改性纳米氧化锌的制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310107679.X

申请日:

2013.03.31

公开号:

CN104071826A

公开日:

2014.10.01

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C01G 9/02申请日:20130331|||公开

IPC分类号:

C01G9/02; B82Y30/00(2011.01)I

主分类号:

C01G9/02

申请人:

黄冈师范学院

发明人:

杨水彬; 王菊平; 曾舟华

地址:

438000 湖北省黄冈市开发区新港二路146号

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明专利公开了一种改性纳米ZnO粉末的制备方法,它解决了具有较高比表面能的纳米氧化锌易团聚、难于分散、与聚合物结合性能差等问题,其特征在于:利用硬脂酸和Zn(NO3)2·6H2O在高温条件下发生化学反应,直到有红棕色的气体散发时停止加热,然后对反应物进行焙烧、冷却、研磨,利用热处理氧化锌前躯体的余热将其置于正丁醇中静置,再用无水乙醇洗涤沉淀数次,在真空干燥箱中50oC烘干,研磨得改性纳米ZnO粉末。改性的纳米ZnO粉末降低了其纳米材料的表面极性,提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力,扩大纳米材料的应用范围。

权利要求书

1.  一种改性纳米ZnO粉末的制备方法,其特征在于:它是由硬脂酸和硝酸锌通过化学反应制备而成,具体步骤如下:
(1)向加热容器中加入硬脂酸,将其置于CL-4型恒温加热磁力搅拌器上加热至完全熔化;
(2)在不断搅拌下向熔液中加入Zn(NO3)2·6H2O,待其完全溶解后继续加热反应,直到有红棕色的气体从烧杯中散发出来,停止加热;
(3)反应后的溶液倒出冷却至完全固化;
(4)将冷却固化物转入马弗炉中焙烧,当温度升至600 oC时自坩埚取出;
(5)将固化物研磨至粉末状,置于马弗炉中在600 oC下焙烧2 h 后取出,利用热处理氧化锌前躯体的余热,趁热将粉末到入正丁醇中,静置;
(6)用无水乙醇洗涤沉淀物数次,以去除正丁醇,然后在真空干燥箱中50 oC烘干,研磨得改性纳米ZnO粉末。

