纳米氧化锌的生产工艺主要包括化学法和物理法两大类,其中化学法因能实现分子或原子水平上的均匀混合,制备出粒度分布均匀、形状可控的纳米微粒材料,成为当前主流方法。以下是对纳米氧化锌生产工艺的详细介绍:
溶胶-凝胶法
原理:利用锌的金属盐或醇盐为原料,在有机介质中进行水解、缩聚反应,使溶液经溶胶凝胶化过程得到凝胶。凝胶经干燥、煅烧成粉体。
特点:操作方便、污染小、生产周期短、产物均匀度高、分散性好。但原料成本昂贵,且在高温下进行热处理时易发生团聚。
应用:可通过调节醋酸锌浓度、改性剂配比及煅烧条件,控制粒径与纯度,制备出满足不同需求的纳米氧化锌。
沉淀法
分类:包括直接沉淀法和均相沉淀法。
直接沉淀法:通过往可溶性锌盐中加入沉淀剂,使锌的沉淀物从溶液中析出,并将阴离子洗去,经分离、干燥、热解得到纳米氧化锌。常见的沉淀剂为碳酸铵、氨水、草酸铵等。该方法操作简单易行,对设备技术要求不太苛刻,产物纯度高,不易引入其他杂质,成本较低。但洗涤沉淀中的阴离子较困难,且生成的产品粒子粒径分布较宽。
均相沉淀法:利用沉淀剂的缓慢分解,与溶液中的构晶离子结合,从而使沉淀缓慢均匀地生成。加入的沉淀剂不是立刻与被沉淀组分发生反应,而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地生成。该方法可避免局部过饱和度过大导致的粒度分散不均匀问题。
微乳液法
原理:两种互不相溶液体在表面活性剂作用下形成热力学稳定的、各向同性、外观透明或半透明、粒径在1-100nm的分散体系。纳米氧化锌的制备即利用这一体系,通过控制反应条件得到纳米级颗粒。
特点:可制备出粒径分布均匀、形状可控的纳米氧化锌。但表面活性剂的使用量较大,对成本控制和废水处理提出挑战。
水热合成法
原理:在高温高压下,在水溶液或蒸气等流体中进行有关反应,再经分离或热处理得到纳米颗粒。
特点:制备的纳米粉体具有较好的性能,粉体晶粒发育完全,粒径小且分布均匀,团聚程度小。但设备要求高,操作复杂。
创新:近年来,研究人员通过调控反应条件,实现了低温合成纳米氧化锌。例如,在70-100℃区间内,通过精确控制pH值和表面活性剂的选择,成功制备出具有特殊形貌的纳米氧化锌。
物理法是采用特殊的机械粉碎、电火花爆炸等技术,将普通级别的氧化锌粉碎至超细。但该方法能耗大、产品纯度低、粒度分布不均匀,且难以得到尺度在1-100nm的粉体,因此限制了其在工业上的使用。