的碱式盐(图2(a)).提高反应温度,产物基本上都是六方钎锌矿ZnO晶粒(图2(b)).采用其它锌可溶性盐溶液(如Zn(NO3))和改变沉淀剂种类(如采用KOH),也得到了相同的结果.将前驱物锌,氨摩尔数提高至1:5,经,8h水热反应,只能得到极少量的固态产物水热反应时随着温度的升高和体系中溶液的逐渐气化,分置的碱溶液与锌盐溶液混合,即可生成锌一氨或锌一羟基络离子.当水热反应温度相对较低时,相应的锌碱式盐不能分解,最终混入产物之中提高水热反应温度,此类锌碱式盐变得不稳定,因此产物中六方钎锌矿ZnO晶粒的含量有相当的提高.另一方面,如果所用沉淀剂量大大过量,而水热反应温度叉不是足够高时,则体系中的大部分锌离子都转化为锌一氨或锌一羟基络离子并留在溶液中,最终只能得到很少量的固态产物.因此,就采用前驱物分置水热法制备ZnO粉体而言,应使反应在较高温度下进行,同时严格控制前驱物摩尔配比(即可溶性锌盐与沉淀剂的摩尔配比),方可制得纯度较高的ZnO粉体.图1前驱物高压釜内分置技术FiglIllustrationofprecursorseparationhvdrothermalmethod(a)Double-crucibiel(b)Singlecrucible产物晶粒形貌图2不同反应温度前驱物分置水热法制各的ZnO粉体的xRD谱Fig2XRDspectraofthepowderssynthesizedby precursor—separatedhydrothermalmethodatdiffer—enttemperaturesPrecursor:(a)1MZnC[2aqueoussolution,NH3H20,m(Zn):m(NH3)=l:l5;(b】1MZnC]2aque-OU8solution—NHa?(Zn):m(NH3)=l:15:图3是以ZnCl2水溶液,KOH为前驱物(锌及沉淀剂摩尔比为i:i5,下同),在不同反应温度下前驱物分置水热法制得的粉体TEM照片.经,8h水热反应得到的产物无机材料形貌杂乱,颗粒由诸多小颗粒构成(图3(a))经,8h水热反应制得的粉体中存在片状颗粒,部分颗粒在纸平面法线方向有一六次对称轴圉3fb)是此类颗粒的高倍TEM照片从图可看到颗粒是由粒度仅为数个纳术的小品粒聚集而成,电子衍射检测表明它们都是六方钎锌矿晶粒.采用氨水为沉淀剂,经,8h水热反应得到的产物同样具有类似于图3(a)所示颗粒形貌.但经较高温度水热反应,得到了结晶完好的ZnO晶粒(见图3(c))图4不同反应温度下前驱物分置水热法制得的粉体TEM照片Fig4TEMphotographsof怕powderssynthesizedbyprecursor—separatedhydrothermMmethod atdifferenttemperaturesPrecursor:1MZn(NO~),(b)1MZn(NO3)2aqueoussolution,KOH选用Zn(NO3)9水溶液和不同的沉淀剂,经,8h前驱物分置水热反应可形成具有不同形貌的ZnO晶粒.若选用氨水为沉淀剂,得到了在纸平面法线方向具有六次对称轴,由小晶粒聚集而成的晶粒(见图4(a));但以KOH为沉淀剂,则晶粒结晶完好,晶粒呈长柱状(见图4(b))选用Zn(CIt3COO)2水溶液和氨水为前驱物,经,8h水热反应所得到1期31的晶粒结晶完好,许多晶粒在纸平面法线方向具有六次对称轴(图4(c)). 产物晶粒颗粒度表1给出了根据TEM照片得出的晶粒颗粒度数据.从表可知,在相同水热反应条件下,采用氨水为沉淀剂得到的晶粒大于采用KOH为沉淀剂得到的晶粒.特别是选用Zn(NOs)2和KOH为前驱物,经,8h水热反应得到了平均颗粒度仅为百余纳米的,结晶完好的ZnO晶粒.若以在Zn(N03)2水溶液中加入一定量的KOH制得的Zn(OH)2胶体为前驱物,经,8h水热反应得到的晶粒颗粒度为数个微米.因此,与普通水热法相比较,前驱物分置水热技术可使产物晶粒颗粒度有较大幅度的减小这一结果与预期的是一致的.