纳米ZnO的制备方法毕业设计

1、 目录1 绪论11.1 纳米zno的概述11.1.1 纳米zno11.1.2 纳米zno功能11.1.3 纳米zno的主要用途31.2 制备纳米zno的方法，以及概述41.2.1 固相法41.2.2 气相法51.2.3 液相法61.3 沉淀法制备纳米zno81.3.1 沉淀法81.3.2 沉淀法原理81.3.3 沉淀法制备纳米zno过程出现的问题81.4 本课题研究的内容和意义92 实验部分102.1 实验材料，实验仪器设备以及试剂102.1.1 实验仪器设备102.1.2 实验试剂102.2 纳米zno的制备方法102.2.1 制备纳米zno中间沉淀物112.2.2 沉淀产物的过滤、洗涤13

2、2.2.3 沉淀物的焙烧142.2.4 沉淀物的煅烧、研磨143 实验结果分析与讨论163.1 各个因素对实验中生产中间沉淀物的影响163.1.1 znso47h2o的加入量对中间产物产率的影响163.1.2 确定最佳的氨水加入量163.1.3 温度以及搅拌速率对实验的影响173.1.3最佳的反应条件183.1.4 中间产物的过滤和洗涤183.1.5 中间沉淀物的焙烧183.1.6 煅烧的最佳时间19结论20致谢21参考文献221 绪论1.1 纳米zno的概述20世纪90年代出现了一门新兴的科技，那就是纳米科学和技术，它已经成为世界材料，物理，化学，生物，力学等等学科方面的研究的热门课题之一。

3、这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。纳米材料可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体、纳米复合材料、纳米结构等。它是一个覆盖面特别广，学科多样性的交叉的科学性研究方向和产业领域。纳米是一个长度单位，1m的十亿分之一等于1nm。当物质到纳米尺度以后，大约是在1100nm这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。纳米材料的研究领域从原子团到大块材料，包括生物材料、无机材料、有机材料、以及金属材料等。 1.1.1 纳米zno纳米zno又称活性zno，一种面向21世纪的新型

4、高功能精细无机产品。因为它的特殊的尺寸有了特殊的功能。其颗粒大小约在1100nm。表现出许多特殊的性质，如非迁移性、吸收、荧光性、散射紫外线能力和压电性等，通过应用它在光、电、磁等方面的性能，可制造紫外线遮蔽材料、变阻器、高效催化剂、气体传感器、塑料薄膜、荧光体、压电材料、压敏电阻、图像记录材料、和磁性材料等2930。1.1.2 纳米zno功能zno是一种多功能性的新型无机材料，由于晶粒的细微化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了特殊的宏观隧道效应、量子尺寸效应、表面效应和体积效应以及高分散性、高透明度等特点。近年来发现它在磁学、催化、力学、光学、等方面展现出许多特殊功能，使其在生物、化

5、工、电子、光学、陶瓷、医药等许多领域有重要的应用价值，具有zno所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点2127。（1）用于催化剂和光催化剂纳米zno由于比表面积大、尺寸小、颗粒内部与表面的键态的不同、表面原子配位不全等，导致表面的活性度增多，增大了反应面面积。根据光敏半导体催化理论和实验发现，纳米zno半导体催化性能与其能级结构有关。纳米zno的催化活性和选择性远远大于传统催化剂。研究表明，如果使用纳米zno作为光催化剂的话，那么反应速率

6、可以成百上千的提高并且不引起光的散射。（2）抗菌作用纳米zno无毒、无味，对皮肤无刺激，是皮肤的外用药物，能起到保护、防皱和消炎等作用。此外对uva和uvb均有良好的屏蔽作用，纳米zno吸收紫外线的能力很强，同时还可以用于化妆品的防晒剂；也可以用于生产抗菌、抗紫外线、防臭的纤维。通过纳米zno的定量杀菌试验表明了在5 分钟内，在纳米zno的质量分数为1 时，大肠杆菌的杀菌率为9993，金黄色葡萄球菌的杀菌率为9886 。由此可见其杀菌的效果。同时紫外线对纳米zno能产生一些化学反应，在紫外线的照射下，在水和空气中能分解出能自由移动的带负电的电子，而且同时留下带正电的空穴，它可以激活空气中的氧气