说明书

改性纳米氧化锌的制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种化学物质的制备,尤其是涉及一种改性纳米ZnO粉末的制备方法。
二、背景技术
纳米氧化锌(nano-ZnO)是一种新型高功能精细无机产品。由于材料的纳米化,使得纳米氧化锌产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因而,纳米氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和用途。然而,具有较高比表面能的纳米氧化锌易团聚,难于在有机介质中分散,与聚合物结合性能差,直接影响其实际功效。为了降低纳米材料的表面极性,提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力,扩大纳米材料的应用范围,对纳米ZnO进行表面改性意义重大。
利用表面活性剂是较为有效的表面改性手段。常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、硬脂酸、有机硅等。葛岭梅等采用KH8454、NDZ201和NDZ311为改性剂对纳米ZnO分别进行表面改性,改性效果很好且便于储存,并不再团聚。王国宏等通过正交实验以月桂酸钠为改性剂,用量为15 %,pH值为6,改性时间为1.5 h时,改性后的纳米ZnO的亲油化度达到79.12 %,能较好地分散于甲醇和二甲苯中。李剑锋等将Zn(Ac)2·H2O溶解在乙醇中,把溶解了LiOH·H2O的乙醇溶液逐滴加入进去,同时,在273 K下剧烈搅拌1h,然后离心20 min。这样就得到ZnO的凝胶体,加入尿素和硼酸的乙醇溶液,将氮化硼(BN)的含量调节至90 %。用旋转蒸发器将乙醇溶剂挥发掉,然后在烘箱中烘干,将烘干的混合物分别在473、673和973 K下于空气氛围退火7 h。实验证明,BN壳层有效地抑止了纳米粒子的过分生长作为一种重要的半导体光催化剂有较高的催化活性,氧化锌的应用研究已经引起人们的广泛重视,并可能成为TiO2的替代物,因为这两种物质具有相同的光催化机理。据报道,ZnO比TiO2光催化降解效率更高,如光催化降解纸浆漂白废水、2 –苯基苯酚及苯酚等。
如何降低纳米氧化锌等材料的制备成本、得到性能优异的光催化材料是当前科研工作者研究的热点,也是纳米氧化锌能否应用于环境污染物治理的关键因素之一,因此纳米氧化锌的制备与其光催化性能之间关系具有十分重要的意义。
三、发明内容
本发明的目的在于利用热处理氧化锌前躯体的余热制备改性纳米ZnO粉末。
本发明专利所采用的技术方案是:它是由采用硬脂酸和硝酸锌为原料通过化学反应制备而成,具体步骤如下:
(1)向加热容器中加入适量硬脂酸,将其置于CL-4型恒温加热磁力搅拌器上加热至完全熔化;
(2)在不断搅拌下向熔液中加入适量的Zn(NO3)2·6H2O,待其完全溶解后继续加热反应,直到有红棕色的气体从烧杯中散发出来,停止加热;
(3)反应后的溶液倒出冷却至完全固化;
(4)将冷却固化物转入马弗炉中焙烧,当温度升至600 oC时自坩埚取出;
(5)将固定化物研磨至粉末状,置于马弗炉中在600 oC下焙烧2 h 后取出,利用热处理氧化锌前躯体的余热,趁热将粉末到入正丁醇中,静置;
(6)用无水乙醇洗涤沉淀物数次,以去除正丁醇,然后在真空干燥箱中50 oC烘干,研磨得改性纳米ZnO粉末。
本发明具有如下优点和有益效果:用正丁醇对纳米ZnO改性的方法简单易行,类似于金属的淬火处理过程。此改性方法对环境友好,制备时所用的醇溶液可以回收再利用,且不需要额外能源,直接利用制备氧化锌粉末的余热即可反应得到改性产物。改性纳米氧化锌的光催化效果明显,其在太阳光下就能直接降解甲基橙等有机染料污染物,同时改性纳米氧化锌可以长期悬浮于甲基橙或其他废水的表层,可以充分利用外部光源,这对将来直接利用太阳光降解废水提供了可能。
四、具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1:
首先向烧杯中加入13~15g硬脂酸,将其置于CL-4型恒温加热磁力搅拌器上加热至完全熔化,在不断搅拌下向熔液中加入15 g Zn(NO3)2·6H2O,待其完全溶解后继续加热反应,直到有红棕色的气体从烧杯中散发出来,停止加热。反应后的溶液倒入坩埚中冷却,待完全固化后转入马弗炉中焙烧,当温度升至600 oC时取出坩埚,用研钵研磨至粉末状,将所得的粉末置于马弗炉中,在600 oC下焙烧2 h 后取出,利用热处理氧化锌前躯体的余热,趁热将粉末到入50 mL正丁醇中,静置,用无水乙醇洗涤沉淀数次,以去除正丁醇,在真空干燥箱中50 oC烘干,研磨得改性纳米ZnO粉末。
实施例2:
首先向反应釜中加入13~15kg硬脂酸,加热至完全熔化,在不断搅拌下向熔液中加入15 kg Zn(NO3)2·6H2O,待其完全溶解后继续加热反应,直到有红棕色的气体从烧杯中散发出来,停止加热。反应后的溶液放入冷却池中冷却,待完全固化后转入焙烧炉中焙烧,当温度升至600 oC时,停止加热。冷却后,取出粉碎、研磨至粉末状,将所得的粉末置于焙烧炉中,在600 oC下焙烧2 h 后取出,利用热处理氧化锌前躯体的余热,趁热将粉末到入50 L正丁醇中,静置,用无水乙醇洗涤沉淀数次,以去除正丁醇,在真空干燥箱中50 oC烘干,研磨得改性纳米ZnO粉末。            

