專利名稱：一種制備納米氧化鋅的反應(yīng)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米氧化鋅的反應(yīng)裝置以及應(yīng)用這種反應(yīng)裝置制備納米氧化鋅 的方法。
背景技術(shù)：
納米氧化鋅與其他納米氧化物一樣，是制備納米材料的原料之一，但納米氧化鋅 與其他納米氧化物又不同，納米氧化鋅不僅顆粒極細(xì)，比表面積大，具有納米氧化物的性 能，而且納米氧化鋅的納米形態(tài)較多，使納米氧化鋅具有很多特殊性能，這使納米氧化鋅的 應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。具體的應(yīng)用領(lǐng)域有(1)日用化工及醫(yī)藥納米氧化鋅具有無(wú)毒、無(wú)味，不分解、不變質(zhì)、穩(wěn)定性好，對(duì)皮膚無(wú)刺激，并且有收 斂、消炎、防皺和保護(hù)等功能，因此納米氧化鋅添加到日用化工及醫(yī)藥產(chǎn)品中可以制備特種 功能的產(chǎn)品。化妝品中添加納米氧化鋅可以防曬；纖維中添加納米氧化鋅，可以防臭、抗菌、 抗紫外線；藥膏中添加氧化鋅，制成氧化鋅藥膏可以消炎、消毒。(2)吸波材料納米氧化鋅可以吸收各種波長(zhǎng)的光波，所以納米氧化鋅是制備吸波材料的原料之 一。添加納米氧化鋅的涂料可以作為飛機(jī)表面的裝飾涂料，使飛機(jī)能在很寬的頻帶范圍內(nèi) 逃避雷達(dá)波，成為隱形飛機(jī)，甚至于紅外隱身飛機(jī)。(3)催化劑和光催化劑納米氧化鋅表面易形成凸凹不平的原子臺(tái)階，加大接觸面，增加活性位，因此，納 米氧化鋅催化劑的催化活性和選擇性都極高，其催化速度是普通氧化鋅的100 1000倍。 同時(shí)納米氧化鋅(尤其是納米氧化鋅纖維)是一種重要的光催化劑，在光的照射下，它幾乎 不引起光的散射，是極有前景的光催化材料。(4)圖像記錄材料納米氧化鋅的形貌是最多的，并且不同形貌的納米氧化鋅具有不同的光導(dǎo)電性、 半導(dǎo)體性和導(dǎo)電性性質(zhì)。利用這種特性，納米氧化鋅成為圖像記錄材料的原料之一。另外 電子攝影、放電擊穿記錄紙、電熱記錄紙等也廣泛應(yīng)用納米氧化鋅。(5)橡膠工業(yè)納米氧化鋅具有粒徑小、比表面積大、分散性好、疏松多孔和流動(dòng)性好等特點(diǎn)，因 此它與橡膠的親和性好，熔煉時(shí)易分散，膠料生熱低，扯斷變形小，彈性好，可以明顯改善材 料工藝性能和物理性能，所以也被廣泛用于制造高速耐磨的橡膠制品，如飛機(jī)輪胎、高級(jí)轎 車用的子午線胎等。(6)涂料納米氧化鋅具有明顯的熒光性和吸收紫外光的功能，能使涂層具有屏蔽紫外線、 吸收紅外線及殺菌防霉作用。若納米氧化鋅與其他納米材料配合，可以在一定條件下發(fā)射 熒光，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的“顏色效應(yīng)”。
納米氧化鋅的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷開(kāi)發(fā)，納米氧化鋅的制備工藝，尤其是可以產(chǎn)業(yè) 化的生產(chǎn)工藝也成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)?？v觀國(guó)內(nèi)外各位學(xué)者研究、開(kāi)發(fā)的納米氧化 鋅的生產(chǎn)工藝，可以分為下面幾種(1)固相法張永康等以Na2(X)2和SiSO4 ·7Η20為原料，分別研磨，再混合研磨，進(jìn)行室溫固相反 應(yīng)，首先合成前軀體SiCO3,然后于200°C熱分解，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，過(guò)濾、干燥后 制得純凈的ZnO產(chǎn)品，粒徑介于6. 0 12. 7nm。