7、，使其变成活性的氧原子，它具有极强的化学活性，并且能与大多数有机物发生氧化反应，包括细菌体内的有机物，所以能杀死大多数病菌和病毒。（3）陶瓷工业纳米氧化锌的比表面积大，体积小，粒度较均匀，在陶瓷业可以直接利用，陶瓷工业在zno作为白色颜料方面使用的比较广泛，将纳米zno添加到陶瓷中，不仅可以使陶瓷制品烧结温度降低400到600，而且烧成品出现了“镜面效应”，是陶瓷表面更加光滑如鲜，颇有观赏性。还有能它降低烧结陶瓷的温度，能耗降低，并且制作工序简单易行，极大地提高产品的产量和质量。（4）玻璃工业普通zno同样有着吸收紫外线的功能，但是却不能透过可见光，所以不能用于玻璃工业。但是纳米化得zno确是

8、同时能办到既能吸收大于95%紫外线又能透过大于85%的可见光。因此家用玻璃，汽车玻璃以及建筑用的玻璃对此确是不能缺少的。在纳米zno屏蔽紫外线的同时，还可以杀菌，也是自洁玻璃。还有就是它也可以用于制造眼镜片。（5）石油工业 纳米zno是精脱硫催化剂的基本原料，而甲醇生产、大型尿素以及石油、天然气冶炼和其它化工产品都需要脱硫，因此对于这些物质来说纳米zno的需求量相当的大28。（6）纺织工业和日化工业粒径小于40nm的纳米zno对紫外线具有优异的遮蔽效果。随着臭氧层的破坏，紫外线加剧了对生物的伤害，防止紫外线的入侵已成为人类一项迫不及待的需求。经过调查，市场纳米zno的需求量很大，我国已能独立生

9、产。日本仓螺公司将纳米zno掺入异形截面的聚酯纤维或长丝中，开发震惊世界的兼具消毒，抗菌，除臭的防紫外线纤维。1.1.3 纳米zno的主要用途(1) 橡胶工业纳米zno的最广泛的用处之一就是橡胶工业。纳米氧化锌具有疏松多孔、颗粒微小、分散性好、流动性好、比表面积大等物理化学特性。目前，普通的zno已经逐渐被纳米zno所代替。经查取可知活性zno的比表面积大于8m2/g。以至于活性zno的用量较zno的降至原用量的1/2到1/3，并且性能较普通的zno优良，而纳米zno的比表面积大于50m2/g，相对于活性zno更强，取代普通zno，其用量只有1/20左右。因此，与橡胶的亲和性好，熔炼时易分散，

10、扯断变形小、弹性好、胶料生热低，改善了物理性能和材料工艺性能。纳米氧化锌可用于制造高速耐磨的橡胶制品，如飞机轮胎、轿车用的子午线胎等。纳米氧化锌作为优良的橡胶硫化促进剂，可应用于橡胶行业，使橡胶用量减少3至7成。应用纳米zno的优点有:1） 防止老化 2） 抗摩擦着火3） 使用寿命长 4） 耐磨性强（2）纳米zno的抗菌性纳米zno在紫外线照射下，能与大多数有机物（包括细菌）发生氧化反应，具有极强的化学活性，从而杀死大多数病毒和病菌。在粉末粒径为光波长的1 / 2 时最大时，金属氧化物粉末对光线的遮蔽能力最强。与此同时，在整个紫外光区（200400nm），纳米zno对光的吸收能力比tio2强。

11、而同时纳米zno吸收紫外线的能力毋庸置疑，对中波紫外线（中波280nm320nm）和长波紫外线（长波320nm400nm）都有良好的屏蔽的作用。大多数抗菌物质是有机物质，它们广泛用于洗涤剂、食品、化妆品中和纺织品。但它们存在着安全性较差、耐热性差、易分解产生有害物易挥发等缺点，为克服这些缺点人们积极开发研究了一些无机抗菌剂，纳米zno就是其中之一。纳米zno由于比表面积大、尺寸小，颗粒内部与表面键态的不同。由于纳米zno表面原子不全等的配位，加大了反应接触面，导致纳米zno表面的活性位置增多。因此，纳米zno催化剂的活性和选择性都远远大于其传统催化剂，催化速度是普通zno的1001000倍，这

12、大大增加了zno吸附污染物的能力。从而提高了光催化降解有机物的能力。当纳米zno粉体作为光催化剂时可使污水中的cr6+还原成cr3+，从而形成cr(oh)3可用于污水处理，对环境污染治理有积极的作用。由于抗菌剂在在使用时在产品中要达到一定的量，故选择纳米zno作为抗菌剂有以下优点：1） 抗菌能力强，抗菌范围广。2） 持效久，耐洗涤冲刷，还耐光，耐热。3） 热稳定性好，价格便宜，来源广，不变色，不易挥发。就禁带宽度而言，zno是一种适合的可以替代tio2 的光催化剂，并且zno廉价、无毒、对环境中多种难降解的有机污染物都有很好的光催化去除效果。1.2 纳米zno的制备方法 纳米zno的制备方法随

