超声波沉淀法制备不同粒径的纳米氧化锌

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， 固相合成法
［3 ］
， 化
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， 超声波沉淀法
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山 东 化 工 SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY
2012 年第 41 卷
同粒径的纳米氧化锌； 而制备不同粒径的纳米氧化 锌一般是通过控制工艺条件来实现的 。关于采用超 声波沉淀法制备不同粒径纳米氧化锌的研究还未见 报道。 文章以硫酸锌和草酸为原料， 采用超声波沉淀 法， 通过控制硫酸锌和草酸的配比、 反应温度、 煅烧 温度和反应物加入的方式， 研究不同平均粒径的纳 并讨论制备条件对其平均粒径的 米氧化锌的制备， 影响规律。 1 1． 1 实验部分 实验原理 将硫酸锌溶液置于超声场中辐射， 以草酸溶液 以曲拉通 X － 100 为表面活性剂防团聚， 为沉淀剂， 利用超声波的特殊能量和声空化作用使反应物均匀 提高反应速度， 加快反应物和产物的扩散， 促 混合， 进固体新相的形成， 从而控制颗粒的尺寸和分布。 然后再在常温常压下搅拌使颗粒更好的球形化 。 采用超声波沉淀法以硫酸锌和草酸为原料制备 纳米氧化锌颗粒的反应式为： ZnSO4 + H2 C2 O4 →ZnC2 O4 ↓ + H2 SO4 ZnC2 O4 →ZnO + 2CO2
， 溶胶凝胶法
， 激光蒸发法
收稿日期： 2012 － 02 － 24 基金项目： 国家自然科学基金项目资助（ 编号： 20773092 ） 作者简介： 王亚峰（ 1976 —） ， 女， 山西长治人， 在读硕士研究生， 主要研究方向为纳米化学； 薛永强， 通讯作者， 电话： 0351 － 6014476 ， E － mail： xyqlw@ 126． com。
数据见表 1 。
不同粒度的纳米 ZnO 的强衍射峰 XRD 数据与粒径 The datum of the XRD of nano － ZnO with different sizes 2 θ / （ °） 31． 78 34． 44 36． 26 31． 81 34． 46 36． 29 31． 77 34． 41 36． 25 31． 83 34． 49 36． 31 31． 77 34． 42 36． 25 31． 76 34． 41 36． 25 31． 77 34． 42 36． 25 31． 83 34． 50 36． 31 31． 80 34． 48 36． 31 31． 85 34． 53 36． 34 FWHMβ / rad 0． 382 0． 376 0． 401 0． 345 0． 289 0． 369 0． 289 0． 286 0． 302 0． 251 0． 245 0． 283 0． 231 0． 240 0． 255 0． 220 0． 228 0． 231 0． 214 0． 220 0． 237 0． 199 0． 205 0． 218 0． 182 0． 168 0． 192 0． 178 0． 173 0． 180 d / nm 21． 38 21． 87 20． 61 23． 68 28． 46 22． 40 28． 24 28． 70 37． 36 32． 54 33． 57 29． 21 35． 39 34． 25 32． 42 37． 14 36． 13 35． 77 38． 24 37． 47 34． 88 41． 05 40． 12 37． 92 44． 88 48． 96 43． 04 45． 89 47． 55 45． 93 46． 46 45． 63 39． 70 36． 86 36． 35 34． 01 31． 78 28． 10 24． 85 21． 29 珔/ nm d
图1 Fig． 1
不同粒径的纳米氧化锌的 XRD 衍射峰
XRD Patterns of the nano － ZnO with different sizes
第3 期
王亚峰， 等： 超声波沉淀法制备不同粒径的纳米氧化锌
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10 个不同粒度纳米 ZnO 样品的强衍射峰 XRD
表1 Table1 序号 Crystal plane 100 1 002 101 100 2 002 101 100 3 002 101 100 4 002 101 100 5 002 101 100 6 002 101 100 7 002 101 100 8 002 101 100 9 002 101 100 10 002 101
· 10· 大粒径颗粒。
表2
山 东 化 工 SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY
2012 年第 41 卷
不同配比制备的纳米 ZnO 的平均粒度 The average diameter of nano － ZnO prepared at different ratios of reactants
（ 太原理工大学 应用化学系， 山西 太原 030024 ）
摘要： 以硫酸锌和草酸为原料， 采用超声波沉淀法， 研究了不同粒径的纳米氧化锌的制备， 讨论了不同工艺条件对粒径的影响规 律。实验结果表明， 采用超声波沉淀法可以制备出平均粒径为 21 ～ 47nm 的纳米氧化锌； 反应条件对纳米氧化锌的粒径有显著影 响： 纳米氧化锌的粒径随草酸与硫酸锌配比的增大而增大， 而随反应温度的升高而减小； 并且沉淀剂的加入方式对所制备的纳米 氧化锌的粒度也有较大影响： 一次性将草酸沉淀剂倾倒入锌盐溶液比缓慢滴加所得微粒的粒径较小 。 关键词： 纳米氧化锌； 不同粒径； 制备； 超声波沉淀法 中图分类号： TQ132． 4 + 1 ； TB383 文献标识码： A 文章编号： 1008 － 021X（ 2012 ） 03 － 0007 － 04
1． 2
纳米氧化锌的制备 分别量取一定量 1． 0mol / L 硫酸锌溶液和曲拉