也有人以草酸和醋酸鋅為原料，用室溫固相 反應(yīng)首先制備前驅(qū)物二水合草酸鋅，然后在微波場(chǎng)輻射分解得到納米氧化鋅，平均粒徑約 Snm0室溫固相反應(yīng)法，實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝流程短，操作方便，至今未見(jiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的報(bào)道。⑵氣相法氣相法又可分為氣體中蒸發(fā)法(電阻加熱法、高頻感應(yīng)加熱法、等離子體加熱法、 電子束加熱法和激光加熱法等)、化學(xué)氣相反應(yīng)法、化學(xué)氣相凝聚法和濺射法等。1)激光加熱氣相沉積法采用激光蒸發(fā)、凝聚技術(shù)，在極短時(shí)間內(nèi)使金屬產(chǎn)生高密度蒸氣，形成定向高速金 屬蒸氣流。然后用金屬蒸氣與氧氣反應(yīng)而制備出粒徑為10 20nm的&10。此種方法具有 能量轉(zhuǎn)換效率高、可精確控制的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高，產(chǎn)率低，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2)化學(xué)氣相氧化反應(yīng)法孫志剛等以氧氣為氧源，鋅粉為原料，在高溫(550°C )下以氮?dú)庾鬏d氣，進(jìn)行氧化 反應(yīng)。該法制得的納米氧化鋅，粒徑介于10 20nm，產(chǎn)品單分散性好，但產(chǎn)品純度低，有原 料金屬鋅粉殘存。(3)液相法1)直接沉淀法直接沉淀法是在包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑，于一定條件 下生成沉淀，經(jīng)過(guò)濾分離，洗去雜質(zhì)離子，沉淀經(jīng)熱分解得到納米氧化鋅。常用的沉淀劑為 氨水、碳酸銨和草酸銨。選用不同的沉淀劑，反應(yīng)機(jī)理不同，得到的沉淀產(chǎn)物不同，故熱分解 溫度不同。a)以氨水作沉淀劑Zn2++2NH3 · H2O = Zn (OH) 2+2NH4.Zn (OH) 2 = Ζη0+Η20b)以碳酸銨作沉淀劑 Zn2++ (NH4) 2C03 = ZnC03+2NH4+ZnCO3 = Zn0+C02直接沉淀法操作簡(jiǎn)便易行，對(duì)設(shè)備、技術(shù)要求不高，成本較低，但粒徑分布較寬，分 散性較差，洗除原溶液中的雜質(zhì)離子較困難。(2)均勻沉淀法均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子從溶液中緩慢均勻地釋放 出來(lái)。加入的沉淀劑不直接與被沉淀物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使沉淀劑在整個(gè)溶 液中均勻緩慢地析出。該法得到的粒子粒徑分布較狹窄，分散性好，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。常 用的沉淀劑有尿素和六亞甲基四胺。其反應(yīng)原理如下
a)以尿素作沉淀劑CO (NH2) 2+3H20 = C02+2NH3 · H2OZn2++2NH3 · H2O = Zn (OH) 2+2NH4.Zn (OH) 2 = Zn0+H20b)六亞甲基四胺作沉淀劑(CH2)6N4+IOH2O = 6HCH0+4NH3 · H2OZn2++2NH3 · H2O = Zn (OH) 2+2NH4.Zn (OH) 2 = Zn0+H20均勻沉淀法制備的納米粒子細(xì)小，而且分布均勻，分散性好，但反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，效率不高。(3)超重力法劉建偉等以氨氣和硝酸鋅為原料，在超重機(jī)中進(jìn)行逆流接觸，制備出晶粒均勻、細(xì) 微的納米粒子前驅(qū)體，然后再經(jīng)過(guò)濾、清洗、干燥、焙燒得到納米粒子。超重力反應(yīng)沉淀法具 有傳統(tǒng)直接沉淀法的優(yōu)點(diǎn)，并且在一定程度上克服了傳統(tǒng)直接沉淀法中微觀混合不均、前 驅(qū)體粒子不夠細(xì)化、粒度分布不均等缺點(diǎn)。由于超重力技術(shù)強(qiáng)化了傳質(zhì)-反應(yīng)過(guò)程，因此生 產(chǎn)能力大，易于工業(yè)放大。