一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化工領(lǐng)域的制備工藝，特別是涉及一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅晶須具有優(yōu)良的光電、光敏、壓電、壓敏等方面的性能，可以賦予復(fù)合材料某些特別的物理性能以滿足特殊的要求，因而被廣泛應(yīng)用于各種功能材料。例如:可以用作高分子材料抗靜電劑、耐磨防滑材料、微波吸收材料、減振降噪材料、陶瓷增韌材料、復(fù)合增強(qiáng)材料抗菌防藻復(fù)合材料、甲醛及多種有機(jī)物分解材料等。
[0003]關(guān)于四針狀氧化鋅晶須的制備方法，國內(nèi)外已經(jīng)有不少的文獻(xiàn)和專利報(bào)道，其實(shí)質(zhì)都是通過控制反應(yīng)體系的氧化氣氛和氧化速率進(jìn)行制備，但其合成工藝卻各不相同，主要分為以下幾類:預(yù)氧化法、直接氧化法、催化劑氧化法、輔助手段氧化法和液相氧化法。氧化鋅晶須的制備方法主要采用氣相反應(yīng)法。目前主要有兩種方法:一種是將表面覆蓋有氧化膜的鋅粉在含氧氣氛中直接加熱氣化獲得氧化鋅晶須;另一種是將鋅粉在惰性氣體中加熱到沸點(diǎn)后，再將鋅蒸汽與含氧氣體接觸得到氧化鋅晶須。由于第二種需要惰性氣體的參與增加了成本所以以工業(yè)化的角度來考慮第一種氣相反應(yīng)法較合適。直接用覆蓋有氧化膜的鋅粉傳統(tǒng)的制備方法是2110^1^03丄&(0!02、3丨02、(:按0.5g:0.lg: 2.5g: 1.0g: 1.5g的質(zhì)量比例混合在坩禍中直接在馬弗爐中高溫煅燒即可得氧化鋅晶須，但是產(chǎn)率不高，成分復(fù)雜，添加劑量太多。從效果、產(chǎn)率等方面最好的制備方法是Zn0、Pb02、Ca(0H)2、Si02、C按0.5g:
0.2g: 2.5g: 1.0g: 1.0g比例混合在馬弗爐中煅燒制備晶須，但是要想工業(yè)化生產(chǎn)也不合適，因?yàn)槠渲械腜bO2高溫會(huì)揮發(fā)出有毒氣體，有害健康污染環(huán)境。
[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有的氧化鋅制備方法存在的缺陷或不足，本發(fā)明人基于從事此類研究多年積累的豐富經(jīng)驗(yàn)積極加以研究和創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出一種新的氧化鋅晶須的制備方法，即一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:替代現(xiàn)有氣相氧化法制備方法中PbO2助劑；以氧化鋅粉末為原料克服現(xiàn)有技術(shù)中所需的對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理的復(fù)雜程序;制備出同時(shí)具有晶須品質(zhì)高、性能好、顏色白、針狀體長度20mm左右的大尺寸氧化鋅晶須;提供一種制備方法簡單，反應(yīng)條件溫和，利于工業(yè)化生產(chǎn)、綠色無污染、同時(shí)提高了工業(yè)鋅渣附加值的大尺寸氧化鋅晶須的方法。
[0006]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法，包括以下步驟:
[0007]a)稱取1.0?5.0g粒度為5?200目鈦酸鉀鹽顆粒均勻鋪撒于坩禍底部；
[0008]b)稱取0.1?2.0g ZnO與Na2B4O9.H2O或者H3BO3的混料均勻鋪撒于鈦酸鉀鹽顆粒之上:
[0009]c)在所有物料的的最上層均勻鋪撒一層約0.1?2.0g的C粉；
[0010]d)將上述配料裝在10?10ml的坩禍中，置于箱式電阻爐中加熱到800?1100°C的溫度，恒溫0.5?3.5h，反應(yīng)完畢后，冷卻到室溫，即可得大尺寸的白色針狀體ZnO晶須。
[0011]所述步驟a)所用鈦酸鉀鹽是包括K20.nTi02(n = I?8)的各種鈦酸鉀鹽的混料，使用量為2.5?3.5g。
[0012]所述步驟a)的鈦酸鉀鹽最佳粒度為10?30目。
[0013]所述步驟b)稱取的混料最佳用量為0.3?1.5g。
[0014]所述步驟b)的ZnO與Na2B4O9.H2O或者H3BO3的混合比例范圍1:O?1:1之間。
[0015]所述步驟c)中C粉的最佳用量為0.3?1.5g。
[0016]所述步驟d)的加熱溫度為850?950°C，恒溫時(shí)間為I?3h。
[0017]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):鈦酸鉀鹽一定程度上替代了PbO2助劑，避免了在工藝生產(chǎn)過程中有毒氣體的危害，該方法晶須的產(chǎn)率與含PbO2的配料所得晶須產(chǎn)率相比旗鼓相當(dāng)甚至更好，同時(shí)鈦酸鉀鹽可以多次重復(fù)利用實(shí)現(xiàn)資源的高效利用；直接利用氧化鋅粉末或者含鋅廢料省去了復(fù)雜的鋅原料需預(yù)處理的復(fù)雜程序;所得產(chǎn)物尺寸為20mm左右、品質(zhì)尚、顏色白、廣率尚的針狀體ZnO晶須。
【附圖說明】
[0018]圖1:是本發(fā)明實(shí)施例一制備的氧化鋅晶須的XRD圖。
[0019]圖2:是本發(fā)明實(shí)施例一制備的氧化鋅晶須照片。
