均匀沉淀法制备单分散纳米ZnS及发光性能(1)

化学沉淀法制备纳米材料的工艺
化学沉淀法制备纳米材料的基本原理
化学沉淀法制备纳米材料的特点
化学沉淀法制备纳米材料的工艺过程和影 响因素
化学沉淀法的原理是在包含一种或多种 离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂，在一定 温度下发生水解，形成不溶性的氢氧化物、 水合氧化物或盐类从溶液中析出，然后将溶 剂和溶液中原有的阴离子洗去，经热分解或 脱水即可得到所需的氧化物纳米粉体。
纳米材料的制备方法多种多样，如沉淀 法、溶剂热合成法、微乳液法、模板法、溶 胶—凝胶法等等，但大多对原料和实验条件 要求苛刻，制备工艺复杂，需多步反应，制 备时间长，并且适用范围有限。
化学沉淀法时目前应用最广泛的纳米粉体制 备方法之一，如日本的石原产业公司和帝国化工 公司，英国的Tioxide集团公司，芬兰的凯米拉公 司等以TiOSO4或者H3TO3为原料，采用此法生产 纳米TiO2.目前采用此法成功制备出的纳米材料有 TiO2,ZnO,ZrO2,Al2O3等。
特点；容易控制成核，易添加微 量成分且组成均匀，并可得到高纯 度的纳米复合氧化物 优点；无需苛刻的物理条件就可 能得到性能优异的纳米粉体。该方 法原料来源广泛、成本较低、设备 投资小，粉体产量大，是降低纳米 粉体成本的首要方式。
1、均匀沉淀法制备纳米二氧化钛粉体
均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液 中的构晶离子又溶液中缓慢、均匀的释放 出来。
纳米TiO2粉体
焙烧
2、水解法制备二氧化钛粉体
中和水解反应∶ TiOSO4+2NH3· 2O→TiO(OH)2+(NH4)2SO4 H 煅烧反应 Tio(OH)2→TiO2+H2O 电离平衡 NH3· 2O→NH4++OHH
沉淀反应

