在流型微乳液合成氧化锌纳米粒子

ABSTRACT 氧化锌（ZnO ）纳米粒子的合成的微乳液中的微通道的反应器系统。 微乳液提供的反应物的密闭空间，这有利于进行可控的反应 和成核，从而避免了形成大颗粒。此外，该微乳状液可以防止 沉积的ZnO颗粒在反应器的微通道的壁。三Zn2 +的来源
（锌（NO3）2 ，硫酸锌，氯化锌）的ZnO纳米粒子的合成进行了测试。 其中和Zn（ NO3）2的 表现出最好的性能，得到的氧化锌颗粒具有最小平均晶粒尺寸。对Zn2 +的影响 上的ZnO纳米粒子的平均粒径的浓度，反应温度和进料流率 进行了调查。在最佳条件下， ZnO纳米粒子，得到平均粒径为16nm 。 合成的ZnO纳米粒子，其特征在于通过扫描电子显微镜（SEM ） ， X射 线衍射 馏分（XRD），紫外 - 可见吸收光谱，和一个激光粒度分析仪。 ？ 2013爱思唯尔BV公司保留所有权利。 1。介绍 氧化锌是一种重要的半导体材料，具有广泛的 应用在电子，光电子，传感器，和光 设备[1-4 ] 。 ZnO纳米粒子的物理性质是 强烈地依赖于颗粒的尺寸，形貌 OGY和粒度分布。两种类型的合成方法， 气相合成和溶液相合成，一直 开发制作氧化锌纳米粒子。汽相的 接近，如气 - 液 - 固增长[5] ，化学气相 沉积[6 ] ，热分解[7]，和热蒸发 重刑[ 8 ] ，具有操作简单，高品质的优势 的产品，但一般要求高温和昂贵 设备。溶液相方法是更有前途的，由于 反应温度低，成本低，效率高。 然而，在后一种方法中，氧化锌花和晶须 大尺寸（> 100纳米）经常得到的，和随后的沉积 心理状态或煅烧的氧化锌颗粒的聚集导致。 此外，在间歇式反应器中的合成是在一个没有有效 大规模生产。因此，新方法，促进 的成核，生长和颗粒尺寸分布在合成 sis文件的ZnO纳米粒子是非常可取的[9]。 微乳已经发现巨大的应用在合成 sis文件的纳米材料[ 10-12 ] 。在微乳液法， 在水溶液中的反应物被限制在非常小的 液滴，在其中均匀的成核发生。此外，该 微乳液有助于控制颗粒的大小和形状，
通过离心收集，在4000转/分10分钟，并 依次用乙醇，丙酮和水洗涤三
图1。微乳液在微反应器中合成纳米微粒的示意图。 图2。实验装置的流式合成纳米ZnO 。 192 Y. Wang等/化学工程杂志235（ 2014） 191-197 次。 ZnO纳米粒子，得到干燥固体产品 UCT在130 ？C 2小时，然后在550 ？C煅烧3小时。 为了进行比较， ZnO纳米粒子的合成在烧瓶中 从M （锌+ + ）和M （NaOH）的批处理操作。 M（ Zn2 +的） 到烧瓶中称量，然后M氢氧化钠（NaOH ）溶液中加入在剧烈 搅拌。产生的白色沉淀物分离，干燥，
以类似的方式和煅烧。
2.2 。描述 合成氧化锌纳米粒子的形貌
观察场发射扫描电子显微镜（新星
NanoSEM 450， FEI公司，美国，加速电压为3.0千伏） 。 通过激光粒度测定的平均颗粒尺寸可在Rigaku RAD -2X 在40千伏铜嘉辐射的仪器。液滴的照片 在微乳状液，用光学显微镜（ EC300 ， 上海光学仪器有限公司）。
3。结果与讨论 在微通道的反应体系中，涉及三个阶段
反应中的M （锌+ + ）和M（ NaOH）的显示的液滴的液滴 色散（图3）在有机相中。在合成的先决条件 反应是与其中一个的M （ Zn2 +的） ，一个液滴的合并 M （氢氧化钠） 。在本研究中，M （ Zn2 +的）和M（ NaOH）的预
