納米ZnO的制備方法畢業(yè)設(shè)計

1、 目錄1 緒論11.1 納米zno的概述11.1.1 納米zno11.1.2 納米zno功能11.1.3 納米zno的主要用途31.2 制備納米zno的方法，以及概述41.2.1 固相法41.2.2 氣相法51.2.3 液相法61.3 沉淀法制備納米zno81.3.1 沉淀法81.3.2 沉淀法原理81.3.3 沉淀法制備納米zno過程出現(xiàn)的問題81.4 本課題研究的內(nèi)容和意義92 實驗部分102.1 實驗材料，實驗儀器設(shè)備以及試劑102.1.1 實驗儀器設(shè)備102.1.2 實驗試劑102.2 納米zno的制備方法102.2.1 制備納米zno中間沉淀物112.2.2 沉淀產(chǎn)物的過濾、洗滌13

2、2.2.3 沉淀物的焙燒142.2.4 沉淀物的煅燒、研磨143 實驗結(jié)果分析與討論163.1 各個因素對實驗中生產(chǎn)中間沉淀物的影響163.1.1 znso47h2o的加入量對中間產(chǎn)物產(chǎn)率的影響163.1.2 確定最佳的氨水加入量163.1.3 溫度以及攪拌速率對實驗的影響173.1.3最佳的反應(yīng)條件183.1.4 中間產(chǎn)物的過濾和洗滌183.1.5 中間沉淀物的焙燒183.1.6 煅燒的最佳時間19結(jié)論20致謝21參考文獻221 緒論1.1 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。

3、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。納米材料可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體、納米復(fù)合材料、納米結(jié)構(gòu)等。它是一個覆蓋面特別廣，學科多樣性的交叉的科學性研究方向和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。納米是一個長度單位，1m的十億分之一等于1nm。當物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1100nm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。如果僅僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。納米材料的研究領(lǐng)域從原子團到大塊材料，包括生物材料、無機材料、有機材料、以及金屬材料等。 1.1.1 納米zno納米zno又稱活性zno，一種面向21世紀的新型

4、高功能精細無機產(chǎn)品。因為它的特殊的尺寸有了特殊的功能。其顆粒大小約在1100nm。表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì)，如非遷移性、吸收、熒光性、散射紫外線能力和壓電性等，通過應(yīng)用它在光、電、磁等方面的性能，可制造紫外線遮蔽材料、變阻器、高效催化劑、氣體傳感器、塑料薄膜、熒光體、壓電材料、壓敏電阻、圖像記錄材料、和磁性材料等2930。1.1.2 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(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和體積效應(yīng)以及高分散性、高透明度等特點。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

5、工、電子、光學、陶瓷、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值，具有zno所無法比較的特殊性和用途。納米氧化鋅在紡織領(lǐng)域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌劑、熒光材料、光催化材料等。由于納米氧化鋅一系列的優(yōu)異性和十分誘人的應(yīng)用前景，因此研發(fā)納米氧化鋅已成為許多科技人員關(guān)注的焦點2127。（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、表面原子配位不全等，導致表面的活性度增多，增大了反應(yīng)面面積。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)。納米zno的催化活性和選擇性遠遠大于傳統(tǒng)催化劑。研究表明，如果使用納米zno作為光催化劑的話，那么反應(yīng)速率

6、可以成百上千的提高并且不引起光的散射。（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。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。通過納米zno的定量殺菌試驗表明了在5 分鐘內(nèi)，在納米zno的質(zhì)量分數(shù)為1 時，大腸桿菌的殺菌率為9993，金黃色葡萄球菌的殺菌率為9886 。由此可見其殺菌的效果。同時紫外線對納米zno能產(chǎn)生一些化學反應(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

7、，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(yīng)，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。（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

8、同時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此確是不能缺少的。在納米zno屏蔽紫外線的同時，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，因此對于這些物質(zhì)來說納米zno的需求量相當?shù)拇?8。（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。隨著臭氧層的破壞，紫外線加劇了對生物的傷害，防止紫外線的入侵已成為人類一項迫不及待的需求。經(jīng)過調(diào)查，市場納米zno的需求量很大，我國已能獨立生

9、產(chǎn)。日本倉螺公司將納米zno摻入異形截面的聚酯纖維或長絲中，開發(fā)震驚世界的兼具消毒，抗菌，除臭的防紫外線纖維。1.1.3 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、流動性好、比表面積大等物理化學特性。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，相對于活性zno更強，取代普通zno，其用量只有1/20左右。因此，與橡膠的親和性好，熔煉時易分散，