纳米铁酸锌的共沉淀法制备及其光催化性能张启伟【摘要】采用简便易行的共沉淀法制备了铁酸锌纳米颗粒,考察了其对亚甲基蓝溶液的光催化降解性能.SEM和XRD分析结果表明,所制备的产品纯度较高,微观形貌为直径约100~200 nm的尖晶石型铁酸锌纳米颗粒;样品的FTIR谱图中有明显的金属-氧键的特征峰.所制备的纳米铁酸锌颗粒对亚甲基蓝溶液的光催化降解能力较强,弱酸性体系有助于染料溶液的降解.100 mL 10 mg/L的亚甲基蓝溶液在pH值为5,纳米铁酸锌催化剂加入量为30 mg,可见光光催化降解3h后的降解率达到92.1%.%Zinc ferrite nanoparticles were prepared by a facile coprecipitation method,and their photocatalytic performance on degradation of methylene blue solution was studied.SEM and XRD analyses show that the pre-pared products are spinel zinc ferrite with high purity and nanoparticles with about 100 to 200 nm in diame-ters.Moreover, FTIR spectrum has obvious characteristic peaks attributed to the metal-oxygen bonds.The prepared nanoparticles have strong ability to photocatalytic degradation of methylene blue solution, and the weak acid system was helpful to the degradation of dye solution.Under visible light irradiation for 3 hours,the photocatalytic degradation rate of methylene bluesolution(100 mL 10 mg/L, pH =5)reachs 92.1%after adding 30 mg of nano zinc ferrite.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2018(039)002【总页数】4页(P99-102)【关键词】铁酸锌;纳米颗粒;共沉淀;可见光催化;亚甲基蓝【作者】张启伟【作者单位】中国铁路济南局集团有限公司青岛机务段,山东青岛266021【正文语种】中文0 引言作为一种新型窄带隙半导体材料，纳米铁酸锌在磁性、光催化、储能等领域已得到广泛研究与应用. Deng等利用简便一步溶剂热法调控制备出单分散铁酸盐微球MFe2O4(M= Fe, Mn, Co, Zn)，这些亲水性和生物相容性微纳米材料在高级磁性材料、铁磁流体技术以及生物医学等领域将有广泛的应用[1]. Valenzuela等制备、表征了铁酸锌纳米材料，并研究了其对苯酚的光催化降解性能[2]. Sharma等和NuLi等分别制备并研究了铁酸锌作为Li离子电池电极材料的电化学性能[3- 4]. 铁酸盐纳米材料的制备方法有机械球磨法[5]、溶胶-凝胶法[6-7]、溶剂热法[8]、化学气相沉积法[9]和微波辅助燃烧法[10]等等，每种方法都有其优势与不足，如有的方法所制备的产品杂质较多，有的方法手续繁琐、操作费时，有的方法需要高温高压的苛刻反应条件等等.本文采用简便易行的共沉淀方法，制备出了纯净的尖晶石型颗粒状纳米铁酸锌，并研究了其对染料亚甲基蓝溶液的可见光光催化性能.1 实验部分1.1 药品及仪器Zn(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)3·9H2O，NaAc，乙二醇，无水乙醇(均为分析纯)，X射线衍射仪(Shimadzu LabX-6000日本)，扫描电镜(Quanta 200 FEG美国)，傅里叶变换红外光谱仪(BRUKER VERTEX 70德国)，电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)，台式离心机(TG16-WS长沙湘仪离心机有限公司)，2000型分光光度计(尤尼柯(上海)仪器有限公司).1.2 铁酸锌纳米材料的制备方法称取4.04 g Fe(NO3)3·9H2O和1.48 g Zn(NO3)2·6H2O溶解在200 mL蒸馏水中，用氢氧化钠调节溶液pH值至9，磁力搅拌12 h并静置至出现明显分层. 使用台式高速离心机离心分离，去离子水洗涤4～5次.将所得到的沉淀80℃干燥12 h，取出沉淀置于坩埚中，650℃煅烧6 h.所得产物用玛瑙研钵充分研磨成细小粉末状.1.3 铁酸锌纳米材料的表征方法通过SEM对制备出的纳米铁酸锌样品进行微观形貌和尺寸的观察和分析. 利用XRD对样品的纯度和晶体结构进行测试分析. 采用FTIR对样品中的化学键进行扫描分析.1.4 纳米铁酸锌的光催化性能测试以亚甲基蓝染料溶液作为目标污染物，首先利用分光光度计测定溶液的吸收光谱曲线，确定测定波长. 然后在室温条件下，一定量的催化剂铁酸锌颗粒加入亚甲基蓝染料溶液中(10 mg/L)，进行可见光光催化性能研究. 首先将反应溶液于暗室中搅拌40 min后到达吸附平衡，接着打开模拟太阳光源(氙灯)进行照射. 在3 h的光催化降解过程中，每间隔30 min 取3 mL反应液，以高速离心机(转速9 000 转/min，时间5 min)分离出催化剂得到澄清溶液. 测定反应液在亚甲基蓝溶液最大吸收波长处的吸光度值，通过计算公式R = (A0-At)/A0×100% 考察纳米铁酸锌颗粒对亚甲基蓝溶液的光催化性能. 其中：R为亚甲基蓝溶液的降解率，A0为溶液的起始吸光度，At为溶液在t时刻的吸光度.2 结果与讨论部分2.1 铁酸锌纳米颗粒的表征2.1.1 SEM表征(a)未研磨(b)研磨后图1 共沉淀法制备铁酸锌纳米材料的SEM图利用扫描电子显微镜对制备出的纳米材料进行了微观形貌表征. 从图1(a)中可以发现，产品的微观形貌是颗粒状，部分团聚成大块颗粒，经充分研磨后催化剂颗粒尺寸均为100～200 nm，且整体分散性较好(如图1(b)). 说明利用共沉淀法可以制备出颗粒尺寸均一、分散性较好的纳米铁酸锌光催化剂.2.1.2 XRD谱图通过特征衍射峰的位置和强度可以了解样品的晶型和纯度. 如图2所示，样品的各个衍射峰与尖晶石型铁酸锌样品的JCPSD标准卡片(22-1012)一一对应. 其中衍射角2θ角在29.78°、35.22°、36.78°、42.81°、53.19°、56.61°和62.18°处分别与铁酸锌的(220)、(311)、(222)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面相对应. 谱图中未见杂质峰，说明所制备的纳米材料比较纯净.图2 共沉淀法制备铁酸锌纳米材料的XRD图2.1.3 FTIR分析纳米铁酸锌在4 000～450 cm-1范围内的红外光谱如图3所示. 在569 cm-1和465 cm-1两处的特征峰归属于铁酸锌晶体中Fe-O键和Zn-O键，说明尖晶石型铁酸锌被成功制备出来. 3405和1 447cm-1是吸附的水分子和表面羟基的特征峰，2 364 cm-1是空气中或催化剂表面吸附的痕量CO2的特征峰[11]. 此外2973和1 048 cm-1两处强度不高的杂质峰说明所制备的纳米铁酸锌催化剂纯度还是比较高的.图3 共沉淀法制备铁酸锌纳米材料的FTIR图2.2 纳米铁酸锌光催化性能考察2.2.1 亚甲基蓝溶液的吸收光谱曲线亚甲基蓝溶液的吸收光谱曲线如图4所示，在400～800 nm的可见光谱区有两个特征峰，668nm是其最大吸收波长，以此作为测定波长灵敏度比较高，误差较小. 因此，在668 nm处测定亚甲基蓝溶液的吸光度，在朗伯-比尔定律A=εbc中，当摩尔吸光系数ε和比色皿的厚度b为定值时，吸光度A与浓度c具有正比关系，所以通过吸光度A的变化可以计算亚甲基蓝溶液的光催化降解率.图4 亚甲基蓝溶液的吸收光谱曲线2.2.2 不同用量纳米铁酸锌对亚甲基蓝溶液的催化性能考察如图5所示，在没有催化剂只有氙灯照射的条件下，亚甲基蓝溶液的光降解率只有53.6%，在加入铁酸锌催化剂(加入量分别为10、30、50mg)的条件下亚甲基蓝溶液的光催化降解率迅速提高，在前半个小时降解速度最快，经过3 h的光催化降解后，30 mg的催化体系溶液的降解率最高，达到90.2%. 10 mg的催化剂用量不够，而50 mg的催化剂用量又过多，多余的催化剂影响了光的照射及染料的吸附和降解，使得光催化效率降低，所以纳米铁酸锌的最佳用量是30 mg.图5 不同催化剂用量对亚甲基蓝溶液降解率的影响2.2.3 溶液pH值对亚甲基蓝溶液降解率的影响亚甲基蓝溶液浓度为10 mg/L，催化剂的加入量为30 mg, 调节溶液的pH值，溶液的降解率如图6所示.溶液酸度在中性到酸性条件下，亚甲基蓝的降解率较高，而碱性条件不利于染料溶液的降解.在溶液pH值为5时，亚甲基蓝溶液的降解率最高达到92.1%. 亚甲基蓝水溶液的pH大约为7，在弱酸到中等酸度的条件下，过量的H+与结合生成进一步转化成OH·，而和这三种自由基均可氧化亚甲基蓝，提高了降解体系的光催化氧化能力，故pH值为5时溶液的降解率最高. 但是当体系的酸度进一步增加，pH下降到3时，溶液中H+的量增大，OH-的浓度显著降低，致使铁酸锌催化剂表面的活性基团OH·的数量减少，所以亚甲基蓝溶液被氧化的程度有所减弱. 而碱性条件不利于的生成，使得具有氧化性的自由基数量减少，亚甲基蓝溶液的降解率降低.图6 溶液pH对亚甲基蓝溶液降解率的影响3 结论(1)利用简便易行的共沉淀方法制备出了尖晶石型铁酸锌纳米颗粒，直径约为100～200 nm，产品纯度较高；(2)所制备的纳米铁酸锌颗粒对亚甲基蓝溶液的光催化降解能力较强，弱酸性体系有助于染料溶液的降解；(3)100 mL 10 mg/L的亚甲基蓝溶液在pH值为5，纳米铁酸锌催化剂加入量为30 mg, 可见光光催化降解3 h后的降解率达到92.1%.参考文献：[1]DENG H, LI X L , PENG Q, et al. 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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。

