納米氧化鋅的制備方法及其優缺點

劉 紅

(池州學院 材料與環境工程學院，安徽 池州 247100)

納米氧化鋅是近年來廣泛研究的領域，制備方法分為物理法和化學法，最早制備納米氧化鋅的方法是物理法，化學法根據物質的原始狀態，分為氣相法、固相法、液相法。

1 物理法

最早制備納米氧化鋅的方法是物理法，它主要包括兩種:機械粉碎法和深度塑性變形法。

1.1 機械粉碎法

機械粉碎法是采用電點火花爆炸以及球磨、超聲波粉碎、沖擊波粉碎等特殊的機械粉碎技術，將普通氧化鋅粉碎至超細的納米級別的方法。工業上并不常采用此法，因為此法雖具有成本低、工藝簡單的優點，但存在產品純度低、能耗巨大、粒度分布不均勻等缺點，且最大的不足是該法得不到1～100nm的粉體，不符合工業要求。

1.2 深度塑性變形法

原材料通過凈靜壓的作用發生嚴重的塑性形變，使其材料尺寸細化到納米量級的方法是深度塑性變形法。用此法制備納米氧化鋅，具有粒度可控、致密性好、純度高的優點，但對生產設備有著比較高的要求，需要有特殊的設備。

2 化學法

根據物質的原始狀態，化學法分為:氣相法、固相法、液相法。

2.1 氣相法

2.1.1 噴霧熱解法

噴霧熱解法是用噴霧器將鋅的醋酸鹽或硝酸鹽溶液霧化為微液滴，再通過蒸發、干燥、熱解、燒結等方法處理得到納米氧化鋅粉體。噴霧熱解法有極高的工業化潛力，且同時具有產物純度高、粒度和組成均勻、操作過程簡單連續等優點。

2.1.2 氣相氧化法

氣相氧化法是一種以鋅粉或鋅鹽為原料，氧氣為氧源，惰性氣體或氮氣為載氣，在高溫環境中發生氧化還原反應，生成氧化鋅顆粒，再經過成核、成長、溫度變化，最終制備得到納米氧化鋅粒子的方法。用此方法制得的納米氧化鋅粒度細小，粒徑只有10～20nm，但是工藝技術復雜、產品純度低、有原料殘存、需要高溫環境、生產成本高，因而有較高的工業化生產難度。

2.2 固相法

固相法是將金屬氧化物(如Na2C2O4)或金屬鹽(如Zn(NO3)2·6H2O)混合、研磨、煅燒，最終制備出納米氧化鋅粉體，此法有反應不能完全進行、產物純度低、產品性能不穩定、容易引入雜質的缺點，但又因其具有操作簡單、節能、低成本低污染、合成反應不需要溶劑、高轉化率、反應時間短、反應溫度近似常溫等諸多優點，且克服了納米粒子易發生團聚現象的缺點。因而，此方法有廣闊的工業發展前景。

2.3 液相法

2.3.1 水熱法

水熱法是一種以水作溶劑，在高溫高壓環境的高壓反應釜中，將堿液和鋅鹽溶液迅速混合，通過水熱氧化、水熱沉淀、水熱合成、水熱還原、水熱分解、水熱結晶等水熱反應來制備納米粉體的方法，它最初是一種用來研究地球礦物成因的方法。水熱法制得的納米氧化鋅粉體晶粒發育完整、分散性好、團聚程度較小、原始粒度小，且制備工藝較容易，不需要高溫煅燒處理。但所需設備價格昂貴，耗能與投資較大，因而不具有很好的工業化發展前景。

2.3.2 直接沉淀法

工業上生產納米氧化鋅的首選方法是直接沉淀法，其制備過程是將沉淀劑加入可溶性鹽溶液中，生成相應的沉淀物，經過濾、洗滌、干燥、熱分解得到納米氧化鋅，常用的沉淀劑有:碳酸氫銨(NH4HCO3)、草酸銨((NH4)2C2O4)、尿素(CO(NH2)2)、氨水(NH3·H2O)。

以氨水為沉淀劑時:

Zn(OH)2→ ZnO+H2O↑

該法的優點是對設備要求不高、操作簡單、容易批量生產、生產成本低、不易引入其它雜質、產物純度高，有較好的化學計量性，但粒徑分布較寬、分散性差、洗滌陰離子較困難，且因為反應物與沉淀劑直接接觸而沉淀，會造成局部濃度不均勻和團聚現象。

2.3.3 均勻沉淀法

均勻沉淀法是利用沉淀劑的緩慢分解，與溶液中的構思離子結合，使沉淀緩慢均勻的生長來制得納米氧化鋅。制備過程中有成核過程和生長過程兩個關鍵步驟，成核與晶核生長速度決定了納米粒子的大小。常用的沉淀劑為尿素(CO(NH2)2)和六次甲基四胺((CH2)6N4)。

運用均勻沉淀法具有污染小、微粒粒徑分布較窄、可以控制粒子的生長速度、產物純度高、設備簡單、操作方便、生產周期短等優點。是一種理想的制備納米氧化鋅的方法，有較好的工業化生產前景。但也具有沉淀法普遍存在的陰離子的洗滌較復雜的問題，且顆粒易團聚，易引入雜質。