13、着对纳米zno性能研究的深入应运而生，概括起来一般可分为物理方法和化学方法37。物理方法又叫粉碎法，或者机械法。将普通级别的氧化锌通过特殊的粉碎技术粉碎至超细。化学方法又叫造粒法，是在一定的条件下，通过原子或分子的成核、生长或化合凝聚成具有一定形状和尺寸的粒子。其中化学方法研究的比较多。化学方法又可分为气相法、固相法和液相法。气相法分为：化学气相氧化法、激光诱导化学气相沉淀法、喷雾热解法等等。液相法分为：直接沉积法、均匀沉积法、水热法、微乳液法、溶胶一凝胶法、模板法和醇盐水解法等1.2.1 固相法1固相合成法也称为固相化学反应法，是近几年来刚刚发展起来的、一种廉价而又简便的新方法。所谓固相法是

14、指将金属盐或者金属氧化物按配方充分混合，经研磨、煅烧使其发生扩散而发生固相反应，直接得到或着再研磨得到超细粉。通过查阅资料：俞建群等利用低热固相配位化学反应的方法合成纳米zno。他们以二水合醋酸锌和草酸为原料，以其摩尔比为1：l的量于研钵中，充分研磨30min左右，然后再将固相产物放置于烘箱中真空干燥4h，温度为70。操作完毕后得到前驱体znc2o42h2o，将前驱体置于马沸炉中加热到其分解温度460，保持2h，即得纳米zno。该法克服了传统湿法存在团聚现象等缺点，同时反应具有产率高，反应条件，无需溶剂易掌握等优点，是一种简单可行的方法。工业生产前景乐观，但是反应往往进行得不完全或过程中易出现

15、液化等现象。1.2.2 气相法2目前生产纳米材料的最有效方法之一就是气相法。所谓气相法就是以气体为原料，先在气相中通过化学反应形成物质的基本粒子，再经过成核，生长两个阶段生成薄膜、粒子和晶体材料。其特点是结晶好、粒度可控、纯度高，但技术要求高。气相法主要分为三大类：化学气相氧化法、激光诱导化学气相沉淀法、喷雾热解法。（1）化学气相氧化法化学气相氧化法是以氧气为氧源，锌粉为原料，在高温下， 以n2作为载体进行氧化还原反应制得纳米zno。所得产品的粒径介于1020nm 之间，产品的单分散性能好，但产品有原料残存，纯度较低，对设备条件的要求较高。气相反应合成法是在温度大于907的条件下将锌从熔融的金

16、属锌或锌的合金中升华而蒸发出来， 随着锌蒸汽与喷入的氧化气体一起的流动，从而使zn氧化变成zno粉末。经查阅资料可得日本mitarai等以锌粉和氧气为原料，以n2为载体，在约为550的高温下是原料发生氧化还原反应，从而就能得到粒度范围在1020nm的zno。化学反应式如下：2zn+o2=2zno (t=550) （1-1） 用此种方法的优点是：原料简单，价廉，易得，但是得到产品的粒度细，单分散性较好。缺点是：反应得到的产品纯度低，而且还有原料残存，对设备要求较高。（2）激光诱导化学气相沉淀法该法以惰性气体为载气，以zn片为原料，用cwc02激光气为热源，加热反应原料，使之与o2反应生成zno。

17、简单来说，在实验中就是利用在空气的气氛中用激光束直接照射锌片表面，经加热、汽化、蒸发、氧化等过程，来制备纳米氧化锌粉末。该法具有可精确控制、能量转化效率高等优点，但产率低、成本高、电能消耗大，难以实现工业化生产。激光诱导化学气相沉淀法的原理是利用反应气体对特定波长激光束的吸收，引起气体分子激光分解和激光诱导化合反应，在一定条件下合成纳米粒子。该法不易团聚，粒径均一，能量转化率高，可精确控制等优点。（3） 喷雾热解法所谓喷雾热解法是将金属盐溶液以喷雾的形式进入高温气体中，随着溶剂的蒸发及金属盐的热分解，从而形成纳米氧化物粉体。原理是以液态物质为前驱体，通过喷雾的形式直接得到产物。它不需经过过滤、

18、洗涤、干燥、烧结等过程，因而组成了均匀、粒度和纯度高得纳米产物，过程简单连续，但污染较大，不容易净化回收，能耗大、高活性粉体高温下容易聚结等问题。用喷雾热解法所得分散性好，粒径分布窄，化学活性好，粒径分布均匀，纯度高，并且工艺易于控制，操作简单，设备造价低廉，颇具工业化生产的条件和特点。1.2.3 液相法所谓液相法又叫做液相沉积法89，通俗来讲就是通过在液态的反应下微观粒子的凝聚，从而得到纳米粒子的一种方法。根据整个过程有没有化学反应分为两种类型，分别为非反应沉积法和反应沉积法。液相法主要分为：直接沉积法、均匀沉积法、水热法、微乳液法、溶胶一凝胶法、醇盐水解法、模板法和超声波合成法等。（1）