均匀共沉淀法制取zno1. 简介均匀共沉淀法是一种常用的制备纳米氧化锌（ZnO）的方法。

该方法具有操作简单、反应时间短、较高产率和纯度等特点。

因此被广泛应用于氧化锌的制备。

2. 均匀共沉淀法的原理均匀共沉淀法是一种通过均匀混合两种不同用途的盐溶液制备氧化锌纳米粒子的方法。

在该方法中，先将氧化锌前体溶于溶液中，然后加入NH4OH，用于提高pH值，促进Zn2+ 沉淀生成Zn(OH)2，并形成胶体粒子。

接着，将其他金属离子的溶液与Zn(OH)2混合，进一步沉淀形成氧化物混合物。

最后，为了获得氧化锌，还需要将混合物进行煅烧处理。

3. 实验过程在实验过程中，首先需要制备两种不同的盐溶液，一种是氧化锌前体，另一种是含其他金属离子的盐溶液。

然后将两个溶液均匀混合，再利用氨水溶液调节pH值。

当pH值为8左右时，混合物开始沉淀。

接着需要连续搅拌20-30分钟，以保证混合物充分均匀混合。

此时，将混合物加入醇类溶剂中，然后以高温（> 300°C）煅烧，在高温下还原并生成氧化锌样品。

4. 实验优势该方法有许多实验优势，包括：4.1 粒子的尺寸和分散性较好，分布范围窄，对于研究粒子的表面结构和性能具有优势；4.2 操作简单，适用于规模化制备；4.3 可以轻易地通过改变混合液体中含量和浓度，来调控最终得到的纳米ZnO的性质，并优化其光电性能；4.4 纳米氧化锌制备过程中的化学反应具有容易控制的化学反应动力学，可以通过单一反应温度调控合成过程。

5. 结论均匀共沉淀法制备氧化锌是一种非常普遍的方法，适用于制备纳米ZnO。

该方法具有高效、简单、灵活和易于控制反应动力学特性等优点。

在未来，该方法将继续被研究和改进，以提高其效率和应用范围，并促进氧化锌在各种领域中的使用。