利用太阳能制备纳米氧化锌的制备方法转让专利
申请号 : CN200610113398.5
文献号 : CN100595132C
文献日 : 2010-03-24
发明人 : 郝维昌 , 孙猛 , 张俊英 , 王天民
申请人 : 北京航空航天大学
摘要 :
本发明提供了一种利用太阳能制备过氧化锌和氧化锌的方法。其中选择醋酸锌和双氧水作为原料，把醋酸锌溶解于双氧水和去离子水混合液，在太阳光光照的条件下反应后得到白色溶胶，把溶胶干燥得到浅黄色粉末为过氧化锌粉末，再把粉末在高温下退火处理后就可得到白色的氧化锌粉末，通过控制溶胶pH值、反应时间等，可以获得晶粒可控、分散性好、高纯度、高结晶度的纳米过氧化锌和氧化锌颗粒。本发明的制备方法工艺简单、易于操作，反应条件温和，可以在室温下完成，具有节能、环境友好的特性。
权利要求 :
1、一种利用太阳能制备纳米氧化锌的方法，其特征在于：该制备方法以过氧化氢和醋酸锌 为原料，先将双氧水加入到去离子水中，搅拌均匀，在太阳光光照的条件下，把醋酸锌溶解 于上述过氧化氢溶液，得到浓度在0.1mol/L-0.5mol/L之间的溶液，将该溶液在0℃-40℃ 反应8-20小时后得到白色溶胶，把白色溶胶在低于120℃的温度下干燥得到不同尺寸的浅 黄色纳米粉末为过氧化锌粉末，再把过氧化锌粉末在400℃-800℃进行退火处理，得到白 色的氧化锌粉末。
2、根据权利要求1所述的利用太阳能制备纳米氧化锌的方法，其特征在于：所述的制备方 法在间歇或连续的状态下进行。
3、根据权利要求1所述的利用太阳能制备纳米氧化锌的方法，其特征在于：通过添加稀盐 酸、稀硫酸、稀硝酸、稀醋酸来调节溶胶pH值，控制粒径尺寸。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种利用太阳能光化学反应方式制备纳米过氧化锌和氧化锌的方法。
背景技术
过氧化锌为淡黄色或白色粉末，不溶于水。过氧化锌可以与偶氨基化碳组合作为喷吹 剂用于制造高熔点的合成树脂的泡沫热塑产品。在多硫化物橡胶的硫化中过氧化锌作为硫 化剂用于生产抗油和抗老化密封剂、管道等，用于羰基丁腈橡胶的硫化以生产抗磨损橡胶。 在羧酸腈基丁二烯橡胶丁晴橡胶过氧化锌作为硬化剂增强未硬化橡胶的抗烧焦能力和储藏 稳定性。过氧化锌还可以用做爆炸物(如炸药、烟火)的氧化剂和供氧剂。在陶瓷绝缘体 的生产过程中，加入过氧化锌有助于加速有机粘结剂的燃烧或去除从而减少烧成陶瓷材料 中的残留碳含量。在石油和天然气开采工业中，过氧化锌用于配制钻井液来分解钻井孔下 结块的淤泥，使开采更加顺利。此外，过氧化锌可以用于制作医治皮肤病的防腐剂。过氧 化锌作为氧化剂和漂白剂亦可用于其它领域也有广泛的应用。
氧化锌是一种新型的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料，室温下其禁带宽度为 3137eV，对应于波长为387nm的紫外光，室温下的激子束缚能较大(60meV)，因此在室 温下可以产生高效率的激子发射。氧化锌已经在光学器件、气敏、压敏器件、光催化、紫 外光电子器件等领域都得到了广泛的应用，是近年来继GaN之后国际上又一研究热点，受 到了人们的普遍关注。制备纳米ZnO的方法很多，不同方法制备的ZnO具有不同的晶形、 颗粒大小、表面性质及纯度，这些都将影响到纳米ZnO材料的光电性质。
传统的制备氧化锌和过氧化锌的方法有很多。工业上制备氧化锌的方法主要有：直接 法(亦称美国法)(将从焙砂还原出的锌蒸气氧化制得氧化锌)、间接法(亦称法国法) (蒸发金属锌块，将所得锌蒸气氧化制得氧化锌)。目前市售氧化锌多为直接法或间接法 产品，所得ZnO粒度为微米级，比表面积较小。工业上制备过氧化锌的方法为氢氧化锌法 (通过过氧化锌与过氧化氢溶液反应)。这些方法存在着能耗高、纯度较低、成本较高等 缺点。本发明采用醋酸锌和双氧水作为原材料，成本较低，利用太阳能促使反应发生，反 应条件温和，可以节省能源。本发明具有工艺简单、成本低廉、环境友好的特性。并且一 个工艺过程可以同时生成氧化锌和过氧化锌两种材料。通过控制溶胶pH值、反应时间等， 可以获得晶粒可控、分散性好的纳米过氧化锌和氧化锌颗粒。本发明所得到的过氧化锌可 以广泛用于制造化妆品、药品、硫化促进剂、防腐剂、收敛剂等；得到的氧化锌可以广泛 地用作光电池、压敏元件、传感器、催化剂和紫外光电子器件等。