19、直接沉淀法4所谓直接沉淀法就是向含有一种或者多种离子的溶液中加入反应物使之在一定条件下产生沉淀，将沉淀从溶液中析出，出去阴离子，再将析出的沉淀物经热分解得到纳米zno。不同的沉淀物，加入的沉淀剂也不相同，同时沉淀物热分解的温度也不尽相同。举个简单的例子，当以nh3h2o为沉淀剂时，反应如下：zn2+2nh3h2o=zn(oh 2+2nh4+ (1-2) zn(oh)2=zno+h2o (t=500800) (1-3)直接沉淀法操作简单，对设备要求不高，纯度较高，成本也较低。但是只限于实验室，而且阴离子去除也较困难，得到的材料分散性差等（2） 均匀沉淀法19均匀沉淀法与直接沉淀法大致相同，都是通

20、过化学反应产生沉淀，然后经过滤将沉淀物热分解，进一步形成纳米zno的过程。不同的是，直接沉淀法快，得到的纳米产物分散性不好。均匀沉淀法是将溶液中的构晶离子缓慢而均匀的释放，得到的产物分散性好，有利于工业化生产。常用的反应物有两种：尿素和六亚甲基四胺。以尿素为例，反应式如下：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) 均匀沉淀法较直接沉淀法产物颗粒均匀，产生的颗粒小，粒度均匀，过滤也相对容易，团聚好，分散性好等优点。（3） 水热法14水热法是将制

21、备纳米zno的前驱体，放入高压釜中的水热介质中在一定温度和时间下发生水热反应，这就是水热法。用这种方法得出来的纳米zno优点是晶粒发育完整，团聚程度小，粒度小且分布均匀，并且在在烧结过程中活性高。（4）微乳液法10,17微乳液是一种理想介质，是由表面活性剂、助表面活性剂（通常为醇类）、水溶液或水、油组成的一种各向同性、透明的热力学稳定体系。微乳液中的由表面活性剂和助表面活性剂组成的微小“水池”粒径在大概几十纳米到几百纳米的范围内。并且各个“水池”彼此分离，够不成水相。由微乳液法制备的纳米zno特点是：粒度分布均匀、操作容易、设备简单，但是团聚现象严重，使其不能工业化生产。（5） 溶胶一凝胶法1

22、5溶胶一凝胶法是将zn的醇盐或者无机盐溶于水或者有机溶剂，经过水解、缩聚反应形成溶胶，在经过干燥，煅烧得到纳米zno粉体。此种方法得到的纳米zno颗粒均匀，不易团聚，过程容易控制，但成本昂贵，不易工业化生产。常见的反应：zn(ch3coo)2+2h2o=zn(oh)2+2ch3cooh（碱性条件下） (1-7)zn(oh)2=zno(s)+h2o(加热) (1-8)（6） 醇盐水解法zn的醇盐能在水溶液中迅速水解，生成zn(oh)2沉淀过滤、干燥、煅烧成纳米zno粉体。例如以zn(oc2h5)2为原料，化学反应：zn(oc2h5)2+2h2o=zn(oh)2+2c2h5oh (1-9)zn(o

23、h)2=zno+h2o (1-10)该法的特点是条件温和，原料易得，所得粒度细，单分散性好。但是成本高，易形成不均匀成核。1.3 沉淀法制备纳米zno1.3.1 沉淀法沉淀反应是以沉淀反应为基础。所得沉淀物都需经过过滤、洗涤、烘干及煅烧得到纳米氧化物粉体。沉淀法分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和络合沉淀法等。直接沉淀法是将可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂使之产生沉淀，然后过滤，洗涤，在煅烧成纳米粉体的一种制备纳米zno的方法。均匀沉淀法就是利用某一化学反应是锌离子由溶液中缓慢的释放出来而产生沉淀，通过来改变沉淀剂的浓度而控制不同的平衡。以上两种方法较常见。所有沉淀法的共同点都是利用生成沉淀的液相