10、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(yīng)，具有極強的化學活性，從而殺死大多數(shù)病毒和病菌。在粉末粒徑為光波長的1 / 2 時最大時，金屬氧化物粉末對光線的遮蔽能力最強。與此同時，在整個紫外光區(qū)（200400nm），納米zno對光的吸收能力比tio2強。

11、而同時納米zno吸收紫外線的能力毋庸置疑，對中波紫外線（中波280nm320nm）和長波紫外線（長波320nm400nm）都有良好的屏蔽的作用。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。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，為克服這些缺點人們積極開發(fā)研究了一些無機抗菌劑，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遠大于其傳統(tǒng)催化劑，催化速度是普通zno的1001000倍，這

12、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物的能力。當納米zno粉體作為光催化劑時可使污水中的cr6+還原成cr3+，從而形成cr(oh)3可用于污水處理，對環(huán)境污染治理有積極的作用。由于抗菌劑在在使用時在產(chǎn)品中要達到一定的量，故選擇納米zno作為抗菌劑有以下優(yōu)點：1） 抗菌能力強，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，價格便宜，來源廣，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、無毒、對環(huán)境中多種難降解的有機污染物都有很好的光催化去除效果。1.2 納米zno的制備方法 納米zno的制備方法隨

13、著對納米zno性能研究的深入應(yīng)運而生，概括起來一般可分為物理方法和化學方法37。物理方法又叫粉碎法，或者機械法。將普通級別的氧化鋅通過特殊的粉碎技術(shù)粉碎至超細?；瘜W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、生長或化合凝聚成具有一定形狀和尺寸的粒子。其中化學方法研究的比較多。化學方法又可分為氣相法、固相法和液相法。氣相法分為：化學氣相氧化法、激光誘導化學氣相沉淀法、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1.2.1 固相法1固相合成法也稱為固相化學反應(yīng)法，是近幾年來剛剛發(fā)展起來的、一種廉價而又簡便的新方法。所謂固相法是

14、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)生擴散而發(fā)生固相反應(yīng)，直接得到或著再研磨得到超細粉。通過查閱資料：俞建群等利用低熱固相配位化學反應(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)濕法存在團聚現(xiàn)象等缺點，同時反應(yīng)具有產(chǎn)率高，反應(yīng)條件，無需溶劑易掌握等優(yōu)點，是一種簡單可行的方法。工業(yè)生產(chǎn)前景樂觀，但是反應(yīng)往往進行得不完全或過程中易出現(xiàn)

15、液化等現(xiàn)象。1.2.2 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反應(yīng)形成物質(zhì)的基本粒子，再經(jīng)過成核，生長兩個階段生成薄膜、粒子和晶體材料。其特點是結(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：化學氣相氧化法、激光誘導化學氣相沉淀法、噴霧熱解法。（1）化學氣相氧化法化學氣相氧化法是以氧氣為氧源，鋅粉為原料，在高溫下， 以n2作為載體進行氧化還原反應(yīng)制得納米zno。所得產(chǎn)品的粒徑介于1020nm 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

16、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。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1020nm的zno?；瘜W反應(yīng)式如下：2zn+o2=2zno (t=550) （1-1） 用此種方法的優(yōu)點是：原料簡單，價廉，易得，但是得到產(chǎn)品的粒度細，單分散性較好。缺點是：反應(yīng)得到的產(chǎn)品純度低，而且還有原料殘存，對設(shè)備要求較高。（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cwc02激光氣為熱源，加熱反應(yīng)原料，使之與o2反應(yīng)生成zno。

17、簡單來說，在實驗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，但產(chǎn)率低、成本高、電能消耗大，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。激光誘導化學氣相沉淀法的原理是利用反應(yīng)氣體對特定波長激光束的吸收，引起氣體分子激光分解和激光誘導化合反應(yīng)，在一定條件下合成納米粒子。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。（3） 噴霧熱解法所謂噴霧熱解法是將金屬鹽溶液以噴霧的形式進入高溫氣體中，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、

18、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。1.2.3 液相法所謂液相法又叫做液相沉積法89，通俗來講就是通過在液態(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)整個過程有沒有化學反應(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）

19、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，同時沉淀物熱分解的溫度也不盡相同。舉個簡單的例子，當以nh3h2o為沉淀劑時，反應(yīng)如下：zn2+2nh3h2o=zn(oh 2+2nh4+ (1-2) zn(oh)2=zno+h2o (t=500800) (1-3)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。但是只限于實驗室，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

