【正文】 辦到既能吸收大于 95%紫外線又能透過大于 85%的可見光。 同時 紫外線對 納米 ZnO能產(chǎn)生一 些化學反應，在紫外線的照射下，在水和空氣中能分解出能自由移動的帶負電的電子，而且同時留下帶正電的空穴，它可以激活空氣中的氧氣，使其變成活性的氧原子，它具有極強的化學活性，并且能與大多數(shù)有機物發(fā)生氧化反應，包括細菌體內(nèi)的有機物，所以能殺死大多數(shù)病菌和病毒。 （ 2）抗菌作用 納米 ZnO無毒、無味，對皮膚無刺激，是皮膚的外用藥物，能起到保護、防皺和消炎等作用。 （ 1）用于催化劑和光催化劑 納米 ZnO由于比表面積大、尺寸小、顆粒內(nèi)部與表面的鍵態(tài)的不同、表面原子配位 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 2 頁 共 23 頁 不全等，導致表面的活性度增多，增大了反應面面積。 納米 ZnO 功能 ZnO 是一種多功能性的新型無機材料，由于晶粒的細微化，其晶體結(jié)構(gòu) 和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了特殊的宏觀隧道效應、量子尺寸效應、表面效應和體積效應以及高分散性、高透明度等特點。 納米 ZnO 納米 ZnO 又稱活性 ZnO， 一種面向 21世紀的新型高功能精細無機產(chǎn)品。納米是一個長度單位， 1m 的十億分之一等于 1nm。7H2O 的加入量對中間產(chǎn)物產(chǎn)率的影響 ........................................................ 16 確定最佳的氨水加入量 ................................................................................................ 16 溫度以及攪拌速率對實驗的影響 ................................................................................ 17 最佳的反應條件 ............................................................................................................. 17 中間產(chǎn)物的過濾和洗滌 ................................................................................................ 18 中間沉淀物的焙燒 ........................................................................................................ 18 煅燒的最佳時間 ............................................................................................................ 19 結(jié)論 .......................................................................................................................................... 20 致謝 .......................................................................................................................................... 21 參考文獻 .................................................................................................................................. 22 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 1 頁 共 23 頁 1 緒論 納米 ZnO 的概述 20 世紀 90 年代出現(xiàn)了一門新興的科技，那就是納米科學和技術(shù)，它已經(jīng)成為世界材料，物理，化學，生物，力學等等學科方面的研究的熱門課題之一。 這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料 。 當物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在 1—100nm這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。因為它的特殊的尺寸有了特殊的功能。近年來發(fā)現(xiàn)它在磁學、催化、力學、光學、等方面展現(xiàn)出許多特殊功能，使其在生物、化工、電子、光學、陶瓷、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域有重要的應用價值，具有 ZnO 所無法比較的特 殊性和用途。根據(jù)光敏半導體催化理論和實驗發(fā)現(xiàn)，納米 ZnO半導體催化性能與其能級結(jié)構(gòu)有關(guān)。此外對 UVA和 UVB均有良好的屏蔽作用，納米 ZnO吸收紫外線的能力很強，同時還可以用于化妝品的防曬劑；也可以用于生產(chǎn)抗菌、抗紫外線、防臭的纖維。 （ 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 ”，是陶瓷表面更加光滑如 鮮，頗有觀賞性。因此家用玻璃，汽車玻璃以及建筑用的玻璃對此確是不能缺少的。 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 3 頁 共 23 頁 （ 6）紡織工業(yè)和日化工業(yè) 粒徑小于 40nm的納米 ZnO對紫外線具有優(yōu)異的遮蔽效果。 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)。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，相對于活性 ZnO更強，取代普通 ZnO，其用量只有 1/20左右。