24、反应来制取。整个反应式用下式表示：na+nb+ab。为了得到纳米粉体，需要使溶液中的ab有大的过饱和度；而要使粒度分布均匀，反应器各处时刻都应保持均匀的过饱和度。1.3.2 沉淀法原理沉淀法的原理就是反应溶液中的成核与长大的过程。整个过程是：在含有可溶性盐或者悬浮的水溶液或非水溶液中发生反应，一旦溶液被产物过饱和，就会由均相成核过程或非均相成核过程发展形成沉淀。核一旦形成，就会通过扩散的形式不断长大，在这个过程中，浓度和温度对其影响至关重要，想要形成未聚集的颗粒，要求所有的核同时形成，随后不再有成核过程，也没有颗粒的聚集。本次实验以nh3h2o和nh4hco3为沉淀剂，与znso4溶液发生反应

25、，生成由znco3包裹的zn(oh)2前驱体。反应方程式如下：znso4+2nh3h2o=zn(oh)2+(nh4)2so4 (1-11)znso4+nh4hco3=znco3+(nh4)2so4 (1-12)煅烧前驱体的化学反应： zn(oh)2=zno+h2o (1-13) znco3=zno+co2 (1-14)1.3.3 沉淀法制备纳米zno过程出现的问题(1)当将与znso4溶液发生反应而产生的沉淀过滤、洗涤阴离子时比较困难。(2)在制备纳米zno的成核和长大的过程，由于对浓度和温度的控制需要比较精确，所以比较容易出现由于控制不当而出现的团聚颗粒，而过滤、洗涤、焙烧、煅烧这几个过程中

26、均有浓度和温度的变化，因此都有可能出现团聚。1.4 本课题研究的内容和意义本课题研究的主要是用沉淀法制备纳米zno的最佳反应条件，通过控制nh3h2o以及nh4hco3的加入量、反应时间、干燥时间、煅烧的温度等条件制备出纳米zno。研究的意义是：因为纳米材料独有的性能，使其具有广泛的用途，是近年来新兴的产业之一。尤其纳米zno有着多种用途：催化剂、抗菌、陶瓷工业、橡胶工业、石油工业、玻璃工业等。用途很多，范围很大，发展前途无限。 2 实验部分 本章详细的介绍了实验的实验设备，内容，方法，步骤以及结果。探讨的以及实验的主要部分放在中间沉淀产物上面。2.1 实验材料，实验仪器设备以及试剂2.1.1

27、 实验仪器设备本实验的主要仪器设备有：500ml的烧杯一支、10ml和100ml的量筒各一支、玻璃棒一支、搅拌器、电子天平、滤纸、抽真空过滤器、干燥箱、加热炉、研体。实验所用的仪器设备型号如下图所示：表1 实验所用仪器及其介绍仪器名称型号生产厂家电子天平hzk-fa110福州华志科学仪器有限公司循环水式多用真空泵shb-iii河南省予华仪器有限公司电热鼓风干燥箱101-oab上海胜启仪器表有限公司数显直流无级调速搅拌器sxjq-1郑州长城科工贸有限公司箱式电阻炉sx-4-10北京电炉厂电热恒温水浴锅hh-s6北京科伟永兴仪器有限公司2.1.2 实验试剂氨水、七水合硫酸锌、碳酸氢铵、蒸馏水。试剂

28、的资料如下图表2：2.2 纳米zno的制备方法2930制备纳米zno步骤如下：(1)称取一定量的znso47h2o，用100ml的量筒量取一定量的水于500ml的烧杯中，将称取好的znso47h2o加入烧杯中，用数显直流无级调速搅拌器溶解、搅拌。(2)用10ml的量筒量取一定量的氨水，配置成氨水水溶液，然后加入烧杯中，反应完毕后再加入碳酸氢铵，直到产生大量气泡为止。(3)将产生的沉淀经抽真空过滤器过滤出沉淀，将沉淀放于干燥箱中干燥，再用加热炉煅烧，然后用钵体研磨得到不同粒径的纳米zno粉体。2.2.1 制备纳米zno中间沉淀物表2 实验所需材料及其介绍名称级别分子量产地性状七水合硫酸锌化学纯2

29、87.55广州市润展化工有限公司无色斜方晶系棱柱状结晶碳酸氢铵化学纯79.06郑州沃原化工股份有限公司无色或白色棱柱形结晶氨水分析纯35.05石家庄市华迪化工工贸有限公司无色液体蒸馏水自制18实验室无色液体纳米zno的中间沉淀物是由外围znco3包裹的中心是zn(oh)2组成的。本实验分别采用5g、10g、15g、20g的znso47h2o进行溶解制备纳米zno。实验设备如图1：图1 用来称量药品的电子天平（1） 取5gznso47h2o溶解，氨水为变量本次实验分为两组，称取5gznso47h2o溶于含有100ml水的500ml的烧杯中。第一组用量筒量取10ml的0.5mol/l氨水水溶液，然