20、過化學反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，然后經(jīng)過濾將沉淀物熱分解，進一步形成納米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+2nh3h2o (1-4) zn2+2nh3h2o=zn(oh)2+2nh4+ (1-5) zn(oh)2=zno+h2o (t=500800) (1-6) 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，過濾也相對容易，團聚好，分散性好等優(yōu)點。（3） 水熱法14水熱法是將制

21、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(yīng)，這就是水熱法。用這種方法得出來的納米zno優(yōu)點是晶粒發(fā)育完整，團聚程度小，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“水池”彼此分離，夠不成水相。由微乳液法制備的納米zno特點是：粒度分布均勻、操作容易、設(shè)備簡單，但是團聚現(xiàn)象嚴重，使其不能工業(yè)化生產(chǎn)。（5） 溶膠一凝膠法1

22、5溶膠一凝膠法是將zn的醇鹽或者無機鹽溶于水或者有機溶劑，經(jīng)過水解、縮聚反應(yīng)形成溶膠，在經(jīng)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） (1-7)zn(oh)2=zno(s)+h2o(加熱) (1-8)（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，化學反應(yīng)：zn(oc2h5)2+2h2o=zn(oh)2+2c2h5oh (1-9)zn(o

23、h)2=zno+h2o (1-10)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。1.3 沉淀法制備納米zno1.3.1 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

24、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。1.3.2 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nh3h2o和nh4hco3為沉淀劑，與znso4溶液發(fā)生反應(yīng)

25、，生成由znco3包裹的zn(oh)2前驅(qū)體。反應(yīng)方程式如下：znso4+2nh3h2o=zn(oh)2+(nh4)2so4 (1-11)znso4+nh4hco3=znco3+(nh4)2so4 (1-12)煅燒前驅(qū)體的化學反應(yīng)： zn(oh)2=zno+h2o (1-13) znco3=zno+co2 (1-14)1.3.3 沉淀法制備納米zno過程出現(xiàn)的問題(1)當將與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)由于控制不當而出現(xiàn)的團聚顆粒，而過濾、洗滌、焙燒、煅燒這幾個過程中

26、均有濃度和溫度的變化，因此都有可能出現(xiàn)團聚。1.4 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nh3h2o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。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。 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。2.1 實驗材料，實驗儀器設(shè)備以及試劑2.1.1

27、 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儀器名稱型號生產(chǎn)廠家電子天平hzk-fa110福州華志科學儀器有限公司循環(huán)水式多用真空泵shb-iii河南省予華儀器有限公司電熱鼓風干燥箱101-oab上海勝啟儀器表有限公司數(shù)顯直流無級調(diào)速攪拌器sxjq-1鄭州長城科工貿(mào)有限公司箱式電阻爐sx-4-10北京電爐廠電熱恒溫水浴鍋hh-s6北京科偉永興儀器有限公司2.1.2 實驗試劑氨水、七水合硫酸鋅、碳酸氫銨、蒸餾水。試劑

28、的資料如下圖表2：2.2 納米zno的制備方法2930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。2.2.1 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純2

29、87.55廣州市潤展化工有限公司無色斜方晶系棱柱狀結(jié)晶碳酸氫銨化學純79.06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35.05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0.5mol/l氨水水溶液，然

30、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0.5mol/l氨水水溶液，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0.5mol/l的nh3h2o水溶液，加入燒杯中反應(yīng)，再向燒杯內(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nh3h2o，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

31、筒量取60ml的nh3h2o，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，

32、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15mi

33、n。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0.5mol/l。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3

34、00r/min的速度攪拌，之后操作同上，時間為t3。以上三組實驗每組做三次，取平均值，計錄得到t1、t2、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0.5mol/l的氨水水溶液40ml，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。2.2.2 沉淀產(chǎn)物的

35、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2.2.3 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。將其放入電熱鼓風干燥箱中進行干燥，設(shè)定具體的溫度還有具體的時

36、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干燥箱2.2.4 沉淀物的煅燒、研磨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：圖6 煅燒過程中用到的箱式電阻爐3 實驗結(jié)果分析與討論本章節(jié)主要就是對實驗結(jié)果進行畫圖、分析與討論，具體內(nèi)容如下。3.1 各個因素對實驗中生產(chǎn)中間沉淀物的影響3.1.1 znso47h2o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的加入量分別為5g、10g、15g、20g，使之溶于含有100ml水的燒杯中，在常溫

