纳米氧化锌的吸附性能及其应用研究

关键词：纳米氧化锌，吸附，反应速率，电导率，乳酸锌
上海火学硕：卜学位论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎｔｏ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｌａｔｅｘ，ｔｏｉｌｅｔｒｙ，ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ ｃａｔａｌｙｚｅｒ ｅｔｃ．ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅｓｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｒｉｎｇ ｓｕｐｅｒ
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上海大学顾士学位论文 ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ
ｍａｔｅｒｉａｌ ｒａｔｉｏ ｂｕｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒａｗ ｒａｔｉｏ ｗａｓ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ２．１：１，ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ａｎｄ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｕｒｇｉｎｇ ｓｐｅｅｄ．Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｉｆ ｔｈｅ ｓｕｒｇｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｗｅｒｅ ｓｍａｌｌ ｔｈａｎ １ ５０ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ ｔｈｅｒｅ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｍｕｃｈ ｎａｎｏ－ＺｎＯ ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ． ４．Ｕｓｉｎｇ ｎａｎｏ·ＺｎＯ ｔｏ ａｄｓｏｒｂｉｎｇ ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ，ｗｅ ｃｏｕｌｄ ｇａｉｎ ｎｏｖｅｌ ｚｉｎｃ ｌａｃｔａｔｅ．Ｔｈｅ
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纳米氧化辟的吸附性能及其应用研究
上海大学硕＿．学位论文
第一章前言
１的长度是１米的十亿分之一（１０’９ｍ），略 等于个５个原子排列起来的长度…。它正好处于以原予、分子为代表的微观世界 和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带，也是物理、化学、材料科学、 生命科学以及信息科学发展的新领地。一般把组成相或晶粒结构控制在１００纳米 以下的长度尺寸的材料称为纳米材料。
ａｃｉｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｄｊｕｓｔ ｐＨ，ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ
ｏｆ ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ．Ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｃｈｕｒｎｉｎｇ ｕｐ ｉｆ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｃｈｕｒｎｉｎｇ ｕｐ ｗａｓ ｓｍａｌｌ ｔｈａｎ ４０００ｒ／ｍｉｎ，ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｂｅｃａｍｅ ｔｈｉｃｋ ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｋｅｅｐ ｓｔａｂｌｅ． ３．Ｕｓｉｎｇ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｏ ｎｏｔｅ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｎｌｉｎｅ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｒａｔｉｏ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｓｕｒｇｉｎｇ ｔｏ
上海大学 硕士学位论文 纳米氧化锌的吸附性能及其应用研究 姓名：吴亚平 申请学位级别：硕士 专业：物理化学 指导教师：方建慧
20060401
上海火学顺：Ｌ学位论文
摘要
纳米氧化锌由于其特殊的性质，已广泛应用于橡胶、化妆品、传感器以及 催化剂等方面，并取得良好的经济效益，因而纳米氧化锌越来越多的受到人们 的关注。本文通过对纳米氧化锌结构的表征及其吸附低级脂肪酸的反应动力学 研究，将纳米氧化锌应用于乳液配方中，研制出一种以纳米氧化锌为主要功能 成分的乳液，并确定最佳操作工艺。
ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ． ２．Ｕｓｉｎｇ ｎａｎｏ—ＺｎＯ ａｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｔｏ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｎｇ ｅｍｕｌｓｉｏｎ，ｓｏｍｅ ｆａｃｔｏｒｓ
ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｆｏｒｍｕｌａ ｉｎｃｌｕｄｅ ｔｈｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ，ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ； ｅｍｕｌｓｉｆｙｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｒａｔｉｏ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒｓ，ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ
