[发明专利]一种以锌粉为前驱物制备纯ZnO纳米粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以锌粉为前驱物制备纯ZnO纳米粉体的方法。

背景技术

随着全球经济和人口的快速增长，环境污染与破环已经成为全球人们共同关注的中心热点问题。众所周知，从化工厂排放出的废水中含有大量的高毒性、致癌性、难降解性的有机污染物(J.Chem.Technol.Biotechnol.2011，86，1130.)。因此，如何去降解这些有害物质越来越成为人们不得不去面对的现实。毋庸置疑，利用太阳光去处理此类废水是一个最佳的选择。因为太阳光是不竭的免费能源。但是，在长时间太阳光的照射下，大多数有机高分子不能有效地被降解为无毒的小分子(Chem.Rev.2007，107，2891.)。故发展能在太阳光下直接降解有机污染物的光催化剂就成为人们应对此问题的理想途径。自1972年人们首次发现在紫外光照射下，氧化钛电极能使水快速分解以来，氧化钛就成为人们在使用光催化降解处理有机污染废水中最为关注的物质(Nature 1972，238，37；J.Am.Chem.Soc.，2011，133，16414.)。尤其是在最近20年，人们投入极大的精力去合成和改性氧化钛，并在光催化降解有机废物方面取得很大的进步。Degussa P25是目前唯一一个被最为广泛应用的商业氧化钛产品，甚至在世界各国的实验室都以之为光催化剂性能高低的参照物(J.Hazard.Mater.2006，133，226.)。氧化锌与氧化钛具有相似的带隙，但人们对氧化锌在光催化降解有机分子方面的关注程度远远要低于氧化钛。然而氧化锌具有氧化钛所没有的很多优点，如它可吸收更宽波段的太阳光，且制备成本低廉，自身密度大而易沉降，便于回收利用(Sep.Purif.Technol.2007，58，91.)。气相合成对于在基片上微量沉积多种氧化锌纳米材料具有很大优势，但不适于规模化合成氧化锌纳米粉体材料(J.Phys.Chem.C 2009，113，19845)；相比较，湿化学路线以其操作简单、成本低廉、成品率高、可规模化生产等优点而受到人们的青睐(J.Am.Chem.Soc.2009，131，9405；Chem.Mater.2009，21，2875.)。目前，人们主要是以锌基化合物，如硝酸锌、有机锌，通过湿化学途径来合成氧化锌纳米粉体材料，但这不仅导致操作过程复杂、产物价格昂贵，而且容易给产物带来新的杂质，对氧化锌的本征性能造成不可避免的干扰，从而影响对它的光催化性能研究(J.Hazard.Mater.2010，179，438；Adv.Powder Technology 2011，22，493；Mater.Lett.2012，70，94；J.Phys.Chem.C 2008，112，8850；J.Phys.Chem.C 2011，115，11095；Langmuir2009，25，1218.)。人们通过锌基化合物合成制得的氧化锌纳米材料，在室温下的光致发光表现各异，经紫外可见吸收测量计算得到的直接带隙也是各不相同，这些现象一般都被归结为氧空位或锌空位或材料的某一特殊形貌。如果合成氧化锌材料的前驱物含有其它杂质元素，如氮、碳、氯等，这些客体元素也将不可避免地污染目标产物。这些意想不到的掺杂将对产物性能造成影响从而干扰人们对其本征性能研究。

所以制备纯氧化锌产品的理想途径应该是在氧气里面直接氧化金属锌，因不含外来元素成分，只要金属锌的成分足够纯，那么制得的氧化锌为高纯材料。然而金属锌的熔点很低，只有420℃。因而当加热温度高于其熔点时，粉体金属锌会融化成大液滴以最大限度减小自身的表面能，甚至即使在700℃的高温下，也很难把金属锌粉末完全氧化成氧化物，最后只能得到烧结的锌块与表面少量氧化的氧化锌(如示意图1所示)；另一方面，当温度高于900℃时候，虽然大部分金属锌能够被氧化成氧化锌(其中还包存圆珠状锌粒)，但由于此时接近金属锌的沸点，而使得反应难以控制，这不仅致使收集产物难，而且导致产物的产率降低。

发明内容

本发明目的是提供一种新以锌粉为前驱物制备纯ZnO纳米粉体的方法。该ZnO纳米粉体具有较高的催化性能，在治理环境方面将有广阔的应用前景。

本发明的技术方案是：先把1-10克的锌粉放置于高压反应釜内衬聚四氟乙烯的杯底，锌粉旁边放置一玻璃管，玻璃管中盛有5-15毫升蒸馏水，再把高压反应釜静置于温度可调的烘箱内，其反应温度为150-240℃，反应时间为5-10小时，待冷却后打开高压釜，在80-110℃烘干即可得到粒子直径为50-100nm纯ZnO纳米粉体。