37、下反應(yīng)，所得到的產(chǎn)率如圖7所示：加入的znso47h2o的量（g）沉淀物的產(chǎn)率 圖7 沉淀物的產(chǎn)率隨加入的znso47h2o的量多少的變化由圖所示，隨著znso47h2o的加入量越大，中間沉淀物的產(chǎn)率越小，并且在10g到15g的這個過程中產(chǎn)率下降的速度最小，根據(jù)此圖分析在5g時產(chǎn)率較高，所以對于實驗室制備納米zno來說，選擇5g的znso47h2o比較好，既節(jié)省材料，產(chǎn)率又高。3.1.2 確定最佳的氨水加入量用電子稱稱取5g的znso47h2o，將其放入含有100ml水的500ml燒杯中，用數(shù)顯直流無級調(diào)速攪拌器攪拌溶解，然后分別加入10ml、20ml、30ml的0.5mol/l的氨水水溶液，

38、在常溫下進行反應(yīng)，待反應(yīng)完畢后分別加入碳酸氫銨反應(yīng)完全。具體數(shù)據(jù)如表3所示：由此表可看出，隨著氨水水溶液體積的增加，zn(oh)2的質(zhì)量增加，而中間沉淀物的質(zhì)量逐漸減少。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。所以我認為最佳的氨水水溶液加入量是第三組實驗。表3 常溫下不同的氨水水溶液加入量對應(yīng)的不同的沉淀量加入氨水水溶液體積（ml）zn(oh)2的質(zhì)量(g)中間沉淀物的質(zhì)量(g)100.211.96 200.451.87300.651.703.1.3 溫度以及攪拌速率對實驗的影響當加入5gznso

39、47h2o時，加入30ml的0.5mol/l的氨水水溶液在反應(yīng)式中存在nh4+的水解反應(yīng)，因為nh4+的水解是吸熱反應(yīng)，所以隨著溫度的增加反應(yīng)向右進行，因此oh-1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。因為zn(oh)2的摩爾分子質(zhì)量小于znco3的摩爾分子質(zhì)量，所以減少生成zn(oh)2的那部分zn2+形成了znco3。所以中間沉淀物的質(zhì)量增加了。而znco3過多就可能產(chǎn)生團聚的數(shù)量增多，對實驗不利，所以反應(yīng)在常溫下就好。具體走向如圖8：反應(yīng)溫度（）中間沉淀的量（g）圖8 中間沉淀的量隨反應(yīng)溫度的變化攪拌所用實驗設(shè)備數(shù)顯直流無級調(diào)速攪拌器，隨著攪拌的速度的增加，

40、反應(yīng)速率加快，而由于攪拌的作用，產(chǎn)生的中間沉淀物出現(xiàn)團聚的現(xiàn)象減少，但是如果攪拌速度過大的話，容易出現(xiàn)漩渦，不利于反應(yīng)的進行，如表4、5：3.1.3最佳的反應(yīng)條件表4 反應(yīng)溫度影響中間產(chǎn)物的粒度反應(yīng)溫度（）中間沉淀物粒度常溫較大50較小60較小70較小表5攪拌速度對反應(yīng)速率和粒度的影響攪拌速度（r/min）反應(yīng)速率粒度0一般較大200較大較小400較大較小 本實驗最佳反應(yīng)條件就是稱量5g的znso47h2o的，將其置于含有100mlh2o的500ml燒杯中，用攪拌器攪拌，然后加入30ml的0.5mol/l的氨水水溶液，以200r/min的速度攪拌，再加入nh4hco3直至反應(yīng)完畢，在常溫下反應(yīng)

41、。 3.1.4 中間產(chǎn)物的過濾和洗滌 得到中間沉淀物的第一步就是過濾，目的就是將沉淀物分離出來，所用設(shè)備抽真空過濾器，接下來就是對沉淀物的洗滌，目的是去除雜質(zhì)，為生成高質(zhì)量的納米zno做好準備。 3.1.5 中間沉淀物的焙燒得到過濾和洗滌完畢的中間沉淀物之后，將其放入玻璃皿中，整理好后放入電熱鼓風干燥箱內(nèi)干燥，將烘干溫度設(shè)定在100，取最佳條件下的中間沉淀物的質(zhì)量，焙燒時間分別為：30min，50min，70min，90min。然后確定最佳的焙燒時間，如圖9查看焙燒之后中間沉淀物的質(zhì)量變化。由圖可知，焙燒時間大概在70min的時候中間沉淀物質(zhì)量不再減少，所以最快的焙燒時間是在70min左右變化