氧化锌是一种新型的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料，室温下其禁带宽度为 3137eV，对应于波长为387nm的紫外光，室温下的激子束缚能较大(60meV)，因此在室 温下可以产生高效率的激子发射。氧化锌已经在光学器件、气敏、压敏器件、光催化、紫 外光电子器件等领域都得到了广泛的应用，是近年来继GaN之后国际上又一研究热点，受 到了人们的普遍关注。制备纳米ZnO的方法很多，不同方法制备的ZnO具有不同的晶形、 颗粒大小、表面性质及纯度，这些都将影响到纳米ZnO材料的光电性质。
传统的制备氧化锌和过氧化锌的方法有很多。工业上制备氧化锌的方法主要有：直接 法(亦称美国法)(将从焙砂还原出的锌蒸气氧化制得氧化锌)、间接法(亦称法国法) (蒸发金属锌块，将所得锌蒸气氧化制得氧化锌)。目前市售氧化锌多为直接法或间接法 产品，所得ZnO粒度为微米级，比表面积较小。工业上制备过氧化锌的方法为氢氧化锌法 (通过过氧化锌与过氧化氢溶液反应)。这些方法存在着能耗高、纯度较低、成本较高等 缺点。本发明采用醋酸锌和双氧水作为原材料，成本较低，利用太阳能促使反应发生，反 应条件温和，可以节省能源。本发明具有工艺简单、成本低廉、环境友好的特性。并且一 个工艺过程可以同时生成氧化锌和过氧化锌两种材料。通过控制溶胶pH值、反应时间等， 可以获得晶粒可控、分散性好的纳米过氧化锌和氧化锌颗粒。本发明所得到的过氧化锌可 以广泛用于制造化妆品、药品、硫化促进剂、防腐剂、收敛剂等；得到的氧化锌可以广泛 地用作光电池、压敏元件、传感器、催化剂和紫外光电子器件等。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时制备过氧化锌和氧化锌的太阳能光化学反应方法。
本发明的技术方案是：所述制备方法以过氧化氢和醋酸锌为原料，先将双氧水加入到 去离子水中，搅拌均匀。在太阳光光照的条件下，把醋酸锌溶解于上述溶液，得到浓度在 0.1mol/L-0.5mol/L之间的溶液，在室温下(0℃-40℃)反应8h-20h后得到白色溶胶， 把溶胶在低于120℃的温度下干燥得到不同尺寸的浅黄色纳米粉末为过氧化锌粉末。如果 再把粉末在400℃-800℃的高温退火处理，就可以得到白色的氧化锌粉末。
其中，所述的制备方法可以在间歇或连续的状态下进行。
其中，所述的制备方法过程中，可以添加稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、稀醋酸来调节溶 胶pH值，控制粒径尺寸，得到不同尺寸的纳米粉末。
该制备方法的反应机理为：首先是在溶液中过氧化氢在光照的条件下发生分解，和醋酸 锌反应，生成过氧化锌。
Zn(CH3COO)2+H2O2＝ZnO2+2HCH3COO
然后，在高温下过氧化锌发生分解反应，生成氧化锌。
2ZnO2＝2ZnO+O2
本发明所制备方法的优点是：制备的过氧化锌和氧化锌纯度较高，且配料成本低，过 氧化锌的稳定性较好；采用清洁能源太阳能作为能量来源，工艺及设备简单、成本低，适 合大规模工业生产。
本发明的技术方案是：所述制备方法以过氧化氢和醋酸锌为原料，先将双氧水加入到 去离子水中，搅拌均匀。在太阳光光照的条件下，把醋酸锌溶解于上述溶液，得到浓度在 0.1mol/L-0.5mol/L之间的溶液，在室温下(0℃-40℃)反应8h-20h后得到白色溶胶， 把溶胶在低于120℃的温度下干燥得到不同尺寸的浅黄色纳米粉末为过氧化锌粉末。如果 再把粉末在400℃-800℃的高温退火处理，就可以得到白色的氧化锌粉末。
其中，所述的制备方法可以在间歇或连续的状态下进行。
