液相沉淀法制备氧化锌

摘要：纳米氧化锌由于尺寸小、比表面积大，因此与普通氧化锌微粒相比具有许多特殊的性质，如体积效应、表面效应、量子隧道效应、久保效应，具有非迁移性、荧光性、压电性、光吸收性和散射紫外光能力，在橡胶、陶瓷、涂料、日用化工、催化剂、吸波材料、导电材料、磁性材料等领域有重要的应用价值[lj。纳米ZnO材料的良好功能性体现的前提是要有粒径小、颗粒分布均匀、分散性好的纳米ZnO粉体。因此，纳米Zn()粉体的制备工艺成为研究热点。纳米氧化锌粉体的制备方法可分为液相法、气相法、固相法。液相法是选择一种或多种合适的可溶性金属盐类，按所制备的材料组成计量配制成溶液，使各元素呈离子或分子态，再选择一种合适的沉淀剂或通过蒸发、升华、水解等操作，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶脱水或加热分解得到所需的材料粉体。液相法生产的产品纯度高，化学组成容易准确控制，适于大规模生产。

关键字：液相，沉淀，氧化锌，纳米粉

正文：

（1）实验目的：

①学习液相沉淀法制备氧化锌纳米粉的方法

②了解氧化锌纳米粉的用途

（2）实验原理：

1.主要性质与用途

  氧化锌，又称锌白，分子式为ZnO。氧化锌纳米粉（Nanometer zine oxide powder)为白色或微黄色粉末，属六方晶系，晶格常数为a=3.24×10-10m,c=5.19×10-10m,为两性氧化物，溶于酸和碱金属氢氧化物，氨水，碳酸铵和氯化铵溶液，难溶于睡和乙醇。无味，无臭。在空气中能吸收为二氧化碳和谁。熔点约1975摄氏度，密度5.68g·cm-3。氧化锌纳米粉是一种新型高功能精细无机粉料，其粒径介于1~100nm之间。由于颗粒尺寸微细化，使得氧化锌纳米粉生产了其本体块材料所不具备的表面效应，小尺寸效应，量子效应和宏观量子隧道效应等，因而使得氧化锌纳米粉在磁，光，电，敏感等方面具有一些特殊的性能。

  本品主要用来制造气体传感器，荧光体，紫外线遮蔽材料（在整个200~400nm紫外光区有很强的吸光能力），变阻器，图像记录材料，压电材料，压敏电阻器，高效催化剂，磁性材料和塑料薄膜等。也可用做天然橡胶，合成橡胶及胶乳的硫化活化剂和补强剂。还常有做陶瓷工业中的矿化剂。另外在涂料，医药，油墨，造纸，玻璃，火柴，化工和化妆品等工业行业也有广泛的用途。

 2.制备原理：

ZnCl2 + 2H2O + H2C2O4 → ZnC2O4·2H2O↓ + HCl

ZnC2O4·2H2O → 2ZnO + 2H2O↑ + 4CO2↑

          去离子水        

                       滤 液  去离子水     氧 气           

氯化锌溶解                          

              反应过滤 洗涤干燥焙烧成品 

草  酸溶解                                

                                       水和二氧化碳

     去离子水 

三. 实验仪器和原料

带搅拌的反应釜、过滤器、真空干燥箱、真空抽滤器，布氏漏斗，电阻炉、烧杯、坩埚3个，电子天平，玻璃棒，滤纸，400ml烧杯。

氯化锌（AR）、草酸（AR）、去离子水等。

四、实验步骤

1、在电子天平上称取氯化锌10.000g加入一洁净的烧杯中，再加100ml去离子水，用玻璃棒搅拌溶解配置成锌盐溶液；

2、在电子天平上称取9.520g草酸加入一洁净的烧杯中，再加入48ml去离子水，用玻璃棒搅拌溶解配置成草酸溶液；

4、将上述两种反应液分别加入带搅拌的反应釜中，搅拌反应，常温下反应2h，生成白色沉淀二水草酸锌（ZnC2O4·2H2O）；

5、将滤纸打湿紧贴于布氏漏斗的滤孔板上，再将布氏漏斗置于真空抽滤器上，将溶液通过玻璃棒引流入布氏漏斗（坩埚中的残夜用少量去离子水洗涤后再倒入漏斗），开启真空抽滤器进行抽滤，抽滤后再用10毫升的去离子水搅拌洗涤后再抽滤，反复3次；

6、步骤3中所得滤渣在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为110 ºC；

7、干燥后的二水草酸锌在旋转电炉中，冲入氧气于350～450 ºC下焙烧0.5～2h，得到白色（或淡黄色）氧化锌纳米粉；

8、将氧化锌纳米粉置于真空干燥箱中烘干，方法同上；

9、记录好相关的实验数据及现象，清洗反应所用的器具并整理好实验操作台。

10.氧化锌纳米粉产率计算公式=（实际产量／理论产量）×100％

（五）样品中ZnO含量的测定；

①称取0.13～0.15g烘去水分的试样（称准至0.0001g），置于400ml锥形烧杯中，加入少量水润湿，加入3ml1:1盐酸。

②加热溶解后，加水至200ml，用1:1氨水中和至pH=7～8。

③再加10ml氨-氯化铵缓冲溶液（pH=10）和5滴黑T指示剂（质量分数0.5%溶液），用0.05mol·L-1EDTA标准溶液滴定至溶液由葡萄紫色变为正蓝色即为终点。

氧化锌质量分数计算式： 

                      C—EDTA溶液物质的量浓度，mol·L-1；

                      V—滴定耗用EDTA标准溶液的体积，ml；

                      m—试样质量，g；

                      0.08138—每mmolZnO的质量，g·mmol-1

（六）实验注意事项

1、制备氧化锌过程中减价过滤时，要充分冲洗滤饼，目的是冲洗掉Zn(OH)2未反应的及附着的杂质离子；

2、氧化锌微粒的最小粒径为18.314um,因成核和生长是超细粒子制备过程中的两个关键步骤，产物粒子的大小取决于成核速度与晶核生长速度的相对大小,故制备过程的影响因素有反应过程中的时间、浓度、配比等条件；

3、纳米氧化锌的最佳制备条件为反应时间2h, ZnCl2 溶液浓度与H2C2O4的反应摩尔比为1:1；

4、若实验采用天平称量，则应尽量减少误差，若采用电子天平称量应尽量减少读数所造成的误差。

（七）数据记录

1.制备氧化锌纳米粉：

EDTA标准溶液消耗量：V起始=1.03ml

                      V终点=32.51ml

氧化锌纳米粉样品量m=0.144g

（8）数据处理

1. 理论氧化锌产量=5.982g

氧化锌纳米粉产率=(5.523÷5.982)×100％=92.33％

2. 氧化锌质量分数计算：ω（ZnO）=

                                 ==88.95%

参考文献

1. 精细化工综合实验（第五版） 主编  强亮生  哈尔滨工业大学出版社

2. 精细有机合成化学与工艺学（第二版）主编 冯亚青 化学工业出版社

3. 无机化学实验（第三版） 中山大学等高校编  高等教育出版社