應用納米 ZnO的優(yōu)點有 : 1） 防止老化 2） 抗摩擦著火 3） 使用壽命長 4） 耐磨性強 （ 2）納米 ZnO的抗菌性 納米 ZnO在紫外線照射下，能與大多數(shù)有機物（包括細菌）發(fā)生氧化反應，具有極強的化學活性，從而殺死大多數(shù)病毒和病菌。 大多數(shù)抗菌物質(zhì)是有機物質(zhì)，它們廣泛用于洗滌劑、食品、化妝品中和紡織品。因此，納米 ZnO催化劑的活 性和選擇性都遠遠大于其傳統(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。 2） 持效久，耐洗滌沖刷，還耐光，耐熱。物理方法又叫粉碎法，或者機械法?；瘜W方法又可分為氣相法、固相法和液相法。通過查閱資料： 俞建群等利用低熱固相配位化學反應的方法合成納米 ZnO。該法克服了傳統(tǒng)濕法存在 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 5 頁 共 23 頁 團聚現(xiàn)象等缺點，同時反應具有產(chǎn)率高，反應條件，無需溶劑易掌握等優(yōu)點，是一種簡單可行的方法。其特點是結(jié)晶好、粒度可控、純度高，但技術(shù)要求高。氣相反應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， 隨著鋅蒸汽與噴入的 氧化氣體一起的流動，從而使 Zn氧化變成 ZnO粉末。 （ 2）激光誘導化學氣相沉淀法 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，加熱反應原料，使之與 O2反應生成 ZnO。該 法不易團聚，粒徑均一，能量轉(zhuǎn)化率高，可精確控制等優(yōu)點。用噴霧熱解法所得分散性好，粒徑分布窄，化學活性好，粒徑分布均勻，純度高，并且工藝易于控制，操作簡單，設(shè)備造價低廉，頗 具工業(yè)化生產(chǎn)的條件和特點。 （ 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。H 2O=Zn(OH 2↓+2NH4+ (12) Zn(OH)2=ZnO+H2O↑ (T=500~800℃ ) (13) 直接沉淀法操作簡單，對設(shè)備要求不高，純度較高，成本也較低。常用的反應物有兩種：尿素和六亞甲基四胺。 （ 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)中在一定溫度和時間下發(fā)生水熱反應，這就是水熱法。并且各個 “水池 ”彼此分離，夠不成水相。常見的反應： Zn(CH3COO)2+2H2O=Zn(OH)2+2CH3COOH（堿性條件下） (17) Zn(OH)2=ZnO(s)+H2O↑(加熱 ) (18) （ 6） 醇鹽水解法 Zn的醇鹽能在水溶液中迅速水解，生成 Zn(OH)2沉淀 過濾、干燥、煅燒成納米ZnO粉體。所得沉淀物都需經(jīng)過過濾、洗滌、烘干及煅燒得到 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 8 頁 共 23 頁 納米氧化物粉體。以上兩種方法較常見。 沉淀法原理 沉淀法的原理就是反應溶液中的成核與長大的過程。H 2O和 NH4HCO3為沉淀劑，與 ZnSO4溶液發(fā)生反應，生成由 ZnCO3包裹的 Zn(OH)2前驅(qū)體。 本課題研究的內(nèi)容和意義 本課題研究的主要是用沉淀法制備納米 ZnO的最佳反應條件，通過控制 NH3用途很多，范圍很大，發(fā)展前途無限。實驗所用的儀器設(shè)備型號如下圖所示： 表 1 實驗所用儀器及其介紹 實驗試劑 氨水、七水合硫酸鋅、碳酸氫銨、蒸餾水。 (2)用 10mL的量筒量取一定量的氨 水，配置成氨水水溶液，然后加入燒杯中，反應完畢后再加入碳酸氫銨，直到產(chǎn)生大量氣泡為止。7H2O進行溶解制備納米 ZnO。第一組用量筒量取 10mL的 ，然后再緩慢的加入碳酸氫銨 ，進行反應。 （ 2） 取 10gZnSO4H 2O水溶液 ，加入燒杯中反應，再向燒 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 12 頁 共 23 頁 杯內(nèi)緩慢添加 NH4HCO3直至燒杯內(nèi)有大量氣泡冒出為止。H 2O，加入燒杯中反應，再緩慢地加入 NH4HCO3直至大量的氣泡冒出。同樣的第二組加入 80mL配置好的氨水水 溶液，第三組加入 100mL的氨水水溶液。7H2O 溶解，氨水為變量 反應條件同上，同樣分三組實驗第一組加入配置好的氨水 80mL，第二組加入配置好的氨水水溶液 100mL，第三組加入配置好的 120mL的氨水水溶液。本次實驗分為四組。第三組實驗同樣也是將燒杯放于 60℃ 的電熱恒溫水浴中反應，時間為 15min。取 10gZnSO4第三組實驗用攪拌器以 300r/min的速度攪拌，之后操作同上，時間 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 13 頁 共 23 頁 為 t3。實驗設(shè)備如圖 3： 圖 3 溶解和化學反應過程中用到的數(shù)顯直流無級調(diào)速攪拌器 （ 6） 實驗反應的最佳條件 10gZnSO4然后用剪刀將濾紙剪成過濾口大小的紙片，然后將其放入過濾口，用蒸餾水浸濕（防止過濾時沉淀物下漏），將反應完全的中間沉淀物慢慢的導入過濾口內(nèi)，打開開關(guān)，過濾開始，待過濾完全后再用蒸餾水沖洗，盡量去除雜質(zhì)。實驗設(shè)備如圖 5： 圖 5 干燥沉淀物過程中用到的電熱鼓風干燥箱 沉淀物的煅燒、研磨 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 15 頁 共 23 頁 將焙燒好的中間沉淀物放入箱式電阻爐中，做多組實驗，采用不同的溫度進行煅燒，然后用納米粒度儀檢測不同溫度下的粒徑。7H2O 的加入量對中間產(chǎn)物產(chǎn)率的影響 本次實驗分為四組， ZnSO47H2O比較好，既節(jié)省材料，產(chǎn)率又高。而第三組實驗是 Zn(OH)2的質(zhì)量與 ZnCO3的質(zhì)量相差最少的，也是分配比較均勻的，因此不管這哪一種沉淀，出現(xiàn)團聚的現(xiàn)象是這三組中最少的。7H2O時，加入 30mL的 +的水解反應，因為 NH4+的水解是吸熱反應，所以隨著溫度的增加反應向右進行，因此OH1離子減少，而導致 Zn(OH)2的產(chǎn)量減少，而 ZnCO3的產(chǎn)量會增加。具體走向如圖 8： 20 30 40 50 60 701 .7 01 .7 2