專利名稱：真空限氧法制備納米氧化鋅的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備納米氧化鋅的方法，特別涉及一種含鋅物料真空限氧法制備納米氧化鋅的方法。
背景技術：
納米氧化鋅由于粒子尺寸小，比表面大，具有表面效應、量子尺寸效應等，表現(xiàn)出許多優(yōu)于普通氧化鋅的特殊性能，如無毒和非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，在橡膠、陶瓷、日用化工、涂料、磁性材料等方面具有廣泛的用途，可以制造氣體傳感器、熒光體、紫外線遮蔽材料、變阻器、圖像記錄材料、壓敏材料、壓電材料、高效催化劑等，備受人們重視。
納米氧化鋅的制備方法很多，按原料的原始狀態(tài)可分為固相法、液相法和氣相法。固相法是通過粉碎研磨來使反應物相混合擴散發(fā)生化學反應，然后再將反應產(chǎn)物煅燒制得納米氧化鋅。這種方法具有無需溶劑、設備簡單、合成條件容易控制等優(yōu)點，但是固相法無法對氧化鋅制備過程中的顆粒微觀結構進行物理或化學方法的有效干預，且物料難以混合均勻，反應過程往往不能進行完全。因此，要得到高純度的納米氧化鋅比較困難。液相法相對于固相法而言，具有原料比較容易獲得，化學組分能準確控制、設備簡單、操作簡便等優(yōu)點。根據(jù)制備和合成過程不同，液相法可分為水熱合成法、溶膠-凝膠法、微乳液法和沉淀法等。在這些方法中，有的存在對生產(chǎn)設備要求高，反應條件苛刻，連續(xù)性差，且生產(chǎn)成本高問題；有的存在使用的有機溶劑一般情況下有毒，且成本高，產(chǎn)量小，生產(chǎn)周期長，目前難以實現(xiàn)工業(yè)化問題；有的則存在產(chǎn)品粒子粒徑分布較寬、分散性差等問題。氣相法是直接利用氣體或者將物料氣化，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或化學反應，最后在冷卻過程中凝聚形成納米微粒。氣相法制備納米氧化鋅常見的方法有物理氣相沉積法、脈沖激光沉積法和化學氣相傳輸氧化法等。物理氣相沉積法采用氧化鋅粉為原料，采用氣相沉積制備納米氧化鋅粉，通過簡單的氣固機制，可以制得直徑小的納米氧化鋅。脈沖激光沉積法通過控制激光的入射能量也可以實現(xiàn)對氧化鋅形貌和性能的調(diào)控?；瘜W氣相法是以惰性氣體為載體，將鋅粉或鋅鹽帶入有氧氣的超高溫環(huán)境氣體中，在氣相中發(fā)生化學反應形成基本粒子，并經(jīng)成核、生長兩個階段，同時利用高溫區(qū)與周圍環(huán)境形成的巨大的溫度梯度，通過急冷作用得到氧化鋅納米顆粒。氣相法相比上述的制備方法，可以很容易得到納米氧化鋅粉體，但工藝技術復雜，一次性投資較大。真空限氧法制備納米氧化鋅屬于化學氣相法，它是以含氧氣體為氧源，通過調(diào)控反應器內(nèi)的真空度來控制體系的氧分壓，使鋅蒸氣在真空條件低氧分壓的環(huán)境中發(fā)生氧化反應，從而制取納米氧化鋅的一種方法。
丘克強等人發(fā)明了一種納米四針狀氧化鋅晶須的制備方法(專利號ZL200510031208. O)。該方法是以金屬鋅或含鋅二次資源為原料，通過調(diào)節(jié)反應體系的真空度來控制氧氣含量，使鋅在相對缺氧條件下，獲得納米四針狀氧化鋅晶須。實際上該方法包含兩個過程一個是鋅蒸發(fā)過程，另一個是蒸發(fā)后的鋅的氧化過程。在該方法所用的制備裝置中，反應器內(nèi)分蒸發(fā)區(qū)(原料提純區(qū))和氧化區(qū)(納米氧化鋅制備區(qū))兩個區(qū)，需要兩個溫度控制儀分別控制兩個區(qū)的溫度，精確控溫難，制備條件苛刻。李敦鈁等人申請了名為《真空限氧法制備不同形貌氧化鋅的方法》(申請?zhí)?00510039156. I )的發(fā)明專利，公布了一種真空限氧法制備不同形貌氧化鋅的方法。該方法是將金屬鋅或含鋅金屬鋅的物料放入加熱熔化爐內(nèi)，熔化后進入到真空反應爐中的真空蒸發(fā)室，金屬鋅蒸發(fā)，再進入具有一定真空度的氧化反應室，與通入氧化反應室內(nèi)的氧氣反應，在具有一定的蒸發(fā)溫度，鋅蒸汽與氧氣的壓力比，以及一定的氧化反應氧氣壓力的條件范圍內(nèi)，可得到不同形貌的納米或微米氧化鋅。該方法所用的制備裝置，包括加熱熔化爐和真空反應爐(含真空蒸發(fā)室和氧化反應室，真空蒸發(fā)室和氧化反應室也可以合并為一個制備室)，設備種類較多，操作繁瑣，氧化反應需要純氧氣，且鋅蒸汽與氧氣的壓力比難以控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷和不足，提供一種生產(chǎn)過程連續(xù)、穩(wěn)定、生產(chǎn)周期短、成本低、生產(chǎn)清潔的納米氧化鋅的制備方法，實現(xiàn)將原料提純和納米氧化鋅制備整合在同一過程中完成。為了達到上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)目的所采取的技術方案是
