CN105819495A - 一种高活性纳米氧化锌的制备方法 - Google Patents

一种高活性纳米氧化锌的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高活性纳米氧化锌的制备方法，所述高活性纳米氧化锌以锌浮渣为原料，经过铬酸钾碱浸提取后，过滤除杂，再加入锌粉对其他金属杂质进行二次除杂，然后向其中加入表面活性剂和硅烷偶联剂等辅料反应混合，整体沉淀过滤，取滤渣干燥得氧化锌，最后煅烧活化得高活性纳米氧化锌成品。本发明的有益效果是：采用锌浮渣为原料可进行工艺间的循环利用，节约成本；铬酸钾为氧化性碱，在碱浸的同时可对铁元素氧化并生成氢氧化铁沉淀，简化了氧化除铁的步骤；加入表面活性剂和硅烷偶联剂可对氧化锌产品进行一定的改性，提高性能；本法煅烧所得的高活性纳米氧化锌BET比表面积≥48m2/g，活性显著提高。

Description

一种高活性纳米氧化锌的制备方法
技术领域
本发明涉及化工工业氧化锌制备技术领域，具体涉及一种活性氧化性的制备方法。
背景技术
纳米氧化锌与普通氧化锌相比，由于其尺寸介于原子簇和宏观微粒之间，具有纳米材料的体积效应、表面效应、宏观量子隧道效应、等许多铍铜氧化锌所不具有的特殊性质，显示出诸多特殊性能(如光致发光、光催化、吸收和散射紫外线能力等)和用途，它在磁、光、电、敏感、抗菌消毒、紫外线屏蔽等方面具有普通氧化锌产品不具备的特殊功用，是一种应用前景广阔的新型功能材料，近年来成为纳米材料领域的一个研究热点。
在中国公开的专利申请CN103482680A中公开了一种由次氧化锌生产纳米氧化锌的工艺，其通过浸出工序、净化工序、沉淀工序、煅烧工序制备而成，该发明以次氧化锌为原料与盐酸反应，然后向得到的氯化锌中加入次氯酸钠和锌粉进行除杂，再将精制的氯化锌与氢氧化钠反应生成氢氧化锌料浆，最后通过过滤、水洗、干燥、煅烧等步骤得到活性氧化锌，实现了资源的综合利用和可持续发展，有良好的经济、环境和社会效益。
但现有技术酸浸法利用盐酸浸出率小且浸出剂消耗大，而且氧化锌活性不够高，比表面积小，在橡胶行业的应用上仍需提高相应性能。同时，氧化锌有效成分单一，功能性范围窄，难以同时实现良好的分散性、耐水性、耐热性、耐久性等。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种比表面积大、具有一定改性、制备成本低的高活性纳米氧化锌。
为了达到上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种高活性纳米氧化锌的制备方法，所述活性氧化锌以锌浮渣为原料，制备步骤包括碱浸、除杂、辅料处理、沉淀、干燥、煅烧活化：
1)碱浸：将锌浮渣烘干后研磨成粉末，向其中加入一定量的待用水，再向其中加入具有氧化性的碱，搅拌15-20min，然后再将剩余的待用水加入搅拌，加热至85-90℃，碱化至pH值为9.5-10.5时趁热压滤；
2)除杂：将压滤后的溶液温度降至40-45℃，调节pH值，加入锌粉，搅拌1.5-2h，抽滤；
3)辅料处理：向滤液中加入表面活性剂和硅烷偶联剂，加热至80-90℃，搅拌均匀后保温5-8h；
4)沉淀：加入1mol/L碳酸铵调节pH值，搅拌10-15min，继续保温35min后过滤；
5)干燥：将过滤所得的碳酸锌沉淀在真空干燥箱中100-120℃下干燥2-3h得前驱体碳酸锌；
6)煅烧：将干燥的前驱体碳酸锌在温度550-600℃下煅烧2-4h。
优选的，所述除杂步骤1)中待用水为锌浮渣10倍质量份的蒸馏水。
优选的，所述步骤1)中使用的碱为铬酸钾，搅拌速度为100-120r/min，液固比为5-8:1。
优选的，所述铬酸钾用量为锌浮渣0.35-0.48倍质量份。
优选的，所述步骤2)中pH值控制为4.5-4.8，锌粉用量为15-20g/kg锌浮渣,搅拌速度为60-70r/min。
优选的，所述步骤3)中使用的表面活性剂为聚甘油脂肪酸酯，用量为6-10g/kg锌浮渣，硅烷偶联剂用量为12.5-15g/kg锌浮渣，保温过程中每1.5-2h搅拌一次。
优选的，所述步骤4)中pH值控制为8-9，搅拌速度为60-80r/min。
采用上述的技术方案，本发明达到的有益效果是：采用锌浮渣为原料可进行工艺间的循环利用，节约成本；铬酸钾为氧化性碱，浸出率高，在碱浸的同时可对铁元素氧化并生成氢氧化铁沉淀，简化了氧化除铁的步骤；加入表面活性剂和硅烷偶联剂可对氧化锌进行一定的改性，提高性能；本法煅烧所得的氧化锌BET比表面积≥48m2/g，活性显著提高。聚甘油脂肪酸酯主要可做分散剂、稳定剂、品质改良剂等，有良好的耐热稳定性，加入氧化锌中可以增强耐热性能以及用于橡胶中时由于良好的分散性可以增强氧化锌和胶料之间分散能力，促进橡胶的硫化和补强防老化作用。硅烷偶联剂可用于表面处理，其具有很强的粘合性能，且耐久性和耐水性高，可使得氧化锌的增粘效果提升，适用于橡胶中胶接需要。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