(4)水熱合成法水熱合成法是利用高壓反應(yīng)器，使鋅鹽與沉淀劑反應(yīng)生成前驅(qū)體，以及前驅(qū)體脫 水生成ZnO晶粒，其關(guān)鍵就是在高溫高壓下使生成前驅(qū)體與前驅(qū)體脫水分解兩個(gè)過(guò)程同時(shí) 完成。李汶軍等采用不同的鋅鹽溶液和堿(NH3 · H2O, Κ0Η)，在較高反應(yīng)溫度下)制 得了呈六方晶型的納米&ι0。水熱法制備的納米氧化鋅顆粒結(jié)晶完好，且工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需高溫焙燒。但是粒 子的粒徑較大，分布寬，易團(tuán)聚，又容易引入雜質(zhì)。由于反應(yīng)要求較高的溫度和壓力，故對(duì)設(shè) 備要求苛刻，而且生成周期長(zhǎng)，連續(xù)性差。(5)沉淀轉(zhuǎn)化法晉傳貴等在前驅(qū)體合成階段，向硫酸鋅溶液中加入適量NaOH溶液，然后再加入 NH4HCO3,其目的在于控制液相中游離Si2+濃度最低。通過(guò)沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使其成核速度大于 晶體生長(zhǎng)速度。再采用先焙燒、后洗滌的方法，可得粒徑為10 20nm的&ι0。此法對(duì)合成 設(shè)備要求不高，成本也較低，工業(yè)前景看好。(6)溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法是將金屬鋅鹽或無(wú)機(jī)鹽溶于水或有機(jī)溶劑，在低溫下通過(guò)水解、聚 合等化學(xué)反應(yīng)，形成含納米粒子的溶膠，再轉(zhuǎn)化為具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠。然后經(jīng)過(guò)適 當(dāng)熱處理或減壓干燥，制備出相應(yīng)的粉末的方法。E. A. Meulenkamp用此法制備了粒徑小于 IOnm的ZnO納米粒子。此法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程易控制，處理溫度低，粒徑分布窄，純度高，納 米顆粒分散均勻。但成本昂貴，周期長(zhǎng)，產(chǎn)量小，熱處理時(shí)易團(tuán)聚，且污染環(huán)境，難以實(shí)現(xiàn)大 規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。(7)其他方法其他還有水解法、超聲輻射沉淀法、微波輻射法、氧化熱爆分解法和沉淀-分散等 生產(chǎn)方法。
各個(gè)納米氧化鋅的生產(chǎn)工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，并可以產(chǎn)業(yè)化的程度也不同?？偟膩?lái)講， 上述納米氧化鋅制備工藝，在納米氧化鋅的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中仍然存在質(zhì)量不穩(wěn)定、易團(tuán)聚等 問(wèn)題

發(fā)明內(nèi)容
鑒于納米氧化鋅產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題，本發(fā)明吸收了溶膠-凝膠法、沉淀法等方法的優(yōu)點(diǎn)， 創(chuàng)新出一套化學(xué)晶種氣相急冷均勻沉淀新工藝。該工藝生產(chǎn)的納米氧化鋅，具有質(zhì)量穩(wěn)定、 晶型可控、分散性強(qiáng)、無(wú)團(tuán)聚、粒徑分布窄、收率較高等優(yōu)點(diǎn)，并且與傳統(tǒng)的制備納米氧化鋅 工藝相比較可節(jié)能50%。