当前位置：文档之家 › 沉淀法制备纳米ZnO

沉淀法制备纳米ZnO

  • 格式：docx
  • 大小：375.39 KB
  • 文档页数：5

设计性实验2 沉淀法制备纳米ZnO

摘 要:本实验以Zn(NO3)2·6H2O和NH4HCO3为原料，聚乙二醇（PEG600）为模板，采用直接沉淀法制备纳米氧化锌，并计算产率和晶粒尺寸，讨论影响纳米ZnO晶粒大小的影响因素。

关键词:纳米氧化锌；直接沉淀法；产率；晶粒尺寸

1.直接沉淀发制备纳米ZnO的理论基础

氧化锌俗称锌白，常作白色颜料，是一种重要的工业原料，它广泛应用于涂料、橡胶、陶瓷、玻璃等多种工业。纳米氧化锌与普通氧化锌相比显示出诸多特殊性能，如:压电性、荧光性、非迁移性、吸收和散射紫外线能力等，因而其用途大大扩展，如可用于压敏材料、压电材料、荧光体、化妆品、气体传感器、吸湿离子传导温度计、图象记录材料、磁性材料、紫外线屏蔽材料、高效催化剂和光催化剂。国内外专家学者一致认为，纳米氧化锌必将逐步取代传统的氧化锌系列。

纳米材料是指晶粒（或组成相）在任一维的尺寸小于100nm的材料，是由粒径尺寸介于1~100nm之间的超细微粒组成的固体材料，按空间形态可分为一维纳米丝、二维纳米膜和三维纳米粒。

纳米材料的制备方法分类如下表：

纳米材料类别 化学法 物理法 综合法

纳米粉体 沉淀法（共沉淀、均相沉淀）

化学气相凝聚（CVC）水热法

相转移法

溶胶—凝胶法 惰性气体沉积法

蒸发法

激光溅射法

真空蒸馏法

等离子蒸发法

球磨法

爆炸法

喷雾法

溶剂蒸发法 辐射化学合成法

纳米膜材料 溶胶—凝胶法

电沉积法

还原法 惰性气体蒸发法

高速粒子沉积法

激光溅射法 超声沉淀法

纳米晶体和纳米块 非晶晶化法 球磨法

原位加压法

固相淬火法 激光化学反应法

无机—有机杂化纳米材料 原位聚合法

插层法 共混法 辐射化学反应法

纳米高分子材乳液法 天然高分子法

料 超微乳法

悬浮法 液中干燥法

纳米微囊 高分子包裹法

乳液法 超声分散法

注入法

薄膜分散法

冷冻干燥法

逆向蒸发法 高分子包裹—超声分散法

注入—超声分散法

纳米组装材料 纳米结构自组织合成

纳米结构分子自组织合成

模板法合成

溶胶—凝胶法

化学气相沉积法 电化学沉积法

本实验采用化学沉淀法里的直接沉淀法制备纳米ZnO，直接沉淀法的原理是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂后，于一定条件下生成沉淀从溶液中析出，将阴离子洗去，经分离、干燥、热处理后，得到纳米氧化锌。该方法操作简单，对设备和技术要求不太苛刻，产品纯度高，不易引入杂质，成本低。

X-射线衍射仪可以利用衍射原理,精确测定物质的晶体结构,织构及应力,精确的进行物相分析,定性分析,定量分析.利用谢乐公式：Dc = 0.89λ /(B cos θ) (λ为X 射线波长, B为衍射峰半高宽, θ 为衍射角) ，根据粉体X-射线衍射图可以得到相关数据，计算得到粒子的尺寸。