通溶液于同一烧杯中搅拌均匀， 在频率为 50kHz 的 超声场中辐射； 再量取一定量的 1． 0mol / L 草酸为沉 采用正加法一次性迅速加入草酸溶液 ， 待反应 淀剂， 开始生成沉淀后继续超声辐照 1h。 反应结束后， 经 减压抽滤， 纳米沉淀物用蒸馏水和无水乙醇反复洗 然后真空干燥。干燥后的前驱体纳米草酸锌， 装 涤， 放入马弗炉中在一定温度下煅烧 2h， 得 入坩埚中， 到白色粉末纳米氧化锌。 纳米氧化锌的平均粒径 （ 直径） 可由衍射峰的半峰宽通过谢乐公式计算得 到。 2 2． 1 结果与讨论 纳米氧化锌的晶型 本课题制备的纳米 ZnO 的 XRD 谱图 （ 见图 1 ） 与标准谱图一致， 说明所得样品为氧化锌， 晶型为六 方晶型； 所制备的纳米氧化锌谱图中除了氧化锌特 征衍射峰外， 基本没有其它杂峰的存在， 表明沉淀物 纯度较高， 没有杂质离子遗留在样品中； 洗涤充分， 图中衍射峰很尖锐， 说明结晶性良好。
表 5 不同加入方式制备的纳米 ZnO 的平均粒径 Table 5 The average diameter of nano － ZnO prepared by different adding ways
序号 2 6 同。 n（ H2 C2 O4 ·2H2 O） ： n（ ZnSO4 ·7H2 O） 1． 25 ： 1 1． 25 ： 1 草酸加入方式 一次倾倒 20min 内滴加完 珔/ nm d 24． 85 36． 35
Table 2
序号 1 2 3 4 5
n（ H2 C2 O4 ·2H2 O） ： n（ ZnSO4 ·7H2 O） 1： 1 1． 25 ： 1 2． 5 ： 1 3． 75 ： 1 5： 1
珔/ nm d 21． 29 24． 85 28． 10 31． 78 34． 01
度较大， 有利于成核， 而不利于晶核生长， 从而生成 的微粒粒径较细小； 而缓慢滴加时溶液过饱和度较 不利于成核而有利于晶核生长， 因而生成的微粒 小， 较大。可能是因为一次性加入有利于加快成核速 率， 降低核生长速率， 有利于生成粒径细小的微粒； 而缓慢滴加时成核较慢， 微粒长大， 生成微粒较大。
注： 反应在常温下进行， 煅烧温度为 500℃ ， 煅烧时间 2h 等其它 条件不变。
2． 2． 2
煅烧温度的影响 3
注： 上表所示为除草酸的加入方式不同外， 其它制备条件均相
不同煅烧温度所制备得到的纳米氧化锌的平均 粒径见表 3 。
表3 Table 3 不同煅烧温度制备的纳米 ZnO 的平均粒径 The average diameter of nano － ZnO prepared under different calcination temperatures
第3 期
王亚峰， 等： 超声波沉淀法制备不同粒径的纳米氧化锌
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异的物理和化学性能而被广泛应用于光学 、 电学、 生 物、 化工等领域。 纳米氧化锌有多种制备方法， 如： 均匀沉淀方法
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学气相沉积法
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［4 ］
科研与开发
超声波沉淀法制备不同粒径的纳米氧化锌
王亚峰， 薛永强
Preparation of Nano － ZnO with Different Sizes by Ultrasonic Precipitation
WANG Ya － feng， XUE Yong － qiang
（ Department of Applied Chemistry，Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024 ， China） Abstract： Using zinc sulfate and oxalic acid as raw materials，nano － ZnO with different particle sizes was prepared by ultrasonic precipitation method，the effects of process conditions on the particle size were discussed． The results showed that nano － ZnO with average particle sizes from 21 nm to 47 nm could be prepared by ultrasonic precipitation． The preparation conditions had an notable influence on the particle size，and with the oxalic acid and ratio of zinc sulfate increased，particle size increased，while the particle size decreased with reaction temperature increasing． And that the ways to add the precipitator to zinc salt solution also had a greaterபைடு நூலகம்effect on the particle size，the particle size by once addition was smaller than that by gradual addition． Key words： nano － zinc oxide； different particle size； preparation； ultrasonic precipitation 纳米氧化锌作为一种高新技术材料， 由于它奇 等。其中， 采用超声波法可以很大提高非均相反应 的速度， 实现非均相反应物间的均匀混合 ， 加速反应 物和产物的扩散， 促进固体新相的形成， 控制颗粒的 尺寸和分布， 强化非均相界面之间的传质， 比传统的 方法具有明显的优势。由于不同功能和用途需要不
2． 2 2． 2． 1
不同制备条件对纳米氧化锌粒径的影响 配比的影响
由表 2 中数据可以看出， 其它条件不变时增大 反应物配比（ 即增大草酸浓度 ） ， 产物粒径增大。 这 可能是因为随草酸量的增多， 瞬时生成前驱物微粒 ， 有利于聚集成 的速度增大 微粒相互接触机会增多，
不同配比条件下制备的纳米氧化锌的平均粒径 见表 2 。