本發(fā)明提供一種制備納米氧化鋅的反應(yīng)裝置，所述裝置包括依次用管道連通的第 一電弧高溫爐、第二電弧高溫爐、反應(yīng)器、轉(zhuǎn)筒式極冷器與收集器；所述第一電弧高溫爐、第 二電弧高溫爐、反應(yīng)器、轉(zhuǎn)筒式極冷器與收集器各自與管道氣密封連接；所述第一電弧高溫 爐內(nèi)腔底部設(shè)有第一坩堝，所述的第一電弧高溫爐內(nèi)腔底部設(shè)有與外界相通的帶有控制閥 的進(jìn)氣通道，所述第二電弧高溫爐內(nèi)腔底部設(shè)有第二坩堝，所述的第一坩堝與第二坩堝之 間設(shè)有帶閥門(mén)的通道，所述反應(yīng)器設(shè)有帶有控制閥的充氣口，所述的收集器設(shè)于轉(zhuǎn)筒式極 冷器下方，收集器與真空泵連接。進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)筒式極冷器內(nèi)腔設(shè)有可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒外壁設(shè)有與外壁相切的 刮刀，所述轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈有冷卻介質(zhì)。更進(jìn)一步，所述的冷卻介質(zhì)優(yōu)選為液氮。本發(fā)明還提供利用如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)裝置制備納米氧化鋅的方法，其所述 方法為將鋅錠置于第一坩堝中，打開(kāi)第一坩堝與第二坩堝之間的閥門(mén)，反應(yīng)裝置抽真空后 依次從進(jìn)氣通道充入氮?dú)狻鍤?，在氬氣保護(hù)下第一坩堝加熱至400 60(TC，鋅錠熔化后 熔化物流入第二坩堝，加熱至600 80(TC，得到鋅蒸氣，鋅蒸氣以氬氣為載氣充入反應(yīng)器 中，并從反應(yīng)器充氣口充入高純氧氣，反應(yīng)器加熱至700 900°C進(jìn)行反應(yīng)，所述的氬氣與 高純氧氣的體積流量比為20 30 100，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)得到納米氧化鋅前驅(qū)體，所述的納 米氧化鋅前驅(qū)體進(jìn)入所述的轉(zhuǎn)筒式極冷器中冷卻，在轉(zhuǎn)筒式極冷器下方的收集器中收集得 到的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)濾、干燥得到納米氧化鋅。所述極冷器的轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈的冷卻介質(zhì)優(yōu)選為液氮。所述的方法中，所述收集器中裝有分散劑的水溶液，所述分散劑為十二烷基苯磺 酸鈉、十二烷基硫酸鈉、0P-10 (壬基酚與環(huán)氧乙烷的縮合物)、AES (脂肪族聚氧乙烯醚硫酸 鈉)、司盤(pán)-60 (失水山梨醇脂肪酸酯)中的一種或兩種以上的混合，所述分散劑的水溶液中 分散劑的質(zhì)量百分分?jǐn)?shù)為2 5%。更進(jìn)一步，所述反應(yīng)時(shí)可以向反應(yīng)器中投入納米氧化鋅晶種，引導(dǎo)納米氧化鋅前 驅(qū)體的生長(zhǎng)。本發(fā)明所述的反應(yīng)裝置抽真空，通常抽真空至真空度在100 200Pa，優(yōu)選真空度 150Pao本發(fā)明方法中，所述的氬氣與高純氧氣的體積流量比為20 30 100，優(yōu)選 25 100。本發(fā)明方法中，所述第一坩堝的加熱溫度為400 600°C，優(yōu)選550°C。
本發(fā)明方法中，所述的反應(yīng)器的溫度控制在700 900°C，優(yōu)選750°C。本發(fā)明方法中，納米氧化鋅在進(jìn)入轉(zhuǎn)筒式極冷器中，被轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈的冷卻介質(zhì)冷 卻后，在轉(zhuǎn)筒外壁上生長(zhǎng)，并通過(guò)與外壁相切的刮刀不斷地刮除，然后進(jìn)入下方裝有分散劑 的收集器中。分散劑是特種表面活性劑，該表面活性劑對(duì)納米氧化鋅表面處理，使得納米氧 化鋅表面張力降低，從而解決了納米氧化鋅的團(tuán)聚問(wèn)題。