沉淀法制备纳米ZnO

设计性实验2 沉淀法制备纳米ZnO

摘要:本实验以Zn(NO

3)

2

·6H

2

O和NH

4

HCO

3

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：

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(NO 3)2·6H 2O 、 NH 4HCO 3、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(NO 3)2·6H 2O 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 NH 4HCO 3定容至200ml 配制成2.0mol/l 的溶液。然后将NH 4HCO 3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NH 4HCO 3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：

Zn 2++2CO 3→ZnCO 3（↓）+CO 2↑+H 2O ZnCO 3→ZnO+CO 2（↑）

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：

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