表1不同水热条件下制得的粉体颗粒度2hble1Particlesizeofthehydrothermalproductssynthesizedatdifferentreaction conditions前驱物分置条件下粉体晶粒形成过程的探讨与采用Zn(OH)2胶体为前驱物水热制备ZnO粉体相比较.本实验是将可溶性锌盐溶液加碱形成Zn(OH)2及Zn(OH)2脱水生成ZnO晶粒在高压釜内同时完成.这一过程在温度即可发生.事实上,无论采用何种锌盐溶液和何种沉淀剂,在温度下即生成了大量粒度仅为数个纳米的颗粒.由于这些纳米颗粒比表面积大,表面自由能高,因此聚集形成一定形式的,颗粒度在数百至数个微米量级的大颗粒.另一方面,由于水热温度相对较低,体系中脱水反应不完全,使得大量羟基及其他离子团包裹进入大颗粒中.因此只能得到形貌杂乱的ZnO和锌碱式盐构成的混合物.所,采用前驱物分置水热法制备粉体时应选择适宜的反应温度以保证脱水反应的完全.就ZnO粉体制备而言,水热反应温度应在以上.施尔畏等人_4J提出了水热法陶瓷粉体体系中存在所谓的聚集生长的观点.其中第一类聚集生长是物料从小尺寸晶粒向大尺寸晶粒输运的重结晶过程;第二类聚集反应则是通过小品粒聚集,由于彼此某些显露的晶面结构相容.进而在一定条件下实现配向生长.前驱物分置水热条件下.ZnO晶粒同样是通过聚集生长完成的.实验显示在其它条件相同的情无机材料13卷况下.前驱物锌盐溶液阴离子越小(如Cr离子),越难得到结晶完好的ZnO晶粒.这是由于c1一被包裹进入小颗粒的聚集体,严重阻碍了小颗粒聚集生长的进行.如选用在ZnC12水溶液中加入碱液制备的Zn(OH).腔体作为前驱物,绝大部分c1一离子都可在对胶体反复洗涤过程中除去.因此,经水热反应即可得到结晶完好的ZnO晶粒.基于此原因,前驱物分置水热法制备粉体时应避免使用金属氯化物水溶液作为前驱物.4结论1.将反应前驱物在反应腔体内分置,在水热反应过程中,分置的前驱物逐渐气化进而充分混合.使得体系中反应物浓度在一较短时间内有极大的增大,大大加快成核速率,以减小产物晶粒粒度,这就是所谓的前驱物分置水热技术.2就前驱物分置水热法制备ZnO粉体而言,它实质上是将可溶性锌盐溶液与碱液混合形成氢氧化锌的”沉淀反应”和氢氧化锌脱水生成氧化锌的脱水反应”集台在同一反应器内同时完成.选择适宜的前驱物及反应温度,制得了比普通水热反应颗粒度小许多的结晶完好的ZnO晶粒.3.前驱物分置水热条件下晶粒的形成是小晶粒聚集生长的结果.在较低的温度下,脱水反应的不完全以及大量羟基和离子团包裹进入小晶粒聚集体,使得最终得到的是ZnO及其锌碱式盐的混合物.选用ZnC1.水溶液,由于氯离子包裹进入小晶粒聚集体并阻碍聚集反应的进行,因此难以得到结晶完好的晶粒.反应温度的选取原则是保证脱水反应的完全,同时应避免采用金属氯化物作为前驱物.参考文献1TabafnmiAdschiriKatsuhit,oKanazawa,l019—1022~,’11-173施尔畏,夏长察,王步目等.中国科学(E辑)1997,27(2):126—133 Precursor-separatedHydrothermalSynthesisofZincwhitePowdersLIWen-JunSHIEr-WeiWANGBu—GuoXIAChang-TaiZHONGWei—Zhu oAbstract Theauthorsimprovedthecrucibleusedinthehydrotherm~synthesisofpowdersa nddis—cussedtheexperimentresultsofthismethodandtherelationshipbetweentheform ofusedpre—cursors,reactiontemperature,timeandphase,particlesizeandnlorphologyofthep roducts,as wellasmadeacomparisonwithcommonhydrothermalsynthesis. Keywordsprecursor,hydrothermalmethod,zincwhitepowders。