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资源描述

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1、10申请公布号CN104071826A43申请公布日20141001CN104071826A21申请号201310107679X22申请日20130331C01G9/02200601B82Y30/0020110171申请人黄冈师范学院地址438000湖北省黄冈市开发区新港二路146号72发明人杨水彬王菊平曾舟华54发明名称改性纳米氧化锌的制备方法57摘要本发明专利公开了一种改性纳米ZNO粉末的制备方法,它解决了具有较高比表面能的纳米氧化锌易团聚、难于分散、与聚合物结合性能差等问题,其特征在于利用硬脂酸和ZNNO326H2O在高温条件下发生化学反应,直到有红棕色的气体散发时停止加热,然后对反应物。

2、进行焙烧、冷却、研磨,利用热处理氧化锌前躯体的余热将其置于正丁醇中静置,再用无水乙醇洗涤沉淀数次,在真空干燥箱中50OC烘干,研磨得改性纳米ZNO粉末。改性的纳米ZNO粉末降低了其纳米材料的表面极性,提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力,扩大纳米材料的应用范围。51INTCL权利要求书1页说明书2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书2页10申请公布号CN104071826ACN104071826A1/1页21一种改性纳米ZNO粉末的制备方法,其特征在于它是由硬脂酸和硝酸锌通过化学反应制备而成,具体步骤如下(1)向加热容器中加入硬脂酸,将其置于CL4型恒温。

3、加热磁力搅拌器上加热至完全熔化;(2)在不断搅拌下向熔液中加入ZNNO326H2O,待其完全溶解后继续加热反应,直到有红棕色的气体从烧杯中散发出来,停止加热;(3)反应后的溶液倒出冷却至完全固化;(4)将冷却固化物转入马弗炉中焙烧,当温度升至600OC时自坩埚取出;(5)将固化物研磨至粉末状,置于马弗炉中在600OC下焙烧2H后取出,利用热处理氧化锌前躯体的余热,趁热将粉末到入正丁醇中,静置;(6)用无水乙醇洗涤沉淀物数次,以去除正丁醇,然后在真空干燥箱中50OC烘干,研磨得改性纳米ZNO粉末。权利要求书CN104071826A1/2页3改性纳米氧化锌的制备方法0001一、技术领域本发明涉及一。

4、种化学物质的制备,尤其是涉及一种改性纳米ZNO粉末的制备方法。0002二、背景技术纳米氧化锌(NANOZNO)是一种新型高功能精细无机产品。由于材料的纳米化,使得纳米氧化锌产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因而,纳米氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和用途。然而,具有较高比表面能的纳米氧化锌易团聚,难于在有机介质中分散,与聚合物结合性能差,直接影响其实际功效。为了降低纳米材料的表面极性,提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力,扩大纳米材料的应用范围,对纳米ZNO进行表面改性意义重大。0003利用表面活性剂是。

5、较为有效的表面改性手段。常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、硬脂酸、有机硅等。葛岭梅等采用KH8454、NDZ201和NDZ311为改性剂对纳米ZNO分别进行表面改性,改性效果很好且便于储存,并不再团聚。王国宏等通过正交实验以月桂酸钠为改性剂,用量为15,PH值为6,改性时间为15H时,改性后的纳米ZNO的亲油化度达到7912,能较好地分散于甲醇和二甲苯中。李剑锋等将ZNAC2H2O溶解在乙醇中,把溶解了LIOHH2O的乙醇溶液逐滴加入进去,同时,在273K下剧烈搅拌1H,然后离心20MIN。这样就得到ZNO的凝胶体,加入尿素和硼酸的乙醇溶液,将氮化硼BN的含量调节至90。用旋转蒸发。