30、后再缓慢的加入碳酸氢铵，进行反应。第二组用量筒量取20ml的0.5mol/l氨水水溶液，然后再缓慢的加入碳酸氢铵，进行反应。将两组实验所得沉淀物进行过滤、焙烧、煅烧。将产生的纳米粉体进行比对。（2） 取10gznso47h2o溶解，氨水为变量本次实验分为三组，用电子称称取10gznso47h2o溶于含有100ml水的500ml的烧杯中。第一组用量筒量取20ml的0.5mol/l的nh3h2o水溶液，加入烧杯中反应，再向烧杯内缓慢添加nh4hco3直至烧杯内有大量气泡冒出为止。第二组实验用量筒量取40ml的nh3h2o，加入烧杯，再向烧杯内缓慢的添加nh4hco3直至大量气泡冒出。第三组实验用量

31、筒量取60ml的nh3h2o，加入烧杯中反应，再缓慢地加入nh4hco3直至大量的气泡冒出。将三组实验所得沉淀物经抽真空过滤器过滤，在经过过滤、焙烧、煅烧得到不同粒径纳米zno粉体。（3） 取15gznso47h2o溶解，氨水为变量 第一组实验用量筒量取40ml制备好的氨水水溶液加入溶解了15g的znso4水溶液中进行化学反应，反应完毕后，再向其中缓慢加入nh4hco3，直到反应完毕。同样的第二组加入80ml配置好的氨水水溶液，第三组加入100ml的氨水水溶液。最后将产生的沉淀过滤、焙烧、煅烧。最后产生了不同粒径的纳米zno粉体。（4）取20gznso47h2o溶解，氨水为变量 反应条件同上，

32、同样分三组实验第一组加入配置好的氨水80ml，第二组加入配置好的氨水水溶液100ml，第三组加入配置好的120ml的氨水水溶液。反应完毕以后进行沉淀干燥、焙烧、煅烧。最后产生不同粒径的纳米zno粉体。（5）改变实验的反应条件1）改变实验的反应温度通过改变实验的反应温度来改变实验的反应速率。本次实验分为四组。所用到的实验设备有玻璃棒、500ml烧杯、100ml量筒、钥匙、电子天平、数显直流无级调速搅拌器、电热恒温水浴锅。第一组实验：将烧杯放置于常温下反应。第二组实验将烧杯放置于电热恒温水浴锅中反应，将温度调置50恒温15min。第三组实验同样也是将烧杯放于60的电热恒温水浴中反应，时间为15mi

33、n。第四组实验同样也是将烧杯放于70的电热恒温水浴中反应，时间为15min。待反应完毕后过滤、烘干，称其重量。如图2：2）改变搅拌速度本实验通过改变搅拌的速度来测定生成沉淀反应的时间。取10gznso47h2o溶于有100ml的500ml的烧杯中，用数显直流无级调速搅拌器搅拌速度300r/min，完全溶解以后，将氨水与水融合调制成0.5mol/l。分三组实验来做第一组实验不用搅拌器搅拌，再加入氨水水溶液的那一刻开始计时，加入氨水水溶液之后立刻加入碳酸氢铵，待大量气泡冒出之后开始停止计时，时间为t1。第二组实验用搅拌器以200r/min的速度搅拌，之后操作同上，时间为t2。第三组实验用搅拌器以3

34、00r/min的速度搅拌，之后操作同上，时间为t3。以上三组实验每组做三次，取平均值，计录得到t1、t2、t3，最后比较粒度大小。 图2 实验过程中用来保持温度的电热恒温水浴锅。随着搅拌速度的增加团聚现象减缓。实验设备如图3：图3 溶解和化学反应过程中用到的数显直流无级调速搅拌器（6） 实验反应的最佳条件10gznso47h2o溶于100ml水中，用搅拌器以200r/min的速度搅拌，放入电热恒温水浴锅中反应，将温度调置50恒温15min，加入0.5mol/l的氨水水溶液40ml，然后再加入碳酸氢铵，直至大量气泡冒出。将沉淀过滤、洗涤、干燥、煅烧，最后得出纳米zno粉体。2.2.2 沉淀产物的

35、过滤、洗涤过滤用到的实验设备是抽真空过滤器，操作步骤是先将它与过滤瓶用橡胶管连接，检查连接部分，防止漏气而产生过滤缓慢和不完全的现象。然后用剪刀将滤纸剪成过滤口大小的纸片，然后将其放入过滤口，用蒸馏水浸湿（防止过滤时沉淀物下漏），将反应完全的中间沉淀物慢慢的导入过滤口内，打开开关，过滤开始，待过滤完全后再用蒸馏水冲洗，尽量去除杂质。最后清洗过滤瓶等用完的实验设备。实验设备如图4：图4 沉淀物过滤用到的抽真空过滤器2.2.3 沉淀物的焙烧将上一步过滤、洗涤完毕的中间沉淀产物放入玻璃皿中，尽量减少这个过程中的沉淀物损失，以便数据更加精确。将其放入电热鼓风干燥箱中进行干燥，设定具体的温度还有具体的时

