【正文】 為 99． 93％，金黃色葡萄球菌的殺菌率為 98． 86％ 。由此可見其殺菌的效果。 同時(shí) 紫外線對(duì) 納米 ZnO能產(chǎn)生一 些化學(xué)反應(yīng)，在紫外線的照射下，在水和空氣中能分解出能自由移動(dòng)的帶負(fù)電的電子，而且同時(shí)留下帶正電的空穴，它可以激活空氣中的氧氣，使其變成活性的氧原子，它具有極強(qiáng)的化學(xué)活性，并且能與大多數(shù)有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)，包括細(xì)菌體內(nèi)的有機(jī)物，所以能殺死大多數(shù)病菌和病毒。 （ 3）陶瓷工業(yè) 納米氧化鋅的比表面積大，體積小，粒度較均勻，在陶瓷業(yè)可以直接利用， 陶瓷工業(yè)在 ZnO作為白色顏料方面使用的比較廣泛，將納米 ZnO添加到陶瓷中，不僅可以使陶瓷制品燒結(jié)溫度降低 400℃ 到 600℃ ，而且燒成品出現(xiàn)了 “鏡面效應(yīng) ”，是陶瓷表面更加光滑如 鮮，頗有觀賞性。 還有能它降低燒結(jié)陶瓷的溫度，能耗降低，并且制作工序簡(jiǎn)單易行，極大地提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。 （ 4）玻璃工業(yè) 普通 ZnO同樣有著吸收紫外線的功能，但是卻不能透過可見光，所以不能用于玻璃工業(yè)。但是納米化得 ZnO確是同時(shí)能辦到既能吸收大于 95%紫外線又能透過大于 85%的可見光。因此家用玻璃，汽車玻璃以及建筑用的玻璃對(duì)此確是不能缺少的。在納米 ZnO屏蔽紫外線的同時(shí)，還可以殺菌，也是自潔玻璃。還有就是它也可以用于制造眼鏡片。 （ 5）石油工業(yè) 納米 ZnO是精脫硫催化劑的基本原料，而甲醇生產(chǎn)、大型尿 素以及石油、天然氣冶煉和其它化工產(chǎn)品都需要脫硫，因此對(duì)于這些物質(zhì)來(lái)說(shuō)納米 ZnO的需求量相當(dāng)?shù)拇?[28]。 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 3 頁(yè) 共 23 頁(yè) （ 6）紡織工業(yè)和日化工業(yè) 粒徑小于 40nm的納米 ZnO對(duì)紫外線具有優(yōu)異的遮蔽效果。隨著臭氧層的破壞，紫外線加劇了對(duì)生物的傷害，防止紫外線的入侵已成為人類一項(xiàng)迫不及待的需求。經(jīng)過調(diào)查，市場(chǎng)納米 ZnO的需求量很大，我國(guó)已能獨(dú)立生產(chǎn)。日本倉(cāng)螺公司將納米 ZnO摻入異形截面的聚酯纖維或長(zhǎng)絲中，開發(fā)震驚世界的兼具消毒，抗菌，除臭的防紫外線纖維。 納米 ZnO 的主要用途 (1) 橡膠工業(yè) 納米 ZnO的最廣泛的用處之 一就是橡膠工業(yè)。納米氧化鋅具有疏松多孔、顆粒微小、分散性好、流動(dòng)性好、比表面積大等物理化學(xué)特性。目前，普通的 ZnO已經(jīng)逐漸被納米ZnO所代替。經(jīng)查取可知活性 ZnO的比表面積大于 8m2/g。以至于活性 ZnO的用量較 ZnO的降至原用量的 1/2到 1/3，并且性能較普通的 ZnO優(yōu)良，而納米 ZnO的比表面積大于50m2/g，相對(duì)于活性 ZnO更強(qiáng)，取代普通 ZnO，其用量只有 1/20左右。因此，與橡膠的親和性好，熔煉時(shí)易分散，扯斷變形小、彈性好、膠料生熱低，改善了物理性能和材料工藝性能。納米氧化鋅可用于制造高速耐磨的橡膠 制品，如飛機(jī)輪胎、轎車用的子午線胎等。納米氧化鋅作為優(yōu)良的橡膠硫化促進(jìn)劑，可應(yīng)用于橡膠行業(yè)，使橡膠用量減少 3至 7成。應(yīng)用納米 ZnO的優(yōu)點(diǎn)有 : 1） 防止老化 2） 抗摩擦著火 3） 使用壽命長(zhǎng) 4） 耐磨性強(qiáng) （ 2）納米 ZnO的抗菌性 納米 ZnO在紫外線照射下，能與大多數(shù)有機(jī)物（包括細(xì)菌）發(fā)生氧化反應(yīng)，具有極強(qiáng)的化學(xué)活性，從而殺死大多數(shù)病毒和病菌。