《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》是安徽錦華氧化鋅有限公司於2017年5月27日申請的發明專利，該專利申請號為2017103954960，公布號為CN107117643A，專利公布日為2017年9月1日，發明人是張訓龍。
《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》公開一種高產率納米氧化鋅的製備方法，包括以下操作步驟：（1）將尿素研磨成平均粒徑為400‑500目，然後加入至去離子水中，採用超聲處理；（2）再向其中加入硝酸鋅，混合攪拌均勻後，向其中加入反應添加劑和混合油；（3）將步驟（2）製得的混合物加熱至80‑90℃，保溫4‑5小時，降至室溫後，離心分離得到白色納米氧化鋅前驅物；（4）將白色納米氧化鋅前驅物採用乙醇溶液清洗，再用去離子水清洗，然後烘乾處理，再進行高溫煅燒，製得納米氧化鋅。該發明提供的高產率納米氧化鋅的製備方法，是對2017年5月以前的技術方案提出的改進，有效的提升了原料的利用率，提升了納米氧化鋅的產率，並且製得的納米氧化鋅的粒徑更小，品質更好。
2020年7月17日，《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種高產率納米氧化鋅的製備方法
- 公布號：CN107117643A
- 公布日：2017年9月1日
- 申請號：2017103954960
- 申請日：2017年5月27日
- 申請人：安徽錦華氧化鋅有限公司
- 地址：安徽省馬鞍山市含山縣仙蹤鎮江淮小夏4-7幢
- 發明人：張訓龍
- 代理機構：合肥廣源智慧財產權代理事務所
- 代理人：李顯鋒
- Int.Cl.：C01G9/02(2006.01)I、B82Y40/00(2011.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
納米氧化鋅作為一種優良的光催化劑，可用於抗菌消毒、禁止紫外線等。截至2017年5月，中國外對於納米氧化鋅研究得非常廣泛，但是由於納米材料的特殊性，在製備方面還有很多不足之處。如化學製備法在納米粒子的規模化生產方面具有一定的優勢，但產品中易混入雜質、粒子易團聚、生產過程中存在著污染等一系列問題尚待解決；物理製備方法中的機械球磨法得到的產品不能完全達到納米級；雷射聚集原子沉積法的工業化還存在問題；化學物理合成法中的噴霧法容易在霧化的霧滴乾燥、水解或熱解時形成空心。截至2017年5月，有通過以尿素和硝酸鋅為原料製備納米氧化鋅的方法，但是此種方法，尿素和硝酸鋅的利用率較低，氧化鋅的產率最高僅為85%，造成了原料的浪費，並且納米氧化鋅的平均粒徑較大，為45納米，品質較差，為了節約生產成本和提升納米氧化鋅的品質，急需對這種納米氧化鋅的製備方法提出改進。
發明內容
技術方案
《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》包括以下操作步驟：
（1）將尿素研磨成平均粒徑為400-500目，然後加入至去離子水中，採用超聲處理；
（2）再向其中加入硝酸鋅，混合攪拌均勻後，向其中加入反應添加劑和混合油，其中反應添加劑由以下重量份的組分製成：三氟化硼三乙醇胺絡合物14-18份、苄基三甲基碘化銨10-15份、分散劑6-9份，其中混合油由以下重量份的組分製成：蓖麻油20-25份、苯基三甲基矽烷3-6份、甲基含氫矽油10-15份；
（3）將步驟（2）製得的混合物加熱至80-90℃，保溫4-5小時，降至室溫後，離心分離得到白色納米氧化鋅前驅物；
（4）將白色納米氧化鋅前驅物採用乙醇溶液清洗，再用去離子水清洗，然後烘乾處理，再進行高溫煅燒，製得納米氧化鋅。
其中，三氟化硼三乙醇胺絡合物購於天元化研所，為T313型鍵合劑，苄基三甲基碘化銨購於武漢遠成共創科技有限公司，分散劑購于山東泰和水處理科技股份有限公司。 具體地，上述步驟（1）中超聲處理的時間為25分鐘，超音波的頻率為30-35千赫。具體地，上述步驟（1）中尿素與去離子水的質量比為1:20-30。具體地，上述步驟（2）中硝酸鋅與尿素的質量比為9-15:1，所述添加劑與尿素的質量比為1:15-20，所述混合油與去離子水的體積比為1:30-35。具體地，步驟（2）中的分散劑為TH-904分散劑或羧酸-磺酸鹽共聚物TH-2000中的任意一種。具體地，上述步驟（4）中乙醇溶液的體積分數為80%，採用乙醇清洗兩次，去離子水清洗兩次。具體地，上述步驟（4）中煅燒的烘乾的方式為：採用90-110℃烘乾處理50-70分鐘。具體地，上述步驟（4）中煅燒的溫度為380-400℃，煅燒的時間為100-150分鐘。