6、器将乙醇溶剂挥发掉,然后在烘箱中烘干,将烘干的混合物分别在473、673和973K下于空气氛围退火7H。实验证明,BN壳层有效地抑止了纳米粒子的过分生长作为一种重要的半导体光催化剂有较高的催化活性,氧化锌的应用研究已经引起人们的广泛重视,并可能成为TIO2的替代物,因为这两种物质具有相同的光催化机理。据报道,ZNO比TIO2光催化降解效率更高,如光催化降解纸浆漂白废水、2苯基苯酚及苯酚等。0004如何降低纳米氧化锌等材料的制备成本、得到性能优异的光催化材料是当前科研工作者研究的热点,也是纳米氧化锌能否应用于环境污染物治理的关键因素之一,因此纳米氧化锌的制备与其光催化性能之间关系具有十分重要的意。

7、义。0005三、发明内容本发明的目的在于利用热处理氧化锌前躯体的余热制备改性纳米ZNO粉末。0006本发明专利所采用的技术方案是它是由采用硬脂酸和硝酸锌为原料通过化学反应制备而成,具体步骤如下(1)向加热容器中加入适量硬脂酸,将其置于CL4型恒温加热磁力搅拌器上加热至完全熔化;(2)在不断搅拌下向熔液中加入适量的ZNNO326H2O,待其完全溶解后继续加热反应,直到有红棕色的气体从烧杯中散发出来,停止加热;(3)反应后的溶液倒出冷却至完全固化;(4)将冷却固化物转入马弗炉中焙烧,当温度升至600OC时自坩埚取出;说明书CN104071826A2/2页4(5)将固定化物研磨至粉末状,置于马弗炉中。

8、在600OC下焙烧2H后取出,利用热处理氧化锌前躯体的余热,趁热将粉末到入正丁醇中,静置;(6)用无水乙醇洗涤沉淀物数次,以去除正丁醇,然后在真空干燥箱中50OC烘干,研磨得改性纳米ZNO粉末。0007本发明具有如下优点和有益效果用正丁醇对纳米ZNO改性的方法简单易行,类似于金属的淬火处理过程。此改性方法对环境友好,制备时所用的醇溶液可以回收再利用,且不需要额外能源,直接利用制备氧化锌粉末的余热即可反应得到改性产物。改性纳米氧化锌的光催化效果明显,其在太阳光下就能直接降解甲基橙等有机染料污染物,同时改性纳米氧化锌可以长期悬浮于甲基橙或其他废水的表层,可以充分利用外部光源,这对将来直接利用太阳光。

9、降解废水提供了可能。0008四、具体实施方式下面通过实施例对本发明作进一步的说明。0009实施例1首先向烧杯中加入1315G硬脂酸,将其置于CL4型恒温加热磁力搅拌器上加热至完全熔化,在不断搅拌下向熔液中加入15GZNNO326H2O,待其完全溶解后继续加热反应,直到有红棕色的气体从烧杯中散发出来,停止加热。反应后的溶液倒入坩埚中冷却,待完全固化后转入马弗炉中焙烧,当温度升至600OC时取出坩埚,用研钵研磨至粉末状,将所得的粉末置于马弗炉中,在600OC下焙烧2H后取出,利用热处理氧化锌前躯体的余热,趁热将粉末到入50ML正丁醇中,静置,用无水乙醇洗涤沉淀数次,以去除正丁醇,在真空干燥箱中50。

10、OC烘干,研磨得改性纳米ZNO粉末。0010实施例2首先向反应釜中加入1315KG硬脂酸,加热至完全熔化,在不断搅拌下向熔液中加入15KGZNNO326H2O,待其完全溶解后继续加热反应,直到有红棕色的气体从烧杯中散发出来,停止加热。反应后的溶液放入冷却池中冷却,待完全固化后转入焙烧炉中焙烧,当温度升至600OC时,停止加热。冷却后,取出粉碎、研磨至粉末状,将所得的粉末置于焙烧炉中,在600OC下焙烧2H后取出,利用热处理氧化锌前躯体的余热,趁热将粉末到入50L正丁醇中,静置,用无水乙醇洗涤沉淀数次,以去除正丁醇,在真空干燥箱中50OC烘干,研磨得改性纳米ZNO粉末。说明书CN104071826A。

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