本發(fā)明方法還可以通過(guò)投入不同形態(tài)的晶種來(lái)控制納米氧化鋅的前驅(qū)體，進(jìn)而控 制納米氧化鋅的形態(tài)，因此可以滿足對(duì)不同形態(tài)納米氧化鋅的需求。本發(fā)明可通過(guò)極冷步驟控制氧化鋅晶粒徑，轉(zhuǎn)筒上面的刮刀可以提供一個(gè)干凈的 金屬表面來(lái)進(jìn)行連續(xù)的收集操作，表面處理的溶液可以解決團(tuán)聚問(wèn)題。本發(fā)明不僅可以合 成粒徑小、分布窄、無(wú)團(tuán)聚的多種納米氧化鋅顆粒，而且采用均勻沉淀法法制備出具有清潔 界面的納米氧化鋅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在(1)節(jié)能工藝本發(fā)明生產(chǎn)納米氧化鋅的工藝是節(jié)能的，由于以電能為鋅熔化熱源，能量損失較 少，所以本工藝與傳統(tǒng)工藝相比，節(jié)約能源50%，從而降低了氧化鋅的生產(chǎn)成本，符合節(jié)能 的發(fā)展趨勢(shì)。(2)清潔工藝本發(fā)明采用電能為鋅錠熔化的能源，高頻感應(yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤或天然氣，所以氧化 鋅的生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)變成清潔生產(chǎn)工藝，整個(gè)生產(chǎn)密封進(jìn)行，沒(méi)有三廢排除，滿足綠色化學(xué)的要 求。(3)工藝先進(jìn)本發(fā)明生產(chǎn)納米氧化鋅技術(shù)可以通過(guò)添加晶種控制納米氧化鋅的形態(tài)，以滿足對(duì) 不同形態(tài)納米氧化鋅的需求。利用裝有特殊分散劑的收集裝置收集新生成的納米氧化鋅， 解決了納米氧化鋅的團(tuán)聚問(wèn)題，從而使氧化鋅的工業(yè)化生產(chǎn)成為可能。
四

圖1本發(fā)明反應(yīng)裝置圖
五具體實(shí)施例方式下面以具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此實(shí)施例1結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明反應(yīng)裝置進(jìn)行說(shuō)明，所述裝置包括依次用管道連通的第一電 弧高溫爐3、第二電弧高溫爐4、反應(yīng)器5、轉(zhuǎn)筒式極冷器6與收集器7，第一電弧高溫爐3、第 二電弧高溫爐4、反應(yīng)器5、轉(zhuǎn)筒式極冷器6與收集器7各自與管道氣密封連接；所述第一電 弧高溫爐3的內(nèi)腔底部設(shè)有第一坩堝9，所述的第一電弧高溫爐3的內(nèi)腔底部設(shè)有與外界相 通的帶有控制閥的進(jìn)氣通道11、12，所述第二電弧高溫爐4的內(nèi)腔底部設(shè)有第二坩堝10，所 述的第一坩堝9與第二坩堝10之間設(shè)有帶閥門(mén)的通道13，所述反應(yīng)器5設(shè)有帶有控制閥的 充氣口 14，所述的收集器7設(shè)于轉(zhuǎn)筒式極冷器6的下方，收集器7與真空泵15連接。轉(zhuǎn)筒 式極冷器6的內(nèi)腔設(shè)有可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒16，轉(zhuǎn)筒16的外壁設(shè)有與外壁相切的刮刀17，轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈有冷卻介質(zhì)液氮。向轉(zhuǎn)筒式極冷器的轉(zhuǎn)筒中充入液氮，并啟動(dòng)極冷器，轉(zhuǎn)速為200r/min。23kg重 量鋅錠置于第一坩堝，打開(kāi)第一坩堝與第二坩堝之間的閥門(mén)。裝置抽真空，使其真空度為 lOOPa，然后依次充入氮?dú)?、氬氣，在氬氣保護(hù)下第一坩堝加熱至40(TC，鋅錠熔化后熔化物 流入第二坩堝，加熱至600°C，得到鋅蒸氣，鋅蒸氣以氬氣為載氣充入反應(yīng)器中，并從反應(yīng)器 充氣口充入高純氧氣，加熱反應(yīng)器至溫度為800°C。