改善效果
《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》提供的高產率納米氧化鋅的製備方法，是對2017年5月以前的技術方案提出的改進，有效的提升了原料的利用率，提升了納米氧化鋅的產率，並且製得的納米氧化鋅的粒徑更小，品質更好。步驟（1）中，將尿素磨碎，使其粒徑更小，並採用超聲處理，使得尿素在去離子水中分布的更為均勻，並且還能提升尿素分子的表面活性，進而加快了尿素的分解速度和提升了尿素的利用率，2017年5月以前的技術中，對尿素不採用磨碎和超音波處理，認為這些做法會導致成本增加，本發明克服了此種技術偏見，雖然採用磨碎處理增加了設備的投入費用，但是從長久來看，極大地提升了尿素的利用率，進而降低了生產成本；混合油的添加，可有效防止尿素水熱分解時，二氧化碳的溢出，能使得二氧化碳氣體儘可能的與水結合形成碳酸根離子，進而形成儘可能多的碳酸鋅沉澱，進一步的提升了尿素的利用率，並且混合油的添加，還可使得生成的氧化鋅前驅物沉澱在離心時，儘可能多的從溶液中被離心出來，增強了離心的效果；添加劑中的三氟化硼三乙醇胺絡合物與苄基三甲基碘化銨協同作用後，可有效的增強鋅離子和碳酸根離子、氫氧根離子的結合率，極大地提升了原料的利用率。
技術領域
《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》屬於納米材料領域，具體涉及一種高產率納米氧化鋅的製備方法。
權利要求
1.《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》特徵在於，包括以下操作步驟：
（1）將尿素研磨成平均粒徑為400-500目，然後加入至去離子水中，採用超聲處理；
（2）再向其中加入硝酸鋅，混合攪拌均勻後，向其中加入反應添加劑和混合油，其中反應添加劑由以下重量份的組分製成：三氟化硼三乙醇胺絡合物14-18份、苄基三甲基碘化銨10-15份、分散劑6-9份，其中混合油由以下重量份的組分製成：蓖麻油20-25份、苯基三甲基矽烷3-6份、甲基含氫矽油10-15份；
（3）將步驟（2）製得的混合物加熱至80-90℃，保溫4-5小時，降至室溫後，離心分離得到白色納米氧化鋅前驅物；
（4）將白色納米氧化鋅前驅物採用乙醇溶液清洗，再用去離子水清洗，然後烘乾處理，再進行高溫煅燒，製得納米氧化鋅。
2.根據權利要求1中所述的一種高產率納米氧化鋅的製備方法，其特徵在於，步驟（1）中超聲處理的時間為25分鐘，超音波的頻率為30-35千赫。
3.根據權利要求1中所述的一種高產率納米氧化鋅的製備方法，其特徵在於，步驟（1）中尿素與去離子水的質量比為1:20-30。
4.根據權利要求1中所述的一種高產率納米氧化鋅的製備方法，其特徵在於，步驟（2）中硝酸鋅與尿素的質量比為9-15:1，所述添加劑與尿素的質量比為1:15-20，所述混合油與去離子水的體積比為1:30-35。
5.根據權利要求1中所述的一種高產率納米氧化鋅的製備方法，其特徵在於，步驟（2）中的分散劑為TH-904分散劑或羧酸-磺酸鹽共聚物TH-2000中的任意一種。
6.根據權利要求1中所述的一種高產率納米氧化鋅的製備方法，其特徵在於，步驟（4）中乙醇溶液的體積分數為80%，採用乙醇清洗兩次，去離子水清洗兩次。
7.根據權利要求1中所述的一種高產率納米氧化鋅的製備方法，其特徵在於，步驟（4）中煅燒的烘乾的方式為：採用90-110℃烘乾處理50-70分鐘。
8.根據權利要求1中所述的一種高產率納米氧化鋅的製備方法，其特徵在於，步驟（4）中煅燒的溫度為380-400℃，煅燒的時間為100-150分鐘。
實施方式
- 實施例1
《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》包括以下操作步驟：（1）將尿素研磨成平均粒徑為400目，然後加入至去離子水中，採用超聲處理；（2）再向其中加入硝酸鋅，混合攪拌均勻後，向其中加入反應添加劑和混合油，其中反應添加劑由以下重量份的組分製成：三氟化硼三乙醇胺絡合物14份、苄基三甲基碘化銨10份、分散劑6份，其中混合油由以下重量份的組分製成：蓖麻油20份、苯基三甲基矽烷3份、甲基含氫矽油10份；（3）將步驟（2）製得的混合物加熱至80℃，保溫4小時，降至室溫後，離心分離得到白色納米氧化鋅前驅物；（4）將白色納米氧化鋅前驅物採用乙醇溶液清洗，再用去離子水清洗，然後烘乾處理，再進行高溫煅燒，製得納米氧化鋅。具體地，上述步驟（1）中超聲處理的時間為25分鐘，超音波的頻率為30千赫。具體地，上述步驟（1）中尿素與去離子水的質量比為1:20。具體地，上述步驟（2）中硝酸鋅與尿素的質量比為9:1，所述添加劑與尿素的質量比為1:15-20，所述混合油與去離子水的體積比為1:30。具體地，步驟（2）中的分散劑為TH-904分散劑。具體地，上述步驟（4）中乙醇溶液的體積分數為80%，採用乙醇清洗兩次，去離子水清洗兩次。具體地，上述步驟（4）中煅燒的烘乾的方式為：採用90℃烘乾處理50分鐘。具體地，上述步驟（4）中煅燒的溫度為380℃，煅燒的時間為100分鐘。