42、，也是本實驗在100的焙燒溫度下最節(jié)省時間的焙燒時間。焙燒時間（min）中間沉淀物質(zhì)量（g）圖9 中間沉淀物的質(zhì)量隨焙燒時間的變化3.1.6 煅燒的最佳時間這是最關(guān)鍵的一步，將煅燒的溫度設(shè)定在400，實驗條件是稱取5g的znso47h2o，加入30ml的0.5mol/l的氨水水溶液，在常溫下反應(yīng)，攪拌速度為200r/min。將焙燒好的中間沉淀物進行煅燒，時間分別設(shè)定在1h、2h、3h、4h，具體數(shù)據(jù)如圖10所示：煅燒時間大概在3小時左右，此時前驅(qū)體分解接近完全。煅燒后的質(zhì)量（g）煅燒時間（h）圖10煅燒產(chǎn)物隨煅燒時間的質(zhì)量變化結(jié)論 本次實驗通過控制各個環(huán)節(jié)的實驗因素，進行對比，最后得出最佳的實

43、驗條件，具體因素如下：（1）100ml水中znso47h2o的加入量，也就是濃度，對粒度影響較大，因為隨著濃度的增加，溶液中粒子碰撞的幾率就越大，因而團聚也就越嚴重，所以本實驗選擇加入5g的znso47h2o。（2） 將化學純的氨水溶解于水中，配置成0.5mol/l的水溶液，本次針對氨水的實驗做了三組實驗，當加入30ml氨水水溶液時,zn(oh)2與znco3的比例大概1:1 ，兩種物質(zhì)都不會產(chǎn)生太大的團聚現(xiàn)象，比較均衡。所以氨水水溶液最佳的加入量是30ml（3） 實驗的溫度對反應(yīng)的影響，隨著溫度的增加反應(yīng)速率加快，分子碰撞的機會增大，團聚的機率增加，由于氨水在水溶液中以nh4+和oh-的形式

44、存在，同時由于nh4+ 的水解是吸熱反應(yīng)，隨著溫度的增加，nh4+和oh-離子減少，所以導致zn(oh)2減少，znco3增加，打破它們的均衡，使得znco3容易發(fā)生團聚。所以最佳的溫度是在常溫下進行的。（4） 攪拌速度對實驗的影響，隨著攪拌速度的增加，團聚的出現(xiàn)將會減少，而攪拌速度過大就容易出現(xiàn)漩渦，容易濺出，對反應(yīng)不利，所以本實驗采用的最佳的攪拌速度是200r/min。（5） 焙燒時間對實驗的影響不大，只要焙燒時使沉淀物中的水分子全部蒸發(fā)出來即可。最佳的焙燒時間70min。（6） 400下煅燒的最佳時間在3h左右。致謝非常感謝張學政張老師在我大學的最后的學習階段給自己的指導，從最初的翻譯，

45、到開題報告，到畢業(yè)設(shè)計的實驗，論文，給我了耐心的指導和無私的幫助，是張老師以及其他的專業(yè)課老師教會了我專業(yè)知識，教會了我如何做人。也是由于它們的勞心勞力的關(guān)心和指導才使各方面取得了顯著的進步，在此我衷心的感謝張老師以及其他的專業(yè)課老師，希望他們能培養(yǎng)出更多的人才通過這段時間的的努力，我的畢業(yè)論文終于完成了。寫作畢業(yè)論文是再一次的學習的過程，它的完成同樣意味著新的學習生活的開始，由學校轉(zhuǎn)變到社會，我會銘記我是河北科技大學的一名學子，在今后的工作中會將科大的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。最后感謝張老師以及其他專業(yè)課的老師，各位同學的指導與幫助，謝謝！ 參考文獻1 張永康，劉建本，易保華.常溫固相反應(yīng)合成納米氧

46、化鋅j.精細化工，2000，17(6)：343344，3552孫志剛，胡黎明.氣相法合成納米顆粒的制備技術(shù)進展j.化工進展，1997，16(2)：21243建偉，劉有智，張艷輝.超重力技術(shù)制備納米氧化鋅的工藝研究j.化學工程師，2001，86(5)：22234祖庸，劉超鋒，李曉娥.均勻沉淀法合成納米氧化鋅j.現(xiàn)代工業(yè)，1997，17(9)：33355楊秀培.納米氧化鋅制備研究進展j.四川師范學院學報.2003,24（3）：3473516張偉，王風珠.利用立式振動磨制備超細粉的研究.1997,28（5）：511-5137劉珍，梁偉，許并社等納米材料制備方法及其研究進展.材料科學與工藝，2000，8（3）：1031088李斌，杜芳林.沉淀法制備納米氧化鋅粉體.青島科技大學學報，2