氬氣的體積流量為20升/小時(shí)，高純氧 氣的體積流量為100升/小時(shí)，氬氣與高純氧氣的體積流量比為20 100，，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng) 生成納米氧化鋅前驅(qū)體，納米氧化鋅前驅(qū)體進(jìn)入轉(zhuǎn)筒式極冷器中，被轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈的冷卻介 質(zhì)冷卻后，在轉(zhuǎn)筒外壁上生長(zhǎng)，并通過(guò)與外壁相切的刮刀不斷地刮除，進(jìn)入下方裝有分散劑 的收集器中。收集器中裝有3wt%的十二烷基硫酸鈉水溶液，將產(chǎn)品過(guò)濾，110°C干燥，得到 納米氧化鋅成品。納米氧化鋅產(chǎn)品激光粒度儀檢測(cè)粒徑80 100nm(棒狀)(馬爾文激光 粒度儀 Mastersizer2000)。實(shí)施例2向轉(zhuǎn)筒式極冷器的轉(zhuǎn)筒中充入液氮，并啟動(dòng)極冷器，轉(zhuǎn)速為250r/min。23kg重 量鋅錠置于第一坩堝，打開(kāi)第一坩堝與第二坩堝之間的閥門(mén)。裝置抽真空，使其真空度為 150Pa，然后依次充入氮?dú)?、氬氣，在氬氣保護(hù)下第一坩堝加熱至60(TC，鋅錠熔化后熔化物 流入第二坩堝，加熱至700°C，得到鋅蒸氣，鋅蒸氣以氬氣為載氣充入反應(yīng)器中，并從反應(yīng)器 充氣口充入高純氧氣，加熱反應(yīng)器至溫度為900°C。氬氣的體積流量為27升/小時(shí)，高純氧 氣的體積流量為100升/小時(shí)，氬氣與高純氧氣的體積流量比為27 100，向反應(yīng)器內(nèi)投入 納米SiO2棒形晶種500g，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成納米氧化鋅前驅(qū)體，納米氧化鋅前驅(qū)體進(jìn)入轉(zhuǎn) 筒式極冷器中，被轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈的冷卻介質(zhì)冷卻后，在轉(zhuǎn)筒外壁上生長(zhǎng)，并通過(guò)與外壁相切的 刮刀不斷地刮除，進(jìn)入下方裝有分散劑的收集器中。收集器中裝有3%的0P-10壬基酚與環(huán) 氧乙烷的縮合物水溶液，將產(chǎn)品過(guò)濾，110°C干燥，得到納米氧化鋅成品。納米氧化鋅產(chǎn)品激 光粒度儀檢測(cè)粒徑80 120nm(棒狀)(馬爾文激光粒度儀MastersizerfOOO)。實(shí)施例3向轉(zhuǎn)筒式極冷器的轉(zhuǎn)筒中充入液氮，并啟動(dòng)極冷器，轉(zhuǎn)速為175r/min。23kg重 量鋅錠置于第一坩堝，打開(kāi)第一坩堝與第二坩堝之間的閥門(mén)。裝置抽真空，使其真空度為 200Pa，然后依次充入氮?dú)?、氬氣，在氬氣保護(hù)下第一坩堝加熱至60(TC，鋅錠熔化后熔化物 流入第二坩堝，加熱至800°C，得到鋅蒸氣，鋅蒸氣以氬氣為載氣充入反應(yīng)器中，并從反應(yīng)器 充氣口充入高純氧氣，加熱反應(yīng)器至溫度為900°C。氬氣的體積流量為30升/小時(shí)，高純氧 氣的體積流量為100升/小時(shí)，氬氣與高純氧氣的體積流量比為30 100，向反應(yīng)器內(nèi)投入 納米^1 棒形晶種500g，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成納米氧化鋅前驅(qū)體，納米氧化鋅前驅(qū)體進(jìn)入轉(zhuǎn) 筒式極冷器中，被轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈的冷卻介質(zhì)冷卻后，在轉(zhuǎn)筒外壁上生長(zhǎng)，并通過(guò)與外壁相切的 刮刀不斷地刮除，進(jìn)入下方裝有分散劑的收集器中。收集器中裝有3%的十二烷基苯磺酸鈉 水溶液，將產(chǎn)品過(guò)濾，110°C干燥，得到納米氧化鋅成品。