在粉末粒徑為光波長(zhǎng)的 1 / 2 時(shí)最大時(shí)，金屬氧化物粉末對(duì)光線的遮蔽能力最強(qiáng)。與此同時(shí)，在整個(gè)紫外光區(qū)（ 200—400nm），納米 ZnO對(duì)光的吸收能力比 TiO2強(qiáng)。而同時(shí)納米 ZnO吸 收紫外線的能力毋庸置疑，對(duì)中波紫外線（中波 280nm—320nm）和長(zhǎng)波紫外線（長(zhǎng)波 320nm—400nm）都有良好的屏蔽的作用。 大多數(shù)抗菌物質(zhì)是有機(jī)物質(zhì)，它們廣泛用于洗滌劑、食品、化妝品中和紡織品。但它們存在著安全性較差、耐熱性差、易分解產(chǎn)生有害物易揮發(fā)等缺點(diǎn)，為克服這些缺點(diǎn) 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 4 頁(yè) 共 23 頁(yè) 人們積極開發(fā)研究了一些無(wú)機(jī)抗菌劑，納米 ZnO就是其中之一。納米 ZnO由于比表面積大、尺寸小，顆粒內(nèi)部與表面鍵態(tài)的不同。由于納米 ZnO表面原子不全等的配位，加大了反應(yīng)接觸面，導(dǎo)致納米 ZnO表面的活性位置增多。因此，納米 ZnO催化劑的活 性和選擇性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其傳統(tǒng)催化劑，催化速度是普通 ZnO的 100—1000倍，這大大增加了 ZnO吸附污染物的能力。從而提高了光催化降解有機(jī)物的能力。當(dāng)納米 ZnO粉體作為光催化劑時(shí)可使污水中的 Cr6+還原成 Cr3+，從而形成 Cr(OH)3可用于污水處理，對(duì)環(huán)境污染治理有積極的作用。由于抗菌劑在在使用時(shí)在產(chǎn)品中要達(dá)到一定的量，故選擇納米 ZnO作為抗菌劑有以下優(yōu)點(diǎn)： 1） 抗菌能力強(qiáng)，抗菌范圍廣。 2） 持效久，耐洗滌沖刷，還耐光，耐熱。 3） 熱穩(wěn)定性好，價(jià)格便宜，來(lái)源廣，不變色，不易揮發(fā)。 就禁帶寬度而言， ZnO是一種適合的可以 替代 TiO2 的光催化劑，并且 ZnO廉價(jià)、無(wú)毒、對(duì)環(huán)境中多種難降解的有機(jī)污染物都有很好的光催化去除效果。 納米 ZnO 的 制備 方法 納米 ZnO的制備方法隨著對(duì)納米 Zno性能研究的深入應(yīng)運(yùn)而生，概括起來(lái)一般可分為物理方法和化學(xué)方法 [3~7]。物理方法又叫粉碎法，或者機(jī)械法。將普通級(jí)別的氧化鋅通過特殊的粉碎技術(shù)粉碎至超細(xì)?；瘜W(xué)方法又叫造粒法，是在一定的條件下，通過原子或分子的成核、生長(zhǎng)或化合凝聚成具有一定形狀和尺寸的粒子。其中化學(xué)方法研究的比較多?；瘜W(xué)方法又可分為氣相法、固相法和液相法。氣相法分為：化學(xué)氣 相氧化法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉淀法、噴霧熱解法等等。液相法分為： 直接沉積法、均勻沉積法、水熱法、微乳液法、溶膠一凝膠法、模板法和醇鹽水解法等 固相法 [1] 固相合成法也稱為固相化學(xué)反應(yīng)法，是近幾年來(lái)剛剛發(fā)展起來(lái)的、一種廉價(jià)而又簡(jiǎn)便的新方法。所謂 固相法是指將金屬鹽或者金屬氧化物按配方充分混合，經(jīng)研磨、煅燒使其發(fā)生擴(kuò)散而發(fā)生固相反應(yīng)，直接得到或著再研磨得到超細(xì)粉。通過查閱資料： 俞建群等利用低熱固相配位化學(xué)反應(yīng)的方法合成納米 ZnO。他們以二水合醋酸鋅和草酸為原料，以其摩爾比為 1： l的量于研缽中，充分研磨 30min左右，然后再將固相產(chǎn)物放置于烘箱中真空干燥 4h，溫度為 70℃ 。操作完畢后得到前驅(qū)體 ZnC2O42H2O，將前驅(qū)體置于馬沸爐中加熱到其分解溫度 460℃ ，保持 2h，即得納米 ZnO。該法克服了傳統(tǒng)濕法存在 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 5 頁(yè) 共 23 頁(yè) 團(tuán)聚現(xiàn)象等缺點(diǎn)，同時(shí)反應(yīng)具有產(chǎn)率高，反應(yīng)條件，無(wú)需溶劑易掌握等優(yōu)點(diǎn)，是一種簡(jiǎn)單可行的方法。