超声波对制备超细氧化锌的影响

崔云丽，李国庭，杨 波

（河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄 050018）

超声波对制备超细氧化锌的影响

崔云丽，李国庭，杨 波

（河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄 050018）

采用直接沉淀法，在特定超声频率下制得超细氧化锌产品。研究了3种沉淀剂通过超声波后对制备超细氧化锌产品的影响，经超声制备的产品分散性好、粒度小。确定了最佳超声时间为50 min，超声强度为40%。通过SEM检测可知，在最佳条件下制得的超细氧化锌产品为类球形，晶粒内部有中空孔洞，其粒径约为200nm。

超声波；沉淀法；超细氧化锌；制备

超细氧化锌是一种新型的高功能精细无机半导体材料，由于它比普通氧化锌的尺寸小，比表面积大，晶粒表面无序排列的原子比例大，且常存在各种缺陷结构，使得它具备了特殊性质，在磁、光、电、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无可比拟的特殊性能。因此，超细氧化锌被广泛应用于石油化工、橡胶、陶瓷、油漆、涂料、电子、纺织、医药、日化等行业。例如：添加超细氧化锌的橡胶与添加普通氧化锌的橡胶相比，其断裂强度、抗撕强度和耐磨损性等指标都有增强［1－3］。随着科技的迅速发展及合成新材料的迫切需要，氧化锌粉体材料的制备正向着超细化的方向发展。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

氯化锌、氢氧化钠、氨水、碳酸氢铵均为分析纯，天津市永大化学试剂厂提供。

DF－101S集热式恒温磁力搅拌器、恒流泵、SCIENTZ－2D超声波细胞破碎机、真空干燥箱、马弗炉等。

1.2 实验原理

以氯化锌为原料，选用氢氧化钠、氨水、碳酸氢铵3种不同的沉淀剂，在超声条件下制备超细氧化锌产品。其主要反应式如下。

以氢氧化钠作沉淀剂：

以氨水作沉淀剂：

以碳酸氢铵作沉淀剂：

1.3 实验流程

首先将配置好的一定浓度的氯化锌溶液倒入反应器中，然后用恒流泵将适量的沉淀剂以恒定流速加入反应器中，顶部采用超声波细胞破碎机超声，底部采用集热式恒温磁力搅拌器搅拌。反应结束后放置一定时间得到白色氢氧化锌沉淀，取出沉淀过滤，并用去离子水多次洗涤，再用无水乙醇洗涤。取出滤饼放入真空干燥箱中干燥，得到氢氧化锌白色粉末，最后在马弗炉中焙烧制得产品氧化锌［4］。其工艺流程示意图见图1。

图1 制备超细氧化锌工艺流程示意图Fig.1 Flow chart of preparation of superfine zinc oxide

2 结果与讨论

2.1 超声波对氧化锌合成的影响

本实验以氯化锌为原料，分别采用氢氧化钠、氨水、碳酸氢铵3种沉淀剂进行反应［5］。通过大量实验确定最佳工艺条件［6］如下：氯化锌溶液浓度为0.8mol／L，沉淀剂质量分数（氨水体积分数）为20%，氯化锌与沉淀剂的物质的量比为1∶2.2，温度为55℃，反应时间为50min，煅烧温度为800℃。同时在此制备过程中加入超声外场，控制超声时间为50min，超声强度为40%，制备超细氧化锌产品，与未超声制备所得产品进行对比。所得超细氧化锌产品经激光粒度仪分析结果见表1。

表1 超声波对产品粒度的影响Tab.1 Influence of product size by ultrasonic

表1是在最佳工艺条件下，研究超声波在不同沉淀剂作为原料时对产品粒度的影响。结果表明：所有沉淀剂超声制备的产品粒度均比未超声制备的产品粒度明显减小，但以氨水为沉淀剂时，影响较为突出。所以，本实验选取氯化锌和氨水作为原料进行超声时间和超声强度对产品影响的研究。

2.2 超声时间对氧化锌产品粒度的影响

图2 超声时间对超细氧化锌粒度的影响Fig.2 Influence of ultrasonic time on superfine particle size of zinc oxide