36、间，待时间到了之后取出称其重量。实验设备如图5：图5 干燥沉淀物过程中用到的电热鼓风干燥箱2.2.4 沉淀物的煅烧、研磨将焙烧好的中间沉淀物放入箱式电阻炉中，做多组实验，采用不同的温度进行煅烧，然后用纳米粒度仪检测不同温度下的粒径。待煅烧完毕后取出，称重。如图6：图6 煅烧过程中用到的箱式电阻炉3 实验结果分析与讨论本章节主要就是对实验结果进行画图、分析与讨论，具体内容如下。3.1 各个因素对实验中生产中间沉淀物的影响3.1.1 znso47h2o的加入量对中间产物产率的影响本次实验分为四组，znso47h2o的加入量分别为5g、10g、15g、20g，使之溶于含有100ml水的烧杯中，在常温

37、下反应，所得到的产率如图7所示：加入的znso47h2o的量（g）沉淀物的产率 图7 沉淀物的产率随加入的znso47h2o的量多少的变化由图所示，随着znso47h2o的加入量越大，中间沉淀物的产率越小，并且在10g到15g的这个过程中产率下降的速度最小，根据此图分析在5g时产率较高，所以对于实验室制备纳米zno来说，选择5g的znso47h2o比较好，既节省材料，产率又高。3.1.2 确定最佳的氨水加入量用电子称称取5g的znso47h2o，将其放入含有100ml水的500ml烧杯中，用数显直流无级调速搅拌器搅拌溶解，然后分别加入10ml、20ml、30ml的0.5mol/l的氨水水溶液，

38、在常温下进行反应，待反应完毕后分别加入碳酸氢铵反应完全。具体数据如表3所示：由此表可看出，随着氨水水溶液体积的增加，zn(oh)2的质量增加，而中间沉淀物的质量逐渐减少。而第三组实验是zn(oh)2的质量与znco3的质量相差最少的，也是分配比较均匀的，因此不管这哪一种沉淀，出现团聚的现象是这三组中最少的。所以我认为最佳的氨水水溶液加入量是第三组实验。表3 常温下不同的氨水水溶液加入量对应的不同的沉淀量加入氨水水溶液体积（ml）zn(oh)2的质量(g)中间沉淀物的质量(g)100.211.96 200.451.87300.651.703.1.3 温度以及搅拌速率对实验的影响当加入5gznso

39、47h2o时，加入30ml的0.5mol/l的氨水水溶液在反应式中存在nh4+的水解反应，因为nh4+的水解是吸热反应，所以随着温度的增加反应向右进行，因此oh-1离子减少，而导致zn(oh)2的产量减少，而znco3的产量会增加。因为zn(oh)2的摩尔分子质量小于znco3的摩尔分子质量，所以减少生成zn(oh)2的那部分zn2+形成了znco3。所以中间沉淀物的质量增加了。而znco3过多就可能产生团聚的数量增多，对实验不利，所以反应在常温下就好。具体走向如图8：反应温度（）中间沉淀的量（g）图8 中间沉淀的量随反应温度的变化搅拌所用实验设备数显直流无级调速搅拌器，随着搅拌的速度的增加，

40、反应速率加快，而由于搅拌的作用，产生的中间沉淀物出现团聚的现象减少，但是如果搅拌速度过大的话，容易出现漩涡，不利于反应的进行，如表4、5：3.1.3最佳的反应条件表4 反应温度影响中间产物的粒度反应温度（）中间沉淀物粒度常温较大50较小60较小70较小表5搅拌速度对反应速率和粒度的影响搅拌速度（r/min）反应速率粒度0一般较大200较大较小400较大较小 本实验最佳反应条件就是称量5g的znso47h2o的，将其置于含有100mlh2o的500ml烧杯中，用搅拌器搅拌，然后加入30ml的0.5mol/l的氨水水溶液，以200r/min的速度搅拌，再加入nh4hco3直至反应完毕，在常温下反应