工業(yè)生產(chǎn)前景樂觀，但是反應(yīng)往往進(jìn)行得不完全或過程中易出現(xiàn)液化等現(xiàn)象。 氣相法 [2] 目前生產(chǎn)納米材料的最有效方法之一就是氣相法。所謂氣相法就是以氣體為原料，先在氣相中通過化學(xué)反應(yīng)形成物質(zhì)的基本粒子，再 經(jīng)過成核，生長(zhǎng)兩個(gè)階段生成薄膜、粒子和晶體材料。其特點(diǎn)是結(jié)晶好、粒度可控、純度高，但技術(shù)要求高。氣相法主要分為三大類：化學(xué)氣相氧化法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉淀法、噴霧熱解法。 （ 1）化學(xué)氣相氧化法 化學(xué)氣相氧化法是以氧氣為氧源，鋅粉為原料，在高溫下， 以 N2作為載體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)制得納米 ZnO。所得產(chǎn)品的粒徑介于 10—20nm 之間，產(chǎn)品的單分散性能好，但產(chǎn)品有原料殘存，純度較低，對(duì)設(shè)備條件的要求較高。氣相反應(yīng)合成法是在溫度大于907℃ 的條件下將鋅從熔融的金屬鋅或鋅的合金中升華而蒸發(fā)出來(lái)， 隨著鋅蒸汽與噴入的 氧化氣體一起的流動(dòng)，從而使 Zn氧化變成 ZnO粉末。 經(jīng)查閱資料可得日本 Mitarai等以鋅粉和氧氣為原料，以 N2為載體，在約為 550℃ 的高溫下是原料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而就能得到粒度范圍在 10—20nm的 ZnO?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下： 2Zn+O2=2ZnO (T=550℃ ) （ 11） 用此種方法的優(yōu)點(diǎn)是：原料簡(jiǎn)單，價(jià)廉，易得，但是得到產(chǎn)品的粒度細(xì)，單分散性較好。缺點(diǎn)是：反應(yīng)得到的產(chǎn)品純度低，而且還 有原料殘存，對(duì)設(shè)備要求較高。 （ 2）激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉淀法 該法以惰性氣體為載氣，以 Zn片為原料，用 CW—C02激光氣為熱源，加熱反應(yīng)原料，使之與 O2反應(yīng)生成 ZnO。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)中就是利用在空氣的氣氛中用激光束直接照射鋅片表面，經(jīng)加熱、汽化、蒸發(fā)、氧化等過程，來(lái)制備納米氧化鋅粉末。該法具有可精確控制、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，但產(chǎn)率低、成本高、電能消耗大，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉淀法的原理是利用反應(yīng)氣體對(duì)特定波長(zhǎng)激光束的吸收，引起氣體分子激光分解和激光誘導(dǎo)化合反應(yīng)，在一定條件下合成納米粒子。該 法不易團(tuán)聚，粒徑均一，能量轉(zhuǎn)化率高，可精確控制等優(yōu)點(diǎn)。 （ 3） 噴霧熱解法 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 6 頁(yè) 共 23 頁(yè) 所謂噴霧熱解法是將金屬鹽溶液以噴霧的形式進(jìn)入高溫氣體中，隨著溶劑的蒸發(fā)及金屬鹽的熱分解，從而形成納米氧化物粉體。原理是以液態(tài)物質(zhì)為前驅(qū)體，通過噴霧的形式直接得到產(chǎn)物。它不需經(jīng)過過濾、洗滌、干燥、燒結(jié)等過程，因而組成了均勻、粒度和純度高得納米產(chǎn)物，過程簡(jiǎn)單連續(xù)，但污染較大，不容易凈化回收，能耗大、高活性粉體高溫下容易聚結(jié)等問題。