納米氧化鋅產(chǎn)品激光粒度儀檢測(cè)粒 徑80 120nm(棒狀)(馬爾文激光粒度儀Mastersizer2000)。實(shí)施例4向轉(zhuǎn)筒式極冷器的轉(zhuǎn)筒中充入液氮，并啟動(dòng)極冷器，轉(zhuǎn)速為lOOr/min。23kg重 量鋅錠置于第一坩堝，打開(kāi)第一坩堝與第二坩堝之間的閥門(mén)。裝置抽真空，使其真空度為130Pa，然后依次充入氮?dú)?、氬氣，在氬氣保護(hù)下第一坩堝加熱至40(TC，鋅錠熔化后熔化物 流入第二坩堝，加熱至600°C，得到鋅蒸氣，鋅蒸氣以氬氣為載氣充入反應(yīng)器中，并從反應(yīng)器 充氣口充入高純氧氣，加熱反應(yīng)器至溫度為750°C。氬氣的體積流量為23升/小時(shí)，高純氧 氣的體積流量為100升/小時(shí)，氬氣與高純氧氣的體積流量比為23 100，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生 成納米氧化鋅前驅(qū)體，納米氧化鋅前驅(qū)體進(jìn)入轉(zhuǎn)筒式極冷器中，被轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈的冷卻介質(zhì) 冷卻后，在轉(zhuǎn)筒外壁上生長(zhǎng)，并通過(guò)與外壁相切的刮刀不斷地刮除，進(jìn)入下方裝有分散劑的 收集器中。收集器中裝有3%的AES(脂肪族聚氧乙烯醚硫酸鹽)水溶液，將產(chǎn)品過(guò)濾，110°C 干燥，得到納米氧化鋅成品。納米氧化鋅產(chǎn)品激光粒度儀檢測(cè)粒徑80 120nm(棒狀)(馬 爾文激光粒度儀Mastersizer2000)。實(shí)施例5向轉(zhuǎn)筒式極冷器的轉(zhuǎn)筒中充入液氮，并啟動(dòng)極冷器，轉(zhuǎn)速為200r/min。23kg重 量鋅錠置于第一坩堝，打開(kāi)第一坩堝與第二坩堝之間的閥門(mén)。裝置抽真空，使其真空度為 150Pa，然后依次充入氮?dú)?、氬氣，在氬氣保護(hù)下第一坩堝加熱至420°C，鋅錠熔化后熔化物 流入第二坩堝，加熱至650°C，得到鋅蒸氣，鋅蒸氣以氬氣為載氣充入反應(yīng)器中，并從反應(yīng)器 充氣口充入高純氧氣，加熱反應(yīng)器至溫度為750°C。氬氣的體積流量為M升/小時(shí)，高純氧 氣的體積流量為100升/小時(shí)，氬氣與高純氧氣的體積流量比為M 100，向反應(yīng)器內(nèi)投入 納米SiO2棒形晶種500g，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成納米氧化鋅前驅(qū)體，納米氧化鋅前驅(qū)體進(jìn)入轉(zhuǎn) 筒式極冷器中，被轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈的冷卻介質(zhì)冷卻后，在轉(zhuǎn)筒外壁上生長(zhǎng)，并通過(guò)與外壁相切的 刮刀不斷地刮除，進(jìn)入下方裝有分散劑的收集器中。收集器中裝有3%的司盤(pán)-60(失水山 梨醇脂肪酸酯)水溶液，將產(chǎn)品過(guò)濾，110°C干燥，得到納米氧化鋅成品。納米氧化鋅產(chǎn)品激 光粒度儀檢測(cè)粒徑80 120nm(棒狀)(馬爾文激光粒度儀MastersizerfOOO)。
權(quán)利要求
1.一種制備納米氧化鋅的反應(yīng)裝置，其特征在于所述裝置包括依次用管道連通的第一 電弧高溫爐、第二電弧高溫爐、反應(yīng)器、轉(zhuǎn)筒式極冷器與收集器；所述第一電弧高溫爐、第二 電弧高溫爐、反應(yīng)器、轉(zhuǎn)筒式極冷器與收集器各自與管道氣密封連接；所述第一電弧高溫爐 內(nèi)腔底部設(shè)有第一坩堝，所述的第一電弧高溫爐內(nèi)腔底部設(shè)有與外界相通的帶有控制閥的 進(jìn)氣通道，所述第二電弧高溫爐內(nèi)腔底部設(shè)有第二坩堝，所述的第一坩堝與第二坩堝之間 設(shè)有帶閥門(mén)的通道，所述反應(yīng)器設(shè)有帶有控制閥的充氣口，所述的收集器設(shè)于轉(zhuǎn)筒式極冷 器下方，收集器與真空泵連接。
