【文章內(nèi)容簡介】 過干燥，煅燒得到納米 ZnO粉體。此種方法得到的納米 ZnO顆粒均勻，不易團聚，過程容易控制，但成本昂貴，不易工業(yè)化生產(chǎn)。常見的反應(yīng)： 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。例如以 Zn(OC2H5)2為原料，化學(xué)反應(yīng)： Zn(OC2H5)2+2H2O=Zn(OH)2↓+2C2H5OH (19) Zn(OH)2=ZnO+H2O↑ (110) 該法的特點是條件溫和，原料易得，所得粒度細，單分散性好。但是成本高，易形成不均勻成核。 沉淀法制備納米 ZnO 沉淀法 沉淀反應(yīng)是以沉淀反應(yīng)為基礎(chǔ)。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。沉淀法分為直接沉淀法、均勻沉淀法、共沉淀法和絡(luò)合沉淀法等。 直接沉淀法是將可溶性鋅鹽溶液中加入沉淀劑使之產(chǎn)生沉淀，然后過濾，洗滌，在煅燒成納米粉體的一種制備納米 ZnO的方法。均勻沉淀法就是利用某一化學(xué)反應(yīng)是鋅離子由溶液中緩慢的釋放出來而產(chǎn)生沉淀，通過來改變沉淀劑的濃度而控制不同的平衡。以上兩種方法較常見。所有沉淀法的共同點都是利用生成沉淀的液相反應(yīng)來制取。整個反應(yīng)式用下式表示： nA++nB+→[AB]。為了得到納米粉體，需要使溶液中的 [AB]有大的過飽和度；而要使粒度分布均勻，反應(yīng)器各處時刻都應(yīng)保持均勻的過飽和度。 沉淀法原理 沉淀法的原理就是反應(yīng)溶液中的成核與長大的過程。整個過程是：在含有可溶性鹽或者懸浮的水溶液或非水溶液中發(fā)生反應(yīng)，一旦溶液被產(chǎn)物過飽和 ，就會由均相成核過程或非均相成核過程發(fā)展形成沉淀。核一旦形成，就會通過擴散的形式不斷長大，在這個過程中，濃度和溫度對其影響至關(guān)重要，想要形成未聚集的顆粒，要求所有的核同時形成，隨后不再有成核過程，也沒有顆粒的聚集。 本次實驗以 NH3H 2O和 NH4HCO3為沉淀劑，與 ZnSO4溶液發(fā)生反應(yīng)，生成由 ZnCO3包裹的 Zn(OH)2前驅(qū)體。反應(yīng)方程式如下： ZnSO4+2NH3H 2O=Zn(OH)2↓+(NH4)2SO4 (111) ZnSO4+NH4HCO3=ZnCO3↓+(NH4)2SO4 (112) 煅燒前驅(qū)體的化學(xué)反應(yīng)： Zn(OH)2=ZnO+H2O (113) ZnCO3=ZnO+CO2 (114) 沉淀法 制備納米 ZnO 過程出現(xiàn)的問題 (1)當(dāng)將 與 ZnSO4溶液發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的沉淀過濾、洗滌陰離子時比較困難。 (2)在制備納米 ZnO的成核和長大的過程，由于對濃度和溫度的控制需要比較精確，所以比較容易出現(xiàn)由于控制不當(dāng)而出現(xiàn)的團聚顆粒，而過濾、洗滌、焙燒、煅燒這幾個過程中均有濃度和溫度的變化，因此都有可能出現(xiàn)團聚。 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(yīng)條件，通過控制 NH3H 2O以及 NH4HCO3的加入量、反應(yīng)時間、干燥時間、煅燒的溫度 等條件制備出納米 ZnO。研究的意 義是：因為納米材料獨有的性能，使其具有廣泛的用途，是近年來新興的產(chǎn)業(yè)之一。 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 9 頁 共 23 頁 尤其納米 ZnO有著多種用途：催化劑、抗菌、陶瓷工業(yè)、橡膠工業(yè)、石油工業(yè)、玻璃工業(yè)等。用途很多，范圍很大，發(fā)展前途無限。 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 10 頁 共 23 頁 2 實驗部分 本章詳細的介紹了實驗的實驗設(shè)備，內(nèi)容，方法，步驟以及結(jié)果。