- 實施例2
《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》包括以下操作步驟：（1）將尿素研磨成平均粒徑為450目，然後加入至去離子水中，採用超聲處理；（2）再向其中加入硝酸鋅，混合攪拌均勻後，向其中加入反應添加劑和混合油，其中反應添加劑由以下重量份的組分製成：三氟化硼三乙醇胺絡合物16份、苄基三甲基碘化銨13份、分散劑8份，其中混合油由以下重量份的組分製成：蓖麻油23份、苯基三甲基矽烷5份、甲基含氫矽油13份；（3）將步驟（2）製得的混合物加熱至85℃，保溫4.5小時，降至室溫後，離心分離得到白色納米氧化鋅前驅物；（4）將白色納米氧化鋅前驅物採用乙醇溶液清洗，再用去離子水清洗，然後烘乾處理，再進行高溫煅燒，製得納米氧化鋅。具體地，上述步驟（1）中超聲處理的時間為25分鐘，超音波的頻率為33千赫。具體地，上述步驟（1）中尿素與去離子水的質量比為1:25。具體地，上述步驟（2）中硝酸鋅與尿素的質量比為13:1，所述添加劑與尿素的質量比為1:17，所述混合油與去離子水的體積比為1:33。具體地，步驟（2）中的分散劑為TH-904分散劑。具體地，上述步驟（4）中乙醇溶液的體積分數為80%，採用乙醇清洗兩次，去離子水清洗兩次。具體地，上述步驟（4）中煅燒的烘乾的方式為：採用100℃烘乾處理60分鐘。具體地，上述步驟（4）中煅燒的溫度為390℃，煅燒的時間為130分鐘。
- 實施例3
《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》包括以下操作步驟：（1）將尿素研磨成平均粒徑為500目，然後加入至去離子水中，採用超聲處理；（2）再向其中加入硝酸鋅，混合攪拌均勻後，向其中加入反應添加劑和混合油，其中反應添加劑由以下重量份的組分製成：三氟化硼三乙醇胺絡合物18份、苄基三甲基碘化銨15份、分散劑9份，其中混合油由以下重量份的組分製成：蓖麻油25份、苯基三甲基矽烷6份、甲基含氫矽油15份；（3）將步驟（2）製得的混合物加熱至90℃，保溫5小時，降至室溫後，離心分離得到白色納米氧化鋅前驅物；（4）將白色納米氧化鋅前驅物採用乙醇溶液清洗，再用去離子水清洗，然後烘乾處理，再進行高溫煅燒，製得納米氧化鋅。具體地，上述步驟（1）中超聲處理的時間為25分鐘，超音波的頻率為35千赫。具體地，上述步驟（1）中尿素與去離子水的質量比為1:30。具體地，上述步驟（2）中硝酸鋅與尿素的質量比為15:1，所述添加劑與尿素的質量比為1:15-20，所述混合油與去離子水的體積比為1:35。具體地，步驟（2）中的分散劑為羧酸-磺酸鹽共聚物TH-2000。具體地，上述步驟（4）中乙醇溶液的體積分數為80%，採用乙醇清洗兩次，去離子水清洗兩次。具體地，上述步驟（4）中煅燒的烘乾的方式為：採用110℃烘乾處理70分鐘。具體地，上述步驟（4）中煅燒的溫度為400℃，煅燒的時間為150分鐘。
- 對比例1
尿素不經過磨碎和超音波處理，其餘步驟與實施例1完全相同。
- 對比例2
不添加混合油，其餘步驟與實施例2完全相同。
- 對比例3
不添加添加劑，其餘步驟與實施例3完全相同。
分別用各實施例和對比例中提供的方法各進行10批次納米氧化鋅的製備試驗，按照物料平衡關係式，計算出尿素的平均轉化率、硝酸鋅的平均轉化率以及納米氧化鋅的產率，並測得納米氧化鋅的平均粒徑大小，試驗結果如表1所示：
項目 | 尿素轉化率/% | 硝酸鋅轉化率/% | 產率/% | 平均粒徑大小/納米 |
|---|---|---|---|---|
實施例1 | 90.8 | 93.6 | 92.7 | 26 |
對比例1 | 78.1 | 79.1 | 78.6 | 28 |
實施例2 | 91.0 | 93.7 | 92.4 | 25 |
對比例2 | 83.5 | 84.6 | 83.9 | 30 |
實施例3 | 91.1 | 93.9 | 92.5 | 25 |
對比例3 | 82.5 | 84.7 | 83.8 | 27 |
榮譽表彰
2020年7月17日，《一種高產率納米氧化鋅的製備方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。