物质世界按照尺度规模可以划分为多个层次，人类的知识和技术己经广泛地 深入到宏观的天体和微观的粒子层次。然而，对处于分子、原子和宏观材料的中 问过渡区域ｆ１．１００ ｎｍ）的关注却是在２０世纪６０年代。大约在１ ８世纪６０年代， 随着胶体化学的建立，科学家们就开始了对纳米微粒系统（胶体）的研究；到 ２０世纪５０年代末，美国著名科学家理查德·费曼首先提出了纳米技术基本概念的 设想；１９６３年；Ｕｙｅｄａ及合作者发展了气体蒸发法制备纳米粒子，并对金属纳米 微粒的形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究，使科学界对纳米技术的概念 有了多方面的认识。１９７４年，Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ最早使用纳米科技州ａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）－－词 描述精细机械加工；１９８４年，德国科学家Ｇｌｅｉｔｅｒ等人首次采用惰性气体凝聚法 制各了具有清洁表面的纳米粒子，然后在真空室中原位加压成纳米固体，并提出 纳米材料界面结构模型。到１９８９年，纳米固体研究的种类已从由晶态微粒制成 的纳米晶体材料（纳米导体、纳米绝缘体、纳米半导体）发展到纳米非晶体材料， 并成功地制造出一些性能特异的复合纳米固体材料。１９９０年７月，在美国巴尔 的摩召开的首届国际纳米科学技术会议（ＮＳＴ）上，正式把纳米材料科学作为材 料学科的一个新的分支。从此，一个将微观基础理论研究与当代高科技紧密结合 起来的新型学科——纳米材料科学正式诞生，并成为当今材料科学的前沿领域。
６、利用纳米氧化锌与乳酸固液吸附反应制备纳米乳酸锌晶体，考察了乳酸
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上坶大学顺士学位论文
与纳米氧化锌的摩尔比、反应温度、反应时间三个因素对合成产率的影响，确 定最佳合成工艺条件。当乳酸与纳米氧化锌的摩尔比为２．５：１，反应温度为８０。Ｃ， 反应时间为１ｈ，产率达到９０３％。ＴＥＭ结果显示纳米乳酸锌晶体为树枝状结构， 平均粒径５０．７０ｒｉｍ，结合ＸＲＤ、ＩＲ、ＨＮＭＲ和ＭＳ分析，其分子结构为 Ｚｎ（Ｃ６Ｈ１００６）２，不含结晶水。
４、在乳液制备工艺中，乳化温度为８０。Ｃ，先将乳化剂熔解于油相中，再将 油相加入水相中进行乳化，体系稳定性能最好。采用柠檬酸调节体系ｐＨ，发现 乳液稳定性随着柠檬酸含量的增大而减小，柠檬酸的含量以Ｏ．０２％为宜；乳状 液稳定性随剪切速度的减小逐渐减弱，当剪切速度小于４０００ｒ／ｍｉｎ，乳液粗化， 不能形成稳定的乳状液。
１、通过测定和分析不同纳米氧化锌的形貌结构、晶型、粒径、表面积等， 发现纳米氧化锌均呈球形，易发生团聚，颗粒大小均匀，随着氧化锌粒径的减 小，比表面积和孔容增大。
２、采用电导率法测定氧化锌对异戊酸的吸附性能，结果表明随着氧化锌粒 径的减小，吸附反应速率不断增大。
３、利用纳米氧化锌作为主要功能组分，筛选合适的乳化剂，同时考察乳化 剂用量、乳化温度、乳化剂的添加方式、水油相比、纳米氧化锌用量对乳化体 形成、产品粘度及稳定性的影响，得到乳液优化配方。选用复配非离予型乳化 剂，复配比３：２，乳化剂的总量的５％一６％，油相比例１ ８％，纳米氧化锌含量 ５％时，乳液体系稳定能最好，粘度适中。
ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ ｓｏ ｎａｎｏ－ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ ａｔｔｒａｃｔｅｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｎｄ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔ００，ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｌａｔｅｘ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ
ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｒａｔｉｏ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｔｏ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｙｉｅｌｄ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：ｍａｔｅｒｉａｌ ｒａｔｉｏ ｗａｓ ２．５：１，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ８０。Ｃ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｗａｓ １ ｈ，ｕｎｄｅｒ ｔｈｉｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅ ｙｉｅｌｄ ｗａｓ ９０．３％ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｚｉｎｃ ｌａｃｔａｔｅ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＴＥＭ，ＸＲＤ，ＩＲ，ＴＧ·ＤＳＣ， １ＨＮＭＲ，ａｎｄ ＭＳ．Ｚｉｎｃ ｌａｃｔａｔｅ ｈａｄ ａｒｌ ｎｏｖｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｓ ｓｔｉｃｋ，ｗｈｉｃｈ ｓｉｚｅ ｗａｓ ａｂｏｕｔ ５０—７０ｎｍ，ａｎｄ ｉｔ ｄｉｄｎ’ｔ ｈａｖｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｗａｔｅｒ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏ—ＺｎＯ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｓｔａｎｔ；ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｚｉｎｃ ｌａｃｔａｔｅ
ｆｏｌｌｏｗｓ，ｎａｎｏ－ＺｎＯ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｈｅｘａｇｏｎａｌ ａｎｄ ｅａｓｙ ｔｏ ｒｅｕｎｉｔｅ，
Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａｓ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔ｝１ ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒ ｏｆ ｎａｎｏ—ＺｎＯ ｗａｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