探討的以及實驗的主要部分放在中間沉淀產(chǎn)物上面。 實驗材料，實驗 儀器設(shè)備以及試劑 實驗儀器設(shè)備 本實驗的主要儀器設(shè)備有： 500mL的燒杯一支、 10mL和 100mL的量筒各一支、玻璃棒一支、攪拌器、電子天平、濾紙、抽真空過濾器、 干燥箱、加熱爐、研體。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。試劑的資料如下圖表 2： 納米 ZnO 的制備方法 [29～ 30] 制備納米 ZnO步驟如下： (1)稱取一定量的 ZnSO47H2O，用 100mL的量筒量取一定量的水于 500mL的燒杯中，將稱取好的 ZnSO47H2O加入燒杯中，用 數(shù)顯直流無級調(diào)速攪拌器溶解、攪拌。 (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(yīng)完畢后再加入碳酸氫銨，直到產(chǎn)生大量氣泡為止。 (3)將產(chǎn)生的沉淀經(jīng)抽真空過濾器過濾出沉淀，將沉淀放于干燥箱中干燥，再用加熱爐煅燒，然后用缽體研磨得到不同粒徑的納米 ZnO粉體。 儀器名稱 型號 生產(chǎn)廠家 電子天平 HZKFA110 福州華志科學(xué)儀器有限公司 循環(huán)水式多用真空泵 SHBIII 河南省予華儀器有限公司 電熱鼓風(fēng)干燥箱 101OAB 上海勝啟儀器表有限公司 數(shù)顯直流無級 調(diào)速攪拌器 SXJQ1 鄭州長城科工貿(mào)有限公司 箱式電阻爐 SX410 北京電爐廠 電熱恒溫水浴鍋 HHS6 北京科偉永興儀器有限公司 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 11 頁 共 23 頁 制備納米 ZnO 中間沉淀物 表 2 實驗所需材料及其介紹 名稱 級別 分子量 產(chǎn)地 性狀 七水合硫酸鋅 化學(xué)純 廣州市潤展化工有限公司 無色斜方晶系棱柱狀結(jié)晶 碳酸氫銨 化學(xué)純 鄭州沃原化工股份有限公司 無色或白色棱柱形結(jié)晶 氨水 分析純 石 家莊市華迪化工工貿(mào)有限公司 無色液體 蒸餾水 自制 18 實驗室 無色液體 納米 ZnO的中間沉淀物是由外圍 ZnCO3包裹的中心是 Zn(OH)2組成的。本實驗分別采用 5g、 10g、 15g、 20g的 ZnSO47H2O進行溶解制備納米 ZnO。實驗設(shè)備如圖 1： 圖 1 用來稱量藥品的電子天平 （ 1） 取 5gZnSO47H2O 溶解，氨水為變量 本次實驗分為兩組，稱取 5gZnSO47H2O溶于含有 100mL水的 500mL的燒杯中。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(yīng)。第二組用量筒量取 20mL的 ， 然后再緩慢的加入碳酸氫銨，進行反應(yīng)。將兩組實驗所得沉淀物進行過濾、焙燒、煅燒。將產(chǎn)生的納米粉體進行比對。 （ 2） 取 10gZnSO47H2O 溶解，氨水為變量 本次實驗分為三組，用電子稱稱取 10gZnSO47H2O溶于含有 100mL水的 500mL的燒杯中。第一組用量筒量取 20mL的 H 2O水溶液 ，加入燒杯中反應(yīng)，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。第二組實驗用量筒量取 40mL的 NH3H 2O，加入燒杯，再向燒杯內(nèi)緩慢的添加 NH4HCO3直至大量氣泡冒出。第三組實驗用量筒量取 60mL的 NH3H 2O，加入燒杯中反應(yīng)，再緩慢地加入 NH4HCO3直至大量的氣泡冒出。將三組實驗所得沉淀物經(jīng)抽真空過濾器過濾，在經(jīng)過過濾、焙燒、煅燒得到不同粒徑納米 ZnO粉體。 （ 3） 取 15gZnSO47H2O 溶解，氨水為變量 第一組實驗用量筒量取 40mL制備好的氨水水溶液加入溶解了 15g的 ZnSO4水溶液中進行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，再向其中緩慢加入 NH4HCO3，直到反應(yīng)完畢。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。