纳米材料氧化锌的制备与应用

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1、纳米材料氧化锌的制备与应用摘要：目的介绍纳米氧化锌的制备方法及其性能应用新进展。方法对近年来关于纳米氧化锌的制备方法及其性能应用的相关文献进行系统性查阅,对其制备方法的优缺点进行分析,并对纳米氧化锌的几种应用、生产提出了展望。结果氧化锌是一种高效、无毒性、价格低廉的重要光催化剂。结论随着环境污染的日益严重,纳米氧化锌在光催化降解有机污染物方面的应用将越来越重要。【关键词】纳米氧化锌;制备;应用;展望;纳米材料是指颗粒尺寸在1～100nm之间的新型超细材料,与普通材料相比,它具有小尺寸效应、表面与界面效应、宏

2、观量子隧道效应、量子尺寸效应等宏观材料所不具备的特殊的性能,使其在力学、磁学、热力学光学、催化、生物活性等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,在生物、化工、医药、催化、信息技术、环境科学等领域发挥着重要作用。纳米ZnO由于粒子尺寸小,比表面大,具有表面效应、量子尺寸效应等,表现出许多优于普通氧化锌的特殊性能,如无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等,在橡胶、陶瓷、日用化工、涂料、磁性材料等方面具有广泛的用途,可以制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压敏材料、压电材料

3、、高效催化剂等,备受人们重视1　纳米氧化锌的主要制备技术及特点纳米ZnO的制备方法有多种,可分为物理法和化学法。物理方法有熔融骤冷、溅射沉积、重离子轰击和机械粉碎等,但因所需设备相对昂贵,并且得到粉体的粒径大等局限,应用范围相对狭小。在工业生产和研究领域常用的方法为化学法,包括固相法、液相法和气相法。液相法由于制备形式的多样性、操作简便、粒度可控等特点而备受关注　液相法直接沉淀法在锌的可溶性盐溶液中加入一种沉淀剂(如Na2CO3、NH3·H2O、(NH4)2C2O4等),首先制成另一种不溶于水的锌盐或锌的碱

4、式盐、氢氧化锌等,然后再通过加热分解的方式制得氧化锌粉体。此法的操作较为简单易行,对设备要求不高,成本较低,但粒径分布较宽,分散性差,洗除阴离子较为困难。固相法固相化学反应法固相法制备纳米氧化锌的原理是将两种物质分别研磨、混合后,再充分研磨得到前驱物,加热分解得纳米氧化锌粉体。无需溶剂、转化率高、工艺简单、能耗低、反应条件易掌握的优点,但是反应过程往往进行不完全或者过程中可能出现液化现象。均匀沉淀法利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来,加入的沉淀剂通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中

5、缓慢地生成。均匀沉淀法得到的微粒粒径分布较窄,分散性好,工业化前景好。超重力法利用旋转填充床中产生的强大离心力—超重力,使气、液的流速及填料的比表面积大大提高,强化了反应速度;同时,由于乳液在旋转床中得到高度分散,限制了晶粒的长大。颗粒粒度分布均匀,均相成核可控,能实现规模生产,生产效率高,但设备投资大。溶胶-凝胶法以金属醇盐Zn(OR)2为原料,在有机介质中进行水解、缩聚反应,使溶液经溶胶凝胶化过程得到凝胶,凝胶经干燥、锻烧成粉体。产物均匀度高、纯度高,反应过程易控制,但成本昂贵,不适合工业化生产。水热法

6、水热法制备纳米氧化锌的实质是将可溶性锌盐和碱液混合形成氢氧化锌的“沉淀反应”和氢氧化锌脱水生成氧化锌的“脱水反应”集合在同一反应器内同时完成,得到结晶完好的氧化锌晶粒。工艺简单,不需要高温焙烧处理,可直接得到结晶完好、粒度分布窄的粉体。主要问题是高温高压合成设备昂贵,投资大,操作要求高。气相法激光诱导CVD激光诱导CVD是在空气气氛中用激光束直接照射锌片表面,经加热、汽化、蒸发、氧化等过程,来制备氧化锌纳米粉末。此种方法具有能量转换效率高、可精确控制的优点。但成本较高,产率低,电能消耗大,难以实现工业化生产

7、。气相反应合成法在温度大于907℃的条件下将锌从熔融了的金属锌或锌的合金中蒸发出来,然后使锌蒸气随着喷入的氧化锌气体一起流动,并在这个过程中被氧化成氧化锌粉末。金属化合物原料具挥发性,容易提纯,产物纯度高、粒子的分散性良、粒径分布窄,但对设备条件的要求较高。喷雾热解法喷雾热解法是将锌盐的水溶液经雾化为气溶胶液滴,再经蒸发、干燥、热解、烧结等过程得到产物。纯度高、过程简单、粒度和组成均匀、能连续生产,但粒径较大,对设备条件的要求较高。化学气相氧化法以氧气为氧源,锌粉为原料,在高温下,以N2作载气,进行氧化反应

8、,制得的氧化锌。粒径介于10～20nm之间,产品单分散性好但产品纯度较低,对设备条件的要求较高。1.1　液相法(1)直接沉淀法直接沉淀法制备纳米ZnO的原理是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂,在一定的条件下生成含锌盐沉淀,洗涤、干燥、热处理后得到纳米ZnO。制备过程:首先将锌盐溶液在磁力搅拌的条件下迅速加入到等摩尔的氢氧化钠溶液中,继续搅拌,用离心机分离生成物,将产物洗涤后进行干燥,得到前驱物;将前驱物焙烧后即得纳米