2.实验

2.1实验药品及仪器

Zn(NO3)2·6H2O、 NH4HCO3、聚乙二醇（PEG600）、无水乙醇、去离子水

烘箱、500ml烧杯、250ml烧杯两个、玻璃棒、PH计、马弗炉、X射线衍射仪，胶头滴管。

2.2制备原理及实验步骤

配制0.8mol/l的聚乙二醇（PEG600）溶液，称取23.8g的 Zn(NO3)2·6H2O溶于100ml去离子水，并加入1g上述配制的聚乙二醇（PEG600）溶液。称取31.6g NH4HCO3定容至200ml配制成2.0mol/l的溶液。然后将NH4HCO3溶液缓慢滴加到锌盐溶液中。调节反应体系的终点PH值为7.5.将所得的沉淀物减压抽滤，用1mol/L的NH4HCO3溶液无水乙醇分别洗涤3次，60-80℃烘干后放于马弗炉400℃煅烧2h，即得纳米ZnO粉体。

主要反应历程如下：

Zn2++2CO3→ZnCO3（↓）+CO2↑+H2O

ZnCO3→ZnO+CO2（↑）

3.结果与分析

3.1终点PH=7.45

3.2称量，计算产率

m理论=6.512g

m实际5.21g

产率= m实际/ m理论×100%=80.00%

3.3X射线物相测定

Peak Search Report (9 Peaks, Max P/N = 36.8)

PEAK: 55-pts/Parabolic Filter, Threshold=3.0, Cutoff=0.1%, BG=3/1.0, Peak-Top=Summit

3.4产品X-射线衍射数据：

2-Theta d(A) BG Height I% Area I% FWHM XS(A)

31.678

34.338

36.081

47.440

56.500

62.722

66.342

68.979

67.899 2.8222

2.6094

2.4872

1.9149

1.6274

1.4801

1.4078

1.3603

1.3793 317

412

483

178

193

221

205

242

161 3905

2796

5864

989

2168

1522

219

1362

742 66.6

47.7

100.0

16.9

37.0

26.0

3.7

23.2

12.7 92010

60664

210339

27814

56459

40565

5289

47283

17622 43.7

28.8

100.0

13.2

26.8

19.3

2.5

22.5

8.4 0.401

0.369

0.610

0.478

0.443

0.453

0.411

0.590

0.404 216

238

140

186

210

211

239

165

248

晶粒尺寸 D=0.89λ/ρCOSθ

式中:D为晶粒度;

λ为X射线的波长:

θ为衍射角;

θ=36.081°/2=18.0405°

β= 0.61°=1.065×10-2rad

D=0.89×1.5406Å/（1.065×10-2rad×cos18.0405°）=13.545nm

3.4分析

由以上结果可知，纳米ZnO的产率是80.00%，有点偏低，而且纳米颗粒较小。分析可能的原因是（1）试剂在实验过程中经几步转移，这其中会有一部分损失。（3）抽滤时因为纳米ZnO颗粒较小，而所铺滤纸层数不够，致使少量纳米ZnO颗粒透过滤纸而进入母液中。（2）①化学沉淀法中采用二步法，前驱物大多为胶状物，存在阴离子洗涤与去除的问题;②沉淀剂易作为杂质混入;③沉淀过程中各种成分可能发生偏析，水洗时部分沉淀物易发生溶解:④合成的纳米氧化锌有团聚现象。（4）该方法由于沉淀剂直接加入，而来不及扩散，造成局部溶度过高，使溶液中同时进行着均相成核与非均相成核作用，造成合成出的纳米氧化锌粒径分布宽。影响X射线衍射仪测量的准确性。（5）煅烧温度的影响：煅烧温度和时间也影响产品氧化锌的粒径,煅烧温度与时间过低、过短,则煅烧不完全,产品的纯度不够;而煅烧温度过高,煅烧时间越长,得到的粒径越大。我们的沉淀放入烘箱的是较短，可能并没有全部烘干，或者没有达到所需的水平，导致最后粒径较小。（6）聚乙二醇的影响： 加入一定量的高分子聚合物有利于形成溶胶，使之得到较好的分散。微粒表面吸附了一层高分子聚合物后，即形成了一层保护膜，由于空间阻位作用，抑制微粒进一步长大，很好地控制了合成粒子的大小。粒子较小可能跟所加聚乙二醇（PEG600）的加入量有关。（7）溶液终点PH值对粒子本身的形貌有影响。