41、。 3.1.4 中间产物的过滤和洗涤 得到中间沉淀物的第一步就是过滤，目的就是将沉淀物分离出来，所用设备抽真空过滤器，接下来就是对沉淀物的洗涤，目的是去除杂质，为生成高质量的纳米zno做好准备。 3.1.5 中间沉淀物的焙烧得到过滤和洗涤完毕的中间沉淀物之后，将其放入玻璃皿中，整理好后放入电热鼓风干燥箱内干燥，将烘干温度设定在100，取最佳条件下的中间沉淀物的质量，焙烧时间分别为：30min，50min，70min，90min。然后确定最佳的焙烧时间，如图9查看焙烧之后中间沉淀物的质量变化。由图可知，焙烧时间大概在70min的时候中间沉淀物质量不再减少，所以最快的焙烧时间是在70min左右变化

42、，也是本实验在100的焙烧温度下最节省时间的焙烧时间。焙烧时间（min）中间沉淀物质量（g）图9 中间沉淀物的质量随焙烧时间的变化3.1.6 煅烧的最佳时间这是最关键的一步，将煅烧的温度设定在400，实验条件是称取5g的znso47h2o，加入30ml的0.5mol/l的氨水水溶液，在常温下反应，搅拌速度为200r/min。将焙烧好的中间沉淀物进行煅烧，时间分别设定在1h、2h、3h、4h，具体数据如图10所示：煅烧时间大概在3小时左右，此时前驱体分解接近完全。煅烧后的质量（g）煅烧时间（h）图10煅烧产物随煅烧时间的质量变化结论 本次实验通过控制各个环节的实验因素，进行对比，最后得出最佳的实

43、验条件，具体因素如下：（1）100ml水中znso47h2o的加入量，也就是浓度，对粒度影响较大，因为随着浓度的增加，溶液中粒子碰撞的几率就越大，因而团聚也就越严重，所以本实验选择加入5g的znso47h2o。（2） 将化学纯的氨水溶解于水中，配置成0.5mol/l的水溶液，本次针对氨水的实验做了三组实验，当加入30ml氨水水溶液时,zn(oh)2与znco3的比例大概1:1 ，两种物质都不会产生太大的团聚现象，比较均衡。所以氨水水溶液最佳的加入量是30ml（3） 实验的温度对反应的影响，随着温度的增加反应速率加快，分子碰撞的机会增大，团聚的机率增加，由于氨水在水溶液中以nh4+和oh-的形式

44、存在，同时由于nh4+ 的水解是吸热反应，随着温度的增加，nh4+和oh-离子减少，所以导致zn(oh)2减少，znco3增加，打破它们的均衡，使得znco3容易发生团聚。所以最佳的温度是在常温下进行的。（4） 搅拌速度对实验的影响，随着搅拌速度的增加，团聚的出现将会减少，而搅拌速度过大就容易出现漩涡，容易溅出，对反应不利，所以本实验采用的最佳的搅拌速度是200r/min。（5） 焙烧时间对实验的影响不大，只要焙烧时使沉淀物中的水分子全部蒸发出来即可。最佳的焙烧时间70min。（6） 400下煅烧的最佳时间在3h左右。致谢非常感谢张学政张老师在我大学的最后的学习阶段给自己的指导，从最初的翻译，

45、到开题报告，到毕业设计的实验，论文，给我了耐心的指导和无私的帮助，是张老师以及其他的专业课老师教会了我专业知识，教会了我如何做人。也是由于它们的劳心劳力的关心和指导才使各方面取得了显著的进步，在此我衷心的感谢张老师以及其他的专业课老师，希望他们能培养出更多的人才通过这段时间的的努力，我的毕业论文终于完成了。写作毕业论文是再一次的学习的过程，它的完成同样意味着新的学习生活的开始，由学校转变到社会，我会铭记我是河北科技大学的一名学子，在今后的工作中会将科大的优良传统发扬光大。最后感谢张老师以及其他专业课的老师，各位同学的指导与帮助，谢谢！ 参考文献1 张永康，刘建本，易保华.常温固相反应合成纳米氧

46、化锌j.精细化工，2000，17(6)：343344，3552孙志刚，胡黎明.气相法合成纳米颗粒的制备技术进展j.化工进展，1997，16(2)：21243建伟，刘有智，张艳辉.超重力技术制备纳米氧化锌的工艺研究j.化学工程师，2001，86(5)：22234祖庸，刘超锋，李晓娥.均匀沉淀法合成纳米氧化锌j.现代工业，1997，17(9)：33355杨秀培.纳米氧化锌制备研究进展j.四川师范学院学报.2003,24（3）：3473516张伟，王风珠.利用立式振动磨制备超细粉的研究.1997,28（5）：511-5137刘珍，梁伟，许并社等纳米材料制备方法及其研究进展.材料科学与工艺，2000，8（3）：1031088李斌，杜芳林.沉淀法制备纳米氧化锌粉体.青岛科技大学学报，2