用噴霧熱解法所得分散性好，粒徑分布窄，化學(xué)活性好，粒徑分布均勻，純度高，并且工藝易于控制，操作簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)低廉，頗 具工業(yè)化生產(chǎn)的條件和特點(diǎn)。 液相法 所謂液相法又叫做液相沉積法 [8~9]，通俗來(lái)講就是通過在液態(tài)的反應(yīng)下微觀粒子的凝聚，從而得到納米粒子的一種方法。根據(jù)整個(gè)過程有沒有化學(xué)反應(yīng)分為兩種類型，分別為非反應(yīng)沉積法和反應(yīng)沉積法。液相法主要分為： 直接沉積法、均勻沉積法、水熱法、微乳液法、溶膠一凝膠法、醇鹽水解法、模板法和超聲波合成法等。 （ 1） 直接沉淀法 [4] 所謂直接沉淀法就是向含有一種或者多種離子的溶液中加入反應(yīng)物使之在一定條件下產(chǎn)生沉淀，將沉淀從溶液中析出，出去陰離子，再將析出的沉淀物經(jīng)熱分解得到納米 ZnO。不同的沉淀物，加入的沉淀劑也不相同，同時(shí)沉淀物熱分解的溫度也不盡相同。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，當(dāng)以 NH3H 2O為沉淀劑時(shí)，反應(yīng)如下： Zn2++2NH3H 2O=Zn(OH 2↓+2NH4+ (12) Zn(OH)2=ZnO+H2O↑ (T=500~800℃ ) (13) 直接沉淀法操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，純度較高，成本也較低。但是只限于實(shí)驗(yàn)室，而且陰離子去除也較困難，得到的材料分散性差等 （ 2） 均勻沉淀法 [19] 均勻沉淀法與直接沉淀法大致相同，都是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，然后經(jīng)過濾將沉淀物熱分解，進(jìn)一步形成納米 ZnO的過程。不同的是，直接沉淀法快，得到的納米產(chǎn)物分散性不好。均勻沉淀法是將溶液中的構(gòu)晶離子緩慢而均勻的釋放，得到的產(chǎn)物分散性好，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。常用的反應(yīng)物有兩種：尿素和六亞甲基四胺。以尿 素為例，反應(yīng)式如下： CO(NH2)2 +3H2O=CO2+2NH3H 2O (14) Zn2++2NH3H 2O=Zn(OH)2↓+2NH4+ (15) 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 7 頁(yè) 共 23 頁(yè) Zn(OH)2=ZnO+H2O↑ (T=500~800℃ ) (16) 均 勻沉淀法較直接沉淀法產(chǎn)物顆粒均勻，產(chǎn)生的顆粒小，粒度均勻，過濾也相對(duì)容易，團(tuán)聚好，分散性好等優(yōu)點(diǎn)。 （ 3） 水熱法 [14] 水熱法是將制備納米 ZnO的前驅(qū)體，放入高壓釜中的水熱介質(zhì)中在一定溫度和時(shí)間下發(fā)生水熱反應(yīng)，這就是水熱法。用這種方法得出來(lái)的納米 ZnO優(yōu)點(diǎn)是晶粒發(fā)育完整，團(tuán)聚程度小，粒度小且分布均勻，并且在在燒結(jié)過程中活性高。 （ 4）微乳液法 [10,17] 微乳液是一種理想介質(zhì)，是由表面活性劑、助表面活性劑（通常為醇類）、水溶液或水、油組成的一種各向同性、透明的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。微乳液中的由表面活性劑和助表面活性 劑組成的微小 “水池 ”粒徑在大概幾十納米到幾百納米的范圍內(nèi)。并且各個(gè) “水池 ”彼此分離，夠不成水相。由微乳液法制備的納米 ZnO特點(diǎn)是：粒度分布均勻、操作容易、設(shè)備簡(jiǎn)單，但是團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，使其不能工業(yè)化生產(chǎn)。 （ 5） 溶膠一凝膠法 [15] 溶膠一凝膠法是將 Zn的醇鹽或者無(wú)機(jī)鹽溶于水或者有機(jī)溶劑，經(jīng)過水解、縮聚反應(yīng)形成溶膠，在經(jīng)