在相同的条件下使用相同的水溶液相比 内容。图图4示出的水滴在照片 M（ NaOH）的和在M （锌（NO 3） 2 ） 。中的液滴的两个M氢氧化钠 （NaOH ）和 M（锌（ NO3 ） 2 ）均匀分散在油相。的直径 测定的液滴中的照片，和平均粒径 的液滴进行了计算。中的液滴的平均尺寸 M（ NaOH）的（ 1.2 LM）是相媲美，在M（锌（ NO3 ） 2 ） （ 1.4 LM） 。当M （氢氧化钠）和M（锌（ NO3 ） 2 ）饲喂由两个分 离 率注射器泵，氢氧化钠（NaOH ） ， M（ Zn2 +的）和M的液滴 通过微通道的微混合器交替 在大多数情况下。当液滴的M （锌）中的一项碰撞 M（氢氧化钠） ，合并的液滴可能会发生，导致 形成一个较大的液滴。在此合并的液滴，锌+ 与OH反应生成含Zn的沉淀物，这是 的ZnO纳米粒子的前体。这作为一个合并的液滴 反应池，并发生合成反应，其结果是，在一个反面 罚款的空间。因此，该合成反应时，将终止 没有Zn2 +的源代码可用，从而使快速反应易控 表和防止基本上较大的颗粒的形成。 这种方法的另一个有利优势，由此产生的 沉淀物包埋在微滴，分散在 有机相中，从而避免了上沉积的固体产物 微通道的墙壁。 3.1。 Zn2 +的源的影响 三Zn2 +的来源，用于调查和同步 论文进行了C，在下列条件下：50 ？ 2.0MPa的 喂 流 率 2.0毫升/分钟， 分别 氢氧化钠 图3。合成的氧化锌前体的微乳状液分散在油相中。
在流型微乳液合成氧化锌纳米粒子 微反应器 尧湾旮， B， ?项离呵小莉Zhanga ，安捷Wanga ， B， B，刚Wangb ， 路着锕，B a天津精细化工重点实验室，大连理工大学，辽宁大连116024中国 bLiaoning石油化工技术与装备重点实验室，大连理工大学，辽宁大连 116024中国 HIGHTSLIGH ？合成了纳米ZnO 在微乳 微反应器。 ？微乳液的方法避免了 中的粒子的沉积 微通道。 ？锌（ NO3 ） 2was优于ZnSO4and的 ZnCl2as Zn2 +的源。 G R A P H I C A L A B S T R一个C T 一个R T I C L E INFO 文章历史： 2013年4月26日 修改稿收到2013年8月27日 （ 2013年9月4日） 可在线2013年9月12日 关键词： 微通道反应器 微乳 氧化锌 纳米粒子
进行了调查，从ZnO纳米粒子的合成 ZnSO4and锌（NO3）2 。反应条件如下：喂 M（ Zn2 +的）和M氢氧化钠（NaOH ） ， 2.0毫升/分钟，分别流速，温 度
温度， 50℃ ; NaOH/Zn2 +摩尔比为2.0 ，压力2.0兆帕。该 Zn2 +的浓度在0.3-0.8摩尔/ L的范围内变化图6 说明的X射线衍射图案的ZnO纳米粒子合成
图4 。氢氧化钠（NaOH ） （一）在M和M （锌（NO 3） 2 ） （b）条 的水滴的照片。
Y. Wang等/化学工程杂志235（ 2014） 191-197 193 浓度为1.0摩尔/升， Zn2 +的浓度为0.5摩尔/ L。图图5示出 锌合成的ZnO纳米粒子的XRD图谱， 锌（ NO3 ） 2，和氯化锌。只有衍射峰字符 acteristic的六方晶系的ZnO结构进行了观察，表明 得到的，纯的氧化锌的结晶，从不同的锌+ 源。根据计算出的粒径（D ） 德拜 - Scherrer公式（D = 0.89 K / B COS小时） 。结果发现， 晶粒尺寸分别为13.0 ， 27.0和10.4 nm的氯化锌，硫酸锌， 和Zn （ NO3 ） 2，分别。这表明， Zn2 +的源标记 edly影响的形成和结晶的Zn （ OH ） 2英寸 微反应器系统。其中，硝酸锌2was ，最合适的 Zn2 +的ZnO纳米粒子的合成源。 调查SRIKANTH和Jeevanandam阴离子的效果 （氯，二氧化硫？
trated在图。 2。混合器（ CPMM - R 300 ，微通道尺寸： 300 ？ 300流明，茨，德国）和中继管（不锈钢， 内径6.35毫米？ 1.0米）浸渍在油恒温器，其 温度由温度控制器的调整。 M（ Zn2 +的） M氢氧化钠（NaOH ） ，分别送入到两个进气口的MICROM ixer由两个注射器HPLC泵。在一个稳定的状态，白色悬浮 锡永得到的中继管的出口处。的析出物