其中，所述的制备方法过程中，可以添加稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、稀醋酸来调节溶 胶pH值，控制粒径尺寸，得到不同尺寸的纳米粉末。
该制备方法的反应机理为：首先是在溶液中过氧化氢在光照的条件下发生分解，和醋酸 锌反应，生成过氧化锌。
Zn(CH3COO)2+H2O2＝ZnO2+2HCH3COO
然后，在高温下过氧化锌发生分解反应，生成氧化锌。
2ZnO2＝2ZnO+O2
本发明所制备方法的优点是：制备的过氧化锌和氧化锌纯度较高，且配料成本低，过 氧化锌的稳定性较好；采用清洁能源太阳能作为能量来源，工艺及设备简单、成本低，适 合大规模工业生产。
附图说明
图1、为本发明的制备过程反应示意图；
图2、为本发明凝胶粉末不同热处理后的XRD图谱；
图3、(a)为本发明氧化锌的扫描电子显微镜图象；
(b)为本发明过氧化锌粉末的扫描电子显微镜图象；
图4、(a)为本发明氧化锌的透射电子显微镜图像；
b)为本发明过氧化锌粉末的透射电子显微镜图像；
图5、为本发明制备过程反应流程图。
图2、为本发明凝胶粉末不同热处理后的XRD图谱；
图3、(a)为本发明氧化锌的扫描电子显微镜图象；
(b)为本发明过氧化锌粉末的扫描电子显微镜图象；
图4、(a)为本发明氧化锌的透射电子显微镜图像；
b)为本发明过氧化锌粉末的透射电子显微镜图像；
图5、为本发明制备过程反应流程图。
具体实施方式
本发明为一种利用太阳能光化学反应方式制备纳米过氧化锌和氧化锌的方法。其制备 方法，以过氧化氢和醋酸锌为原料，先将双氧水加入到去离子水中，搅拌均匀。在太阳光 光照的条件下，把醋酸锌溶解于上述溶液，得到浓度在0.1mol/L-0.5mol/L之间的溶液， 在室温下(0℃-40℃)反应8h-20h后得到白色溶胶，把溶胶在低于120℃的温度下干 燥得到不同尺寸的浅黄色纳米粉末为过氧化锌粉末。如果再把粉末在400℃-800℃的高 温退火处理，就可以得到白色的氧化锌粉末。
所述上述反应可以在间歇或连续的状态下进行。
所述的制备方法过程中，可以添加稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、稀醋酸来调节溶胶pH 值，控制粒径尺寸，得到不同尺寸的纳米粉末。
本发明的制备方法中的反应机理如下所示：
首先是在溶液中过氧化氢在光照的条件下发生分解，和醋酸锌反应，生成过氧化锌。
Zn(CH3COO)2+H2O2＝ZnO2+2HCH3COO
然后，在高温下过氧化锌发生分解反应，生成氧化锌。
2ZnO2＝2ZnO+O2
本发明制备方法具体实施步骤如下：
1、先把0.5g醋酸锌溶解于150ml H2O混合均匀；
2、一边搅拌一边加入多于0.5ml H2O2；
3、混合均匀后在太阳光下一边搅拌一边照射；
4、6h后再加入多于0.5ml H2O2；
5、再搅拌4h后停止，得到均匀，稳定的溶胶；
6、把溶胶干燥得到凝胶粉末；
7、研磨后得到粒径均匀的ZnO2粉末；
8、再把ZnO2粉末在400℃退火，得到ZnO粉末。
所述上述反应可以在间歇或连续的状态下进行。
所述的制备方法过程中，可以添加稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、稀醋酸来调节溶胶pH 值，控制粒径尺寸，得到不同尺寸的纳米粉末。
本发明的制备方法中的反应机理如下所示：
首先是在溶液中过氧化氢在光照的条件下发生分解，和醋酸锌反应，生成过氧化锌。
Zn(CH3COO)2+H2O2＝ZnO2+2HCH3COO
然后，在高温下过氧化锌发生分解反应，生成氧化锌。
2ZnO2＝2ZnO+O2
本发明制备方法具体实施步骤如下：
1、先把0.5g醋酸锌溶解于150ml H2O混合均匀；
2、一边搅拌一边加入多于0.5ml H2O2；
3、混合均匀后在太阳光下一边搅拌一边照射；
4、6h后再加入多于0.5ml H2O2；
5、再搅拌4h后停止，得到均匀，稳定的溶胶；
6、把溶胶干燥得到凝胶粉末；
7、研磨后得到粒径均匀的ZnO2粉末；
8、再把ZnO2粉末在400℃退火，得到ZnO粉末。