以氯化锌和氨水为原料，采用2.1中的最佳工艺条件，并在制备过程中加入超声外场，在不同超声时间内，制得的氧化锌产品粒度测试结果如图2所示。

由图2可知：氧化锌的粒度随超声时间的延长先变小，继而增大，整个超声时间范围内出现最小粒度点。超声时间太短，晶核的分散不充分，生成的超细氧化锌产品团聚减弱不明显，粒度也较大［7］；如果超声时间过长，在一定时间内的超声连续作用，可使声场区域产生温升，致使颗粒粒度变大。经过比较得出最适宜的超声时间为50min。

2.3 超声强度对产品粒度的影响

以氯化锌和氨水为原料，采用2.1中的最佳工艺条件，并在制备过程中加入超声外场，在不同超声强度下测定氧化锌产品粒度，测试结果见图3。

图3是在超声时间均为50min，改变超声强度的条件下得到的结果。由图3可知：在整个超声强度变化范围内，超声强度为40%时得到的产品粒度最小；超声强度太小，它的空化作用和机械搅拌作用不明显，分散不充分，粒度减小较少；超声强度太大，其能量转变为热能，更有利于产品颗粒成核及生长，产品粒度反而增大［8］。

2.4 在最佳超声条件下的实验结果

以0.8mol／L的氯化锌溶液和20%（体积分数）的氨水为原料，反应配比取氯化锌与氨水的物质的量比为1∶2.2，反应温度为55℃，反应时间为50min，煅烧温度为800℃，制备所得氧化锌产品的SEM扫描图见图4a）。在同等条件下，在制备过程中加入超声外场，控制超声时间为50min，超声强度为40%，所得氧化锌产品SEM扫描图见图4b）。

由图4可以看出：在超声条件下制得的氧化锌的晶形和粒度均有所改变；未经超声的产品晶形为类球形，产品平均粒度约为300nm；而在超声条件下制得的产品晶形为类球形，稍显不规则，产品晶粒有中空孔洞，且产品粒度约为200nm，较未经超声产品粒度减小约100nm；在超声条件下制备的氧化锌产品分散性较好，无团聚现象。

3 结 语

1）以氯化锌为原料，选取不同沉淀剂制备超细氧化锌，所得的产品粒度约为300nm；制备过程中加入超声外场后，较相同条件下所得产品粒度明显减小，特别是对以氯化锌和氨水为原料制备氧化锌的产品粒度影响较为突出。

2）以氯化锌和氨水为原料，在超声条件下，制备氧化锌的最佳工艺条件如下：氯化锌溶液浓度为0.8 mol／L，氨水的体积分数为20%，氯化锌和氨水的物质的量比为1∶2.2，反应温度为55℃，超声时间为50 min，超声强度为40%，煅烧温度为800℃。在该条件下制备出的氧化锌产品呈类球形，产品颗粒内部有中空孔洞，产品粒度约为200nm。

3）在制备超细氧化锌过程中引入超声波，不仅可以大幅度减小粒度，改善产品分散性，而且可以改变微粒结构。该方法将在超细及纳米材料制备过程中有着更广阔的应用前景。

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127－130.

Influence of ultrasonic on preparation of superfine zinc oxide

CUI Yun－li，LI Guo－ting，YANG Bo
（College of Chemical and Pharmaceutical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

Superfine zinc oxide particles were prepared by using direct precipitation method under a certain ultrasonic frequency.The changes of the products under ultrasonic with three different raw materials were studied.The optimum ultrasonic time is 50min and the optimum ultrasonic strength is 40%.The optimized superfine zinc oxide products are spherical like with hollow holes in the grain，and the particle diameter is about 200nm.

ultrasonic；precipitation；superfine zinc oxide；preparation

TQ132.4

A

1008－1542（2012）02－0142－04

2011－08－28；

2011－11－09；责任编辑：张士莹

崔云丽（1984－），女，河南新乡人，硕士研究生，主要从事无机新型粉体材料方面的研究。

李国庭教授。E－mail：ligt＠hebust.edu.cn