4，NO ？ 3，和CH 3 COO ）的大小和形态的顺式 氧化锌颗粒尿素诱导均相沉淀thesized [28]。他们还发现，阴离子影响的形态和 合成的氧化锌颗粒的大小。他们建议，一个
离子作为表面改性剂，影响成核
及晶粒的生长。
3.2 。对Zn2 +浓度的影响 的Zn （OH）2的沉淀，反应速率取决于 Zn2 +的浓度和反应温度从 观点考虑，反应动力学。锌离子浓度的影响
防止纳米粒子聚集。然而，本 微乳液法受到纳米粒子的产量低 和难度乳化。其结果是，在 1385-8947 / $ - 见前面的问题吗？ 2013爱思唯尔BV公司保留所有权利。 /10.1016/j.cej.2013.09.020 ?通讯作者。地址：大连化学工程学院 理工大学，辽宁大连116024中国。电话： +86 411 84986121 。 电子邮件地址： wangyao@ （王勇） 。 化学工程235 （2014 ） 191-197 目录列出了可用的SCIENCEDIRECT 化学工程 杂志主页： /定位/ CEJ 合成时，反应器性能普遍较低 放置在间歇式反应器。 近日，微通道反应器已被用于生产 纳米尺寸的颗粒，包括金属和合金的[ 13-18 ]，我 TAL盐[19,20 ] ，金属氧化物[21]， [22]，聚合物的介孔 材料[23 ] ，和沸石[24] 。流型微反应 器能够加强质量和热量的传输以及 混合。在微通道中的高的表面与体积之比 反应器是有利的，以提高响应时间和保持 等温条件。由于反应物的浓度 和在反应区中的温度是均匀的，观察 保持颗粒均匀和可重复性。 当涉及单相的速度分布 微通道基本上沿流动方向变宽。 冈瑟等。 [ 25 ]比较以及混合效率混乱的 用液 - 液两相混频器的混频器，并且发现，当 流体完全混合（ P95 ％ ） ，该通道的长度 所需的两相的流量比为2-3倍短 单相流。计算流体动力学（ CFD ）模拟 系统蒸发散表明，强化传质可以跨 解析在一个插头内的内部循环流。如 因此，窄的粒径分布，可以得到 增强的混合，由于纳米粒子的合成和 分段液体锂狭窄的停留时间分布
嚼食流量[26]。另一个重要的问题在合成固体 在微通道中的材料是，所形成的颗粒形核 吃和微通道壁的存款，导致失控 增长，堵塞，反应堆不稳定条件。容根等。 [27]设计了一个复杂的液液两相状流麦克风 roreactor ，其中包括的两种反应物的水相 和油相。不混溶的油相分离的水 相液滴。纳米颗粒的成核和生长中分离出来 液滴，液滴而将不接触与微 通道壁时，油 - 水的体积比是仔细广告 在一个合适的范围内调节，以防止固体颗粒 在墙壁上的沉积。 在本文中，合成了纳米ZnO Zn2 +的含有油包水型微乳液的混合 在微型混合器中的NaOH含有一个接着进行 在中继管的反应（图1） 。合成条件为： 优化，其特征在于所得到的ZnO纳米粒子。 2。实验的 2.1 。合成 所有的化学品均为分析纯，使用前未经 进一步净化（天津科密欧化学试剂有限公司） 。德 离子水，得到一个水净化系统。 以下列方式制备的微乳液。 N丁醇，溴化十六烷基三甲铵（ CTAB ） ，和正辛烷 混合形成的有机相的质量比为1.0:1.2:4.4 。 CTAB作为表面活性剂，而作为共表面活性剂，正丁醇 桑特。的Zn2 + （锌（NO3）2 ，硫酸锌，氯化锌的水溶液） 通过将盐溶于水，在搅拌下制备。该 的NaOH溶液，以类似的方式制备。微乳 sion的Zn2 +的（记为M （ Zn2 +的） ）相加而得的 水溶液Zn2 +的活力下入上述有机相 项的水的质量分数为15％，并将该混合物搅拌 下搅拌，直到它变得透明。微乳 氢氧化钠（记为M氢氧化钠（NaOH ） ）的相同程序制备 具有相同的质量分数水溶液。 ZnO纳米粒子的合成的微反应器是出版于 -