[0020]圖3:是本發(fā)明實(shí)施例一制備的氧化鋅晶須超景深顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 實(shí)施例一
[0022]稱取2.5g顆粒大小為30目的K2Ti4O9，鋪于25mL的坩禍底部，然后稱取0.5g ZnO與Na2B4O9.H2O以10:1比例均勻混合的配料，均勻鋪撒于K2Ti4O9顆粒之上，再稱取0.7g C粉均勻鋪撒于上述混料之上。將坩禍蓋子蓋上放置于箱式電阻爐內(nèi)設(shè)定溫度950°C保溫lh。即可得白色疏松狀、產(chǎn)量約0.30g、針狀體長度約8?25mm的ZnO晶須。
[0023]實(shí)施例二
[0024]稱取3.0g顆粒大小為20目的K2Ti4O9，鋪于30mL的坩禍底部，然后稱取0.5g ZnO與H3BO3以9:1比例均勻混合的配料，均勻鋪撒于K2Ti4O9顆粒之上，再稱取0.6g C粉均勻鋪撒于上述混料之上。將坩禍蓋子蓋上放置于箱式電阻爐內(nèi)設(shè)定溫度900°C保溫1.5h。即可得白色疏松狀、產(chǎn)量約0.35g、針狀體長度約10?25mm的ZnO晶須。
[0025]實(shí)施例三
[0026]稱取3.5g顆粒大小為16目的K2Ti4O9,鋪于25mL的坩禍底部，然后稱取0.5g ZnO與H3BO3以8:1比例均勻混合的配料，均勻鋪撒于K2Ti4O9顆粒之上，再稱取0.5g C粉均勻鋪撒于上述混料之上。將坩禍蓋子蓋上放置于箱式電阻爐內(nèi)設(shè)定溫度900°C保溫2h。即可得白色疏松狀、產(chǎn)量約0.36g、針狀體長度約15?30mm的ZnO晶須。
[0027]綜上所述，本發(fā)明提供一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法，高效利用碳熱還原反應(yīng)和鈦酸鉀鹽分解反應(yīng)控制反應(yīng)氣氛，可以通過控制反應(yīng)參數(shù)如改變反應(yīng)時(shí)間，碳含量及鈦酸鉀鹽的成分含量來實(shí)現(xiàn)控制氧化鋅晶須的形貌，且用途廣泛、成本低、無污染、工藝簡單同時(shí)鈦酸鉀鹽可多次重復(fù)利用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法，其特征在于包括以下步驟: a)稱取1.0?5.0g粒度為5?200目鈦酸鉀鹽顆粒均勻鋪撒于坩禍底部； b)稱取0.1?2.0g ZnO與Na2B4O9.H2O或者H3BO3的混料均勻鋪撒于鈦酸鉀鹽顆粒之上； c)在所有物料的的最上層均勻鋪撒一層約0.1?2.0g的C粉； d)將上述配料裝在10?10ml的坩禍中，置于箱式電阻爐加熱到800?1100°C的溫度，恒溫0.5?3.5h，反應(yīng)完畢后，冷卻到室溫，即可得大尺寸的ZnO晶須。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法，其特征在于，所述步驟a)所用鈦酸鉀鹽是包括K20.nT i O2 (η = I?8)的各種鈦酸鉀鹽的混料，使用量為2.5?3.5g。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法，其特征在于，所述步驟a)的鈦酸鉀鹽最佳粒度為10?30目。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法，其特征在于，所述步驟b)稱取的混料最佳用量為0.3?1.5g。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法，其特征在于，所述步驟b)的ZnO與Na2B4O9.H2O或者H3BO3的混合比例范圍1: O?1:1之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法，其特征在于，所述步驟c)中C粉的最佳用量為0.3?1.5g。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法，其特征在于，所述步驟d)的加熱溫度為850?950°C，恒溫時(shí)間為I?3h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種不采用氧化鉛助劑的氧化鋅晶須制備方法。首先稱取一定質(zhì)量5～200目鈦酸鉀鹽均勻鋪撒于坩堝底部，再均勻鋪撒0.1～2.0g？ZnO與Na2B4O9·10H2O或者H3BO3的混料，最后平鋪一層約0.1～2.0g的C粉，將裝有上述配料10～100mL的坩堝置于箱式電阻爐中加熱到800～1100℃，恒溫反應(yīng)一定時(shí)間后，冷卻到室溫，即可得大尺寸的ZnO晶須。該方法采用鈦酸鉀鹽替代了PbO2助劑避免了有毒氣體的產(chǎn)生且可重復(fù)利用；所得白色ZnO晶須針體尺寸可達(dá)20mm以上同時(shí)具有優(yōu)異的理化性能；原料ZnO粉末無需預(yù)處理，所制備的ZnO晶須可用于抗靜電材料，耐磨防滑材料，隔音材料等領(lǐng)域。
【IPC分類】C30B29/62, C30B29/16, C30B1/10
【公開號(hào)】CN105543962
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511004784
【發(fā)明人】商少明, 侯華, 許虎君, 高海燕, 陳秀英, 沈潔, 顧丹
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日