4.结论

参考文献

[1]汤国虎 均相沉淀法合成纳米氧化锌的研究，成都理工大学学位论文，2004.5

[2]王振希等，直接沉淀法制备纳米氧化锌工艺研究，南昌大学化学工程系。

[3]雷闫盈 李晓娥 祖 庸，西安大学化工系，西安710096

[4] 徐燕莉编.表面活性剂的功能北学工业出版社，2000.06

[5]沈文霞等，物理化学第五版下册，高等教育出版社，2005.07

合集下载

纳米氧化锌的制备、表征和光催化性能分析

纳米氧化锌的制备、表征和光催化性能分析

纳米氧化锌的制备、表征和光催化性能分析／王久亮　・　５９　・　

纳米氧化锌的制备、表征和光催化性能分析　

王久亮　

（燕山大学里仁学院，秦皇岛０６６００４）　

摘要　均匀沉淀法制备的纳米氧化锌是球形和类球形晶体颗粒，粒径介于２１．７２９～５０．５５３ｎｍ之间。研究分　析了纳米氧化锌的光吸收能力、光致发光特性和催化能力之间的关系。结果表明，Ｚｎ（）粒子尺寸越小，紫外吸收越　好，光致发光特性越强，表面结构氧空位越大，光催化反应活性越高。初步揭示了纳米氧化锌的催化机制在于纳米颗　

粒的小尺寸效应和量子效应，以及表面丰富的吸附氧和结构缺陷。　关键词　纳米材料氧化锌制备技术光催化剂催化特性　

中图分类号：０６４３．３　文献标识码：Ａ　

Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉ０ｎ　ｏｆ　Ｎａｎｏ　ＺｎＯ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

ｏｆ　Ｐｈｏｔｏ’ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　

ＷＡＮＧ　Ｊｉｕｌｉａｎｇ　

（Ｉ　ｉＲｅｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｙａｎｓｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ　０６６００４）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｎａｎｏ　ＺｎＯ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎ　ｓｈａｐｅ　ｏｆ　ｓｐｈｅｒｅ　ＯＦ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｏｎｅｓ，　

ｔｈｅ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｎａｎｏ－ＺｎＯ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｉｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　２１．７２９～５０．５５３ｎｍ．　Ｆｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｏｐｔｉｃａ１ａｂｓｏｒｐｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ，ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｎａｎｏ　Ｚｎ（）ｉＳ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｍａｌｌｅｒ　ｏｆ　Ｚｎ（）　

ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ａｒｅ．ｔｈｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ＵＶ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｔ　ｉｓ，ｔｈｅ　ｓｔｒｏｎｇｅｒ　ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｅｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｖａｃａｎｃｙ　ｏｘｙｇｅｎ　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒ　ｆａｃｅ　ｏｆ　ｎａｎｏ　ＺｎＯ　ａｒｅ，ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏ　ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｎａｎｏ—ＺｎＯ　ｏｃｃｕｒｓ．Ｔｅｎｔａｔｉｖｅｌｙ，ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ｏｆ　

纳米ZnO 的制备方法

纳米ZnO 的制备方法

纳米ZnO 的制备方法

王少艳

一、液相沉淀法

1、化学试剂和仪器

ZnCl2 (AR) ,NH4OH ,CH3 (CH2) 2CH2OH(AR) ,C2H5OH(AR) ,DBS-Na (CP) .

搅拌器

2、实验方法

取ZnCl2 加入二次水加热80 ℃溶解配制成溶液,此溶液为A 液,再取等当量的111

倍NH4OH 加入少量C2H5OH 及DBS-Na ,配置成B 溶液. 在大烧杯内,在搅拌条件下让A

溶液和B 溶液混合,适当控制反应时间,生成白色沉淀,测定pH = 7. 沉淀物经洗涤、过滤后,进行CH3 (CH2) 2CH2OH 共沸蒸馏、烘干,在550 ℃下煅烧2 h 。

