碱式碳酸锌是一种无机化工产品,其功能比较多,质量比较好,制作精细,用途十分广泛。到目前为止,国内外都对碱式碳酸锌的制备进行了一系列的深入研究。而在动力学和反应热力学中,纳米反应物占据着十分重要的地位,且影响也比较大,比如化学反应的研究,新型材料的研制、应用、物质稳定性的相关测定等。

1碱式碳酸锌的概述碱式碳酸锌是一种白色细微无定形粉末,无臭、无味,不溶于水和醇,可以溶于氢氧化钠和稀酸,微溶于氨。当碱式碳酸锌与质量分数为30%的过氧化氢作用,可释放出二氧化碳,并且形成过氧化物。目前,碱式碳酸锌的应用已经十分广泛,比如在医药、石油化工、橡胶、化肥催化等领域都用到了碱式碳酸锌。如今,市场上销售的碱式碳酸锌都比较普通,人们并没有对这种普通的碱式碳酸锌提出具体的要求。在制备纳米碱式碳酸锌时,通常会采用两种方法,即均匀沉淀法和室温固相法。碱式碳酸锌由硫酸锌和碳酸氢铵共同制成,并且可实现纳米活性氧化锌的制备。但是,碱式碳酸锌和纳米氧化锌之间并不具备相同的功能和用途,导致纳米氧化锌的制备对纳米碱式碳酸锌提出了不同的要求,即对其粒径和形貌的要求不同。目前,对采用同一种方法进行不同粒径纳米碱式碳酸锌的制备工作还没有相关的研究。在本文的研究中,采用直接沉淀法进行不同粒径的纳米碱式碳酸锌的制备主要分三个方面,即反应物浓度、反应温度和反应物配比等。

2纳米碱式碳酸锌的制备纳米碱式碳酸锌的制备有以下两个步骤:

①将所需原料准备好。所需原料主要有氯化锌、碳酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、异丙醇,这些都作为分析纯。

②制备碳酸钠和氯化锌的水溶液。碳酸钠和氯化锌这两者的质量一定要达到相关要求,且事先必须称取足量的碳酸钠和氯化锌,将两者分别制成水溶液。在这个过程中,首先取一个250 mL的三口烧瓶,将氯化锌溶液和一定体积的异丙醇同时倒进去,在加热的前提下对其进行搅拌。当实验温度达到了相关要求后,将碳酸钠溶液加入三口烧瓶中。在碳酸钠溶液反应的过程中,将定量的十二烷基三甲基溴化铵加进去。在反应结束之后,对反应物进行冷却,再使用蒸馏水和无水乙醇将其洗涤干净,最后放入110℃的真空干燥箱中,使其干燥,从而得到纳米碱式碳酸锌。如果要制备不同粒径的纳米碱式碳酸锌,可以对其反应条件进行控制,以达到目的。在测定纳米碱式盐酸锌时,应该采用国际相关标准。因此,在测定纳米碱式碳酸锌的晶型时,可以采用X-涉嫌衍射仪进行测定。纳米碱式碳酸锌的平均粒径,也就是其直径计算公式(也称谢乐公式)为:d=0.89λ/βcosθ.(1)式(1)中:d——纳米碱式碳酸锌的直径;λ——衍射波的波长;β——半峰宽;θ——衍射角。

3纳米碱式碳酸锌的制备结果分析

3.1晶型测定结果纳米碱式碳酸锌晶型的测定一般采用X-涉嫌衍射仪,由测定结果可知,其XRD衍射谱图和相关标准卡片上的特征峰趋向一致。因此,采用直接沉淀法制备纳米粒子,其晶型为单斜晶体。

3.2工艺条件对粒径的影响对纳米碱式碳酸锌造成影响的因素主要有三个,即温度、碳酸钠浓度和氯化锌浓度。具体情况如表1所示。表1影响纳米碱式碳酸锌的因素温度、碳酸钠浓度、氯化锌浓度/(mol/L)平均粒径/nm70 13.5不同反应温度/℃80 9.590 7.80.3 9.2不同碳酸钠浓度/(mol/L)0.6 11.01.5 15.80.3 9.20.9 12.31.5 14.7不同氯化锌浓度/(mol/L)3.0 16.8由表1可知,在其他反应条件没有任何变化的情况下,反应温度发生了变化。根据式(1)进行计算可知,纳米碱式碳酸锌的粒径会随着反应温度的升高而不断减小。而在对碳酸钠浓度和氯化锌浓度进行改变时,都会保持另一个条件不变。在氯化锌浓度不变的情况下,选用浓度分别为0.3 mol/L、0.6 mol/L和1.5 mol/L的碳酸钠,相应的纳米碱式碳酸锌平均粒径如表1所示;而在碳酸钠浓度不变的情况下,选用浓度分别为0.3mol/L、0.9 mol/L、1.5 mol/L和3.0 mol/L的氯化锌,其相应的纳米碱式碳酸锌平均粒径如表1所示。由此可知,无论是碳酸钠浓度增大,还是氯化锌浓度增大,碱式碳酸锌的粒径都会随之加大。一般来说,受扩散控制的核在生长时,其生长速率受反应物浓度的影响非常大。反应物浓度一旦增大,会使纳米颗粒在生长后期,由于布朗运动的作用而导致单体核与分子簇、初级分子等发生碰撞而凝聚起来,从而形成比较大的颗粒。在这种情况下,三者碰撞发生的概率越大,就越容易凝聚形成比较大的颗粒。

4结束语综上所述,不同粒径的纳米碱式碳酸锌的制备可以用同一种制备方法来完成,即采用直接沉淀法。对这种方法进行实验研究,Science and Technology&Innovation┃科技与创新2014年第10期结果表明,反应温度和反应物浓度都可以明显影响到纳米碱式碳酸锌的粒径——反应温度越高,纳米碱式碳酸锌的粒径就越小;碳酸钠浓度和氯化锌浓度的增加,都会使碱式碳酸锌的粒径随之增大。另外,纳米碱式碳酸锌的纯度都超过了99%.不同粒径纳米碱式碳酸锌的制备@王建刚$陕西有色金属矿山公司!陕西宝鸡721707主要分析了不同粒径的纳米碱式碳酸锌制备过程中相应的工艺条件,并且进一步探讨了工艺条件对粒径的影响规律。粒径;;纳米碱式碳酸锌;;制备;;工艺条件[1]张宪玺,王晓娟,翟冠杰,等.碱式碳酸锌煅烧制备纳米氧化锌[J].无机化学学报,2002(10):155-156.

陕西有色金属矿山公司，王建刚