将锌浮渣烘干后研磨成粉末，向其中加入蒸馏水，再向其中加入0.35倍锌浮渣重量份的铬酸钾，液固比为5:1，在110r/min的转速下搅拌17min，然后再将剩余的待用水加入搅拌，加热至85℃，碱化至pH值为9.5时趁热压滤；将压滤后的溶液温度降至40℃，调节pH值为4.8，加入15g锌粉，在65r/min的转速下搅拌1.5h，抽滤；向滤液中加入6g聚甘油脂肪酸酯和14g硅烷偶联剂，加热至85℃，搅拌均匀后保温6h，期间每隔1.8h搅拌一次；加入1mol/L碳酸铵调节pH值为8.3，在65r/min的转速下搅拌10min，继续保温35min后过滤，水洗3次；将过滤所得的碳酸锌沉淀在真空干燥箱中100℃下干燥3h得前驱体碳酸锌；将干燥的前驱体碳酸锌在温度580℃下煅烧3.5h。
实施例2：
将锌浮渣烘干后研磨成粉末，向其中加入蒸馏水，再向其中加入0.4倍锌浮渣重量份的铬酸钾，液固比为7:1，在100r/min的转速下搅拌20min，然后再将剩余的待用水加入搅拌，加热至88℃，碱化至pH值为10.2时趁热压滤；将压滤后的溶液温度降至45℃，调节pH值为4.5，加入18g锌粉，在70r/min的转速下搅拌1.8h，抽滤；向滤液中加入10g聚甘油脂肪酸酯和15g硅烷偶联剂，加热至80℃，搅拌均匀后保温5h，期间每隔1.5h搅拌一次；加入1mol/L碳酸铵调节pH值为9，在80r/min的转速下搅拌12min，继续保温35min后过滤，水洗3次；将过滤所得的碳酸锌沉淀在真空干燥箱中120℃下干燥2.5h得前驱体碳酸锌；将干燥的前驱体碳酸锌在温度550℃下煅烧2h。
实施例3：
将锌浮渣烘干后研磨成粉末，向其中加入蒸馏水，再向其中加入0.48倍锌浮渣重量份的铬酸钾，液固比为8:1，在120r/min的转速下搅拌15min，然后再将剩余的待用水加入搅拌，加热至90℃，碱化至pH值为10.5时趁热压滤；将压滤后的溶液温度降至42℃，调节pH值为4.5，加入20g锌粉，在60r/min的转速下搅拌2.0，抽滤；向滤液中加入8g聚甘油脂肪酸酯和12.5g硅烷偶联剂，加热至90℃，搅拌均匀后保温8h，期间每隔2h搅拌一次；加入1mol/L碳酸铵调节pH值为8，在60r/min的转速下搅拌15min，继续保温35min后过滤，水洗3次；将过滤所得的碳酸锌沉淀在真空干燥箱中110℃下干燥2h得前驱体碳酸锌；将干燥的前驱体碳酸锌在温度600℃下煅烧4h。
将利用本发明实施例制备方法得到的高活性纳米氧化锌颗粒与现有技术制备方法得到的氧化锌颗粒进行对比，并将各项指标平均值与国标GB/T19589-2004的规定进行对照，各项指标数据如下表：
从上表可知本发明高活性纳米氧化锌制备方法的产品纯度较对照组高，电镜平均粒径较对照组小，比表面积较对照组大，表明本发明产品的活性更高；本发明产品中的铅、锰、铜、镉等金属杂质含量较对照组低，105℃挥发物、水溶物、盐酸不溶物、灼烧失重的含量均比对照组低，表明本发明制备工艺更完善，产品整体性能比对照组更佳，值得推广。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：所述高活性纳米氧化锌以锌浮渣为原料，制备步骤包括碱浸、除杂、辅料处理、沉淀、干燥、煅烧活化：
1)碱浸：将锌浮渣烘干后研磨成粉末，向其中加入一定量的待用水，再向其中加入具有氧化性的碱，搅拌15-20min，然后再将剩余的待用水加入搅拌，加热至85-90℃，碱化至pH值为9.5-10.5时趁热压滤；
2)除杂：将压滤后的溶液温度降至40-45℃，调节pH值，加入锌粉，搅拌1.5-2h，抽滤；
3)辅料处理：向滤液中加入表面活性剂和硅烷偶联剂，加热至80-90℃，搅拌均匀后保温5-8h；
4)沉淀：加入1mol/L碳酸铵调节pH值，搅拌10-15min，继续保温35min后过滤，水洗3次；
5)干燥：将过滤所得的碳酸锌沉淀在真空干燥箱中100-120℃下干燥2-3h得前驱体碳酸锌；
6)煅烧：将干燥的前驱体碳酸锌在温度550-600℃下煅烧2-4h。
2.根据权利要求1所述的高活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：所述除杂步骤1)中待用水为锌浮渣10倍质量份的蒸馏水。
3.根据权利要求1所述的高活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中使用的碱为铬酸钾，搅拌速度为100-120r/min，液固比为5-8:1。
4.根据权利要求3所述的高活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：所述铬酸钾用量为锌浮渣0.35-0.48倍质量份。
5.根据权利要求1所述的高活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中pH值控制为4.5-4.8，锌粉用量为15-20g/kg锌浮渣,搅拌速度为60-70r/min。
6.根据权利要求1所述的高活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中使用的表面活性剂为聚甘油脂肪酸酯，用量为6-10g/kg锌浮渣，硅烷偶联剂用量为12.5-15g/kg锌浮渣，保温过程中每1.5-2h搅拌一次。
7.根据权利要求1所述的高活性纳米氧化锌的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中pH值控制为8-9，搅拌速度为60-80r/min。
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