二、溶胶凝胶法

1、试剂与仪器

草酸为化学纯;氧化锌为基准试剂;无水乙醇、柠檬酸、乙酸锌、乙醇、丙酮、柠檬酸三铵均为分析纯。

9422 型定时恒温磁力搅拌器; ZK282A 型真空干燥器;SX224210 型箱形电阻炉;

2、实验方法

1）乙酸锌+ 柠檬酸系列 乙酸锌水溶液滴加柠檬酸无水乙醇溶液,成白色溶胶;磁力搅拌,成白色凝胶;加热到70～80 ℃,溶剂蒸发,得白色干凝胶;烘箱中干燥20 h 左右,得白色干胶;研磨,得白色粉末;600 ℃热处理2 h ,体积明显减小,得微灰粉末。

2）乙酸锌+ 柠檬酸三铵系列 柠檬酸三铵固体在搅拌下加入乙酸锌水溶液中,70～80 ℃水浴保温5min ,成透明溶液;滴加无水乙醇,搅拌,保温10min ,成白色溶胶状;滴加硝酸,搅拌,成微黄溶液,70～80 ℃水浴保温4 h ,成黄色凝胶;烘箱中干燥20h 左右,得黄色干胶;热处理2 h ,得蓬松微灰粉末。

三、均匀沉淀法

1、反应机理

本实验以尿素为沉淀剂,与锌的含氧酸盐反应。反应过程如下。

1）尿素的水解反应:

CO(NH2) 2 + 3H2O 2NH3·H2O + CO2 ↑

2）OH- 的生成:

NH3·H2O = NH4 + + OH- △ 3）CO32 - 的生成:

纳米氧化锌的制备方法

纳米氧化锌的制备方法

纳米氧化锌的制备方法

1.方法步骤为:

(1)氧化锌溶液配制：将氧化锌置入自身重量5～10倍、４０℃～７５℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；（2）充气反应：向氧化锌溶液通入CO?气体，同时搅拌，加热升温到８５℃～９０℃，保温２４０～450分钟，然后停止通入CO?气体和加热；（3）除水粉碎：将反应后的溶液滤除水后所得物在４００℃以下温度进行烘干，然后粉碎；（4）焙烧：将粉碎物粉碎后再置于２５０℃～600℃环境下焙烧后获得纳米氧化锌。

2.化学法

2.1固相法

（1）碳酸锌法

利用硫酸锌制得前驱物碳酸锌，在200℃烘1h，得纳米氧化锌初产品:经去离子水、无水乙醇洗涤，过滤，干燥可得纳米氧化锌产品。

（2） 氢氧化锌法

利用硝酸锌制得前驱氢氧化锌，在600℃保持2h，高温热分解得纳米氧化锌。

2.2 液相法

（1）直接沉淀法

在可溶性锌盐中加入沉淀剂后，当溶液离子的溶度积超过沉淀化合物的溶度积时，即有沉淀从溶液中析出。沉淀经热解得纳米氧化锌。常见的沉淀剂为氨水、碳酸铵、和草酸铵。

不同的沉淀剂，其反应生成的沉淀产物也不同，故其分解的温度也不同。此法操作简单易行，对设备要求不高，成本较低，但粒度分布较宽，分散性差，洗涤原溶液中阴离子较困难。

3.溶胶-凝胶法

实验原料和制备工艺

醋酸锌，柠檬酸三铵，无水乙醇，保护胶，乳化剂，蒸馏水。

以醋酸锌为原料，柠檬酸三铵为改性剂，配置一定浓度的醋酸锌溶液，搅拌均匀后，置于恒温水槽中，在搅拌加热的条件下，均匀的加入无水乙醇，2h后醋酸锌完全溶解，生成氢氧化锌沉淀，然后加入适量的胶溶剂氨水，氢氧化锌沉淀消失，从而形成氢氧化锌溶胶，静止后变为氢氧化锌湿凝胶，将干燥后的氢氧化锌干凝胶置于马弗炉中煅烧之后，得到白色的纳米氧化锌粉末。

实验沉淀法制备纳米氧化锌粉体

实验沉淀法制备纳米氧化锌粉体

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。