一種真空限氧法制備納米氧化鋅的方法，其步驟是
1、選取含鋅量大于80%的固體物料，其中鋅呈單質(zhì)或合金狀態(tài)；
2、將內(nèi)設蒸發(fā)和氧化為同一區(qū)的高溫爐升溫至1073K 1173K；
3、將盛裝含鋅固體物料的坩堝置于蒸發(fā)——氧化區(qū)中，抽真空，通過真空微調(diào)閥控制爐內(nèi)的真空度為17975Pa 23975Pa，恒溫反應5 15min后，即得到含有少量單針狀的四針狀的納米氧化鋅。本發(fā)明的真空限氧法制備納米氧化鋅的方法與現(xiàn)有技術相比，具有的有益效果和特點主要是
本發(fā)明由于采用鋅的蒸發(fā)和氧化在同一區(qū)，實現(xiàn)將原料提純和納米氧化鋅制備整合在同一過程中完成，制備條件簡單，容易控制；制備過程以空氣為氧源，不需要通入純氧氣、惰性氣體或輔助氣體，也不需要任何助劑等，成本低，生產(chǎn)流程短、原料的利用率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)境友好。


圖I為采用本發(fā)明所制備的納米氧化鋅形貌的熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖。圖2為采用本發(fā)明所制備的納米氧化鋅的X射線衍射圖。具體實施方法
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施例I
以含鋅81%的火法精煉鉛時加鋅除銀的中間產(chǎn)品——銀鋅殼為原料，將內(nèi)設蒸發(fā)——氧化區(qū)的高溫爐升溫至1173K，再將盛有含鋅物料的坩堝放入蒸發(fā)一氧化區(qū)中，抽真空，同時通過真空微調(diào)閥控制蒸發(fā)一氧化區(qū)內(nèi)的真空度22980Pa，恒溫反應IOmin后，得到根部直徑約80nm，針長O. 2 μ πΓ3. 5 μ m含有少量單針狀的四針狀的納米氧化鋅。實施例2
以含鋅93%的工業(yè)粗鋅為原料，將內(nèi)設蒸發(fā)一氧化區(qū)的高溫爐升溫至1123K，再將盛有含鋅物料的坩堝放入蒸發(fā)一氧化區(qū)中，抽真空，同時通過真空微調(diào)閥控制蒸發(fā)一氧化區(qū)內(nèi)的真空度18775Pa，恒溫反應6min后，得到根部直徑約40nm，針長O. 3 μ πΓ4. 5 μ m含有少量單針狀的四針狀的納米氧化鋅。實施例3
以含鋅95%的熱鍍鋅渣為原料，將內(nèi)設蒸發(fā)——氧化區(qū)的高溫爐升溫至1143K，再將盛 有含鋅物料的坩堝放入蒸發(fā)一氧化區(qū)中，抽真空，同時通過真空微調(diào)閥控制蒸發(fā)一氧化區(qū)內(nèi)的真空度21975Pa，恒溫反應8min后，得到根部直徑約50nm，針長O. 3 μ πΓ4. O μ m含有少量單針狀的四針狀的納米氧化鋅。
權利要求
1. 一種真空限氧法制備納米氧化鋅的方法，其特征在于，制備步驟是 (1)選取含鋅量大于80%的固體物料，其中鋅呈單質(zhì)或合金狀態(tài)； (2)將內(nèi)設蒸發(fā)和氧化為同一區(qū)的高溫爐升溫至1073K 1173K； (3)將盛裝有含鋅固體物料的坩堝置于蒸發(fā)——氧化區(qū)中，抽真空，通過真空微調(diào)閥控制爐內(nèi)的真空度為17975Pa 23975Pa，恒溫反應5 15min后，即得到含有少量單針狀的四針狀的納米氧化鋅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種真空限氧法制備納米氧化鋅的方法，其特征是先選取含鋅量大于80%的固體物料為原料，將內(nèi)設蒸發(fā)和氧化為同一區(qū)的高溫爐升溫至1073K～1173K；然后將盛裝有含鋅固體物料的坩堝置于蒸發(fā)——氧化區(qū)中，抽真空，通過真空微調(diào)閥控制爐內(nèi)的真空度為17975Pa～23975Pa，恒溫反應5～15min后，即得到含有少量單針狀的四針狀的納米氧化鋅。本發(fā)明鋅的蒸發(fā)和氧化在同一區(qū)，實現(xiàn)將原料提純和納米氧化鋅制備整合在同一過程中完成，制備時以空氣為氧源，成本低，生產(chǎn)流程短、原料的利用率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)境友好。
文檔編號C01G9/03GK102659172SQ201210132090
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者史愛波, 張榮良, 金云學 申請人:江蘇科技大學