最后將產(chǎn)生的沉淀過濾、焙燒、煅燒。最后產(chǎn)生了不同粒徑的納米 ZnO粉體。 （ 4）取 20gZnSO47H2O 溶解，氨水為變量 反應(yīng)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。反應(yīng)完畢以后進行沉淀干燥、焙燒、煅燒。最后產(chǎn)生不同粒徑的納米 ZnO粉體。 （ 5）改變實驗的反應(yīng)條件 1）改變實驗的反應(yīng)溫度 通過改變實驗的反應(yīng)溫度來改變實驗的反應(yīng)速率。本次實驗分為四組。所用到的實驗設(shè)備有玻璃棒、 500mL燒杯、 100mL量筒、鑰匙、電子天平、數(shù)顯直流無級調(diào)速攪拌器、電熱恒溫水浴鍋。第一組實驗：將燒杯放置于常溫下反應(yīng)。第二組實驗將燒杯放置于電熱恒溫水浴鍋中反應(yīng)，將溫度調(diào)置 50℃ 恒溫 15min。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(yīng)，時間為 15min。第四組實驗同樣也是將燒杯放于 70℃ 的電熱恒溫水浴中反應(yīng)，時間為 15min。待反應(yīng)完畢后過濾、烘干，稱其重量。如圖 2： 2）改變攪拌速度 本實驗通過改變 攪拌的速度來測定生成沉淀反應(yīng)的時間。取 10gZnSO47H2O溶于有100mL的 500mL的燒杯中，用數(shù)顯直流無級調(diào)速攪拌器攪拌速度 300r/min，完全溶解以后，將氨水與水融合調(diào)制成 。分三組實驗來做第一組實驗不用攪拌器攪拌，再加入氨水水溶液的那一刻開始計時，加入氨水水溶液之后立刻加入碳酸氫銨，待大量氣泡冒出之后開始停止計時，時間為 t1。第二組實驗用攪拌器以 200r/min的速度攪拌，之后操作同上，時間為 t2。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。以上三 組實驗每組做三次，取平均值，計錄得到 t t t3，最后比較粒度大小。 圖 2 實驗過程中用來保持溫度的電熱恒溫水浴鍋。 隨著攪拌速度的增加團聚現(xiàn)象減緩。實驗設(shè)備如圖 3： 圖 3 溶解和化學(xué)反應(yīng)過程中用到的數(shù)顯直流無級調(diào)速攪拌器 （ 6） 實驗反應(yīng)的最佳條件 10gZnSO47H2O溶于 100mL水中，用攪拌器以 200r/min的速度攪拌，放入電熱 恒溫水浴鍋中反應(yīng)，將溫度調(diào)置 50℃ 恒溫 15min，加入 ，然后再加入碳酸氫銨，直至大量氣泡冒出。將沉淀過濾、洗滌、干燥 、煅燒，最后得出納米 ZnO粉體。 沉淀產(chǎn)物的過濾、洗滌 過濾用到的實驗設(shè)備是抽真空過濾器，操作步驟是先將它與過濾瓶用橡膠管連接，檢查 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 14 頁 共 23 頁 連接部分，防止漏氣而產(chǎn)生過濾緩慢和不完全的現(xiàn)象。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(yīng)完全的中間沉淀物慢慢的導(dǎo)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)。最后清洗過濾瓶等用完的實驗設(shè)備。實驗設(shè)備如圖 4： 圖 4 沉淀物過濾用到的抽真空過濾器 沉淀物的焙燒 將 上一步過濾、洗滌完畢的中間沉淀產(chǎn)物放入玻璃皿中，盡量減少這個過程中的沉淀物損失，以便數(shù)據(jù)更加精確。將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中進行干燥，設(shè)定具體的溫度還有具體的時間，待時間到了之后取出稱其重量。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(fēng)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。待煅燒完畢后取出，稱重。如圖 6：