2.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)筒式極冷器內(nèi)腔設(shè)有可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn) 筒，轉(zhuǎn)筒外壁設(shè)有與外壁相切的刮刀，所述轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈有冷卻介質(zhì)。
3.如權(quán)利要求6所述的反應(yīng)裝置，其特征在于所述的冷卻介質(zhì)為液氮。
4.一種用如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)裝置制備納米氧化鋅的方法，其特征在于所述方法 為將鋅錠置于第一坩堝中，打開(kāi)第一坩堝與第二坩堝之間的閥門(mén)，反應(yīng)裝置抽真空后依次 從進(jìn)氣通道充入氮?dú)?、氬氣，在氬氣保護(hù)下第一坩堝加熱至400 60(TC，鋅錠熔化后熔化 物流入第二坩堝，加熱至600 800°C，得到鋅蒸氣，鋅蒸氣以氬氣為載氣充入反應(yīng)器中，并 從反應(yīng)器充氣口充入高純氧氣，反應(yīng)器加熱至700 900°C進(jìn)行反應(yīng)，所述的氬氣與高純氧 氣的體積流量比為20 30 100，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)得到納米氧化鋅前驅(qū)體，所述的納米氧化 鋅前驅(qū)體進(jìn)入所述的轉(zhuǎn)筒式極冷器中冷卻，在轉(zhuǎn)筒式極冷器下方的收集器中收集得到的產(chǎn) 品，經(jīng)過(guò)濾、干燥得到納米氧化鋅。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述極冷器的轉(zhuǎn)筒內(nèi)充盈的冷卻介質(zhì)為液氮。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述收集器中裝有分散劑的水溶液，所述分 散劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、0P-10、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸鈉、司盤(pán)-60中 的一種或兩種以上的混合，所述分散劑的水溶液中分散劑的質(zhì)量百分分?jǐn)?shù)為2 5%。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述反應(yīng)時(shí)向反應(yīng)器中投入納米氧化鋅晶 種，引導(dǎo)納米氧化鋅前驅(qū)體的生長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備納米氧化鋅的反應(yīng)裝置，所述裝置包括依次用管道連通的第一電弧高溫爐、第二電弧高溫爐、反應(yīng)器、轉(zhuǎn)筒式極冷器與收集器。并公開(kāi)了利用所述的反應(yīng)裝置制備納米氧化鋅的方法。本發(fā)明生產(chǎn)納米氧化鋅的工藝是節(jié)能的，由于以電能為鋅熔化熱源，能量損失較少，所以本工藝與傳統(tǒng)工藝相比，節(jié)約能源50％，從而降低了氧化鋅的生產(chǎn)成本，而且采用電能為鋅錠熔化的能源，高頻感應(yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤或天然氣，所以氧化鋅的生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)變成清潔生產(chǎn)工藝，整個(gè)生產(chǎn)密封進(jìn)行，沒(méi)有三廢排除，滿足綠色化學(xué)的要求。
文檔編號(hào)C01G9/03GK102139911SQ20111007847
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者池仁鋒 申請(qǐng)人:瑞安市順豐塑料助劑有限公司