一种堆比可控的纳米级氧化锌制备方法
技术领域
本发明属于纳米氧化锌制备领域，尤其涉及一种堆比可控的纳米级氧化锌制备方法。
背景技术
氧化锌由于合成条件不同，可以得到不同类别的氧化锌，但是纳米级氧化锌由于粒径小于100nm，从而产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应以及高透明度、高分散性等特点，从而在橡胶、陶瓷、化工、电子、生物、医药等许多领域具有重要的价值，具有普通氧化锌无法代替的性质，从而成为现在的研究热点。
然而在工业应用上，不同的应用领域不同的用途，对纳米氧化锌的堆比要求亦不相同，比如，用作饲料的纳米氧化锌堆比以堆比大于0.7为宜，而用于橡胶行业的纳米氧化锌以堆比0.4～0.8最佳；然而，现在的纳米氧化锌的制备方法堆比范围较窄，即便调整参数条件，也无法更改制得的纳米氧化锌的堆比范围，从而导致不同堆比的纳米氧化锌的生产具有各自的方法和设备，方法通用性差，不同堆比的氧化锌只能应用不同的设备进行处理，设备利用率低，无法根据需要对堆比范围进行控制调节，不能够更好的适应市场。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种堆比可控的纳米级氧化锌制备方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种堆比可控的纳米级氧化锌制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、制备氢氧化锌：将硫酸锌与碱A于50～90摄氏度下进行化学反应，并控制反应终点的pH为7～12，过滤，得滤液A；
步骤2、去杂：将滤液A进行多效分离浓缩，回收硫酸钠，并获得固形物含量大于95％的氢氧化锌，过滤，得氢氧化锌滤饼；
步骤3、漂洗：将氢氧化锌滤饼进行三次漂洗后，得滤饼D；
步骤4、水解改性：按料液质量比2:1，将漂洗后的滤饼D中加入碱液B中进行分散，并控制分散体系的碱度大于1.5g/L，于30～80摄氏度下50～70转/min转速下搅拌水解30～120min，过滤，得氧化锌滤饼和滤液E，将所得氧化锌滤饼烘干，即得纳米级氧化锌。
进一步的，步骤1制备氢氧化锌的具体操作步骤为：首先按Zn2+和OH-的摩尔比1:2，将硫酸锌溶液与碱液A混合后，于至50～90摄氏度下搅拌反应20～40min，然后，搅拌过程中，继续添加碱液A至pH为7～12，然后继续搅拌20～40min，结束反应，过滤，得滤液A。
进一步的，所述硫酸锌溶液浓度160-170g/L，碱液A的质量浓度为32-50％。
进一步的，所述硫酸锌溶液的pH4～5，所述硫酸锌溶液中铅含量小于等于2ppm；隔含量小于等于1ppm；砷含量小于等于1ppm。
进一步的，步骤4中获得的滤液E复用于所述分散体系中。
进一步的，漂洗过程中的料液质量比为1:3。
更进一步的，步骤3漂洗的具体操作步骤为：
第一次漂洗：先将氢氧化锌滤饼加入漂洗液A中，搅拌分散20min后，过滤，得滤饼B和滤液B；
第二次漂洗：将滤饼B加入漂洗液B中，搅拌分散20min后，过滤，得滤饼C和滤液C；
第三次漂洗：将滤饼C加入漂洗液C中，搅拌分散20min后，过滤，得滤饼D和滤液D；所述漂洗液C采用水，所述漂洗液B采用滤液D，所述漂洗液A采用滤液C。
更进一步的，所述滤液B加入碱A，调整碱液浓度后，作为碱液A复用于步骤1中。
进一步的，步骤3中，当控制分散体系的碱度为5～10g/L，并控制水解改性的温度为70-80摄氏度时，所制得的纳米氧化锌的堆比为0.8～1.0；
当控制分散体系的碱度为1.5～2.5g/L，并控制水解改性的温度为50～70摄氏度时，所制得的纳米氧化锌的堆比为0.4～0.8。
进一步的，在步骤1中，所述碱A采用氢氧化钠或氢氧化钾；
在步骤4水解改性中，所述碱液B中所用的碱B包括碳酸钠、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾的一种或几种。
本发明所涉及的部分化学反应原理如下：
(1)ZnSO4+OH-＝Na2SO4+Zn(OH)2；
(2)
与现有技术相比，本发明的优点为：
本发明以硫酸锌为原料，通过其与碱反应生成氢氧化锌，然后经多次漂洗去除硫酸钠后，经水解改性制得纳米氧化锌，采用该方法，制得的纳米氧化锌堆比范围较宽，且可以通过调整水解改性过程中的反应条件来调控堆比的大小，从而实现了纳米氧化锌的堆比在0.4g/ml～1.2g/ml范围内根据需要进行调节控制，本发明工艺简单，制备成本低，一套设备不同的反应条件可根据应用行业不同得到不同指标的纳米氧化锌，设备利用率高，且经过过水解分散后，氧化锌无团聚，且粒径小，均一，特别适用于饲料、橡胶和涂料、化妆品和药用等应用。
附图说明
图1为本发明一个实施例的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步详细的叙述。
实施例1
一种堆比可控的纳米级氧化锌制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、制备氢氧化锌：将硫酸锌与碱A(本实施例采用碱A采用氢氧化钠)进行化学反应，并控制反应终点的pH为10，过滤，得滤液A；
制备氢氧化锌的具体操作步骤为：首先按Zn2+和OH-的摩尔比1:2，将浓度为162g/L的硫酸锌溶液与质量浓度为40％的碱液A(本实施例碱液A采用NaOH溶液)混合后，于70摄氏度下搅拌反应30min，然后，搅拌过程中，继续添加碱液A至pH为10，然后继续搅拌30min，结束反应，过滤，得滤液A；所述硫酸锌溶液的pH4.5，所述硫酸锌溶液中铅含量小于等于2ppm；隔含量小于等于1ppm；砷含量小于等于1ppm；
步骤2、去杂：将滤液A进行多效分离浓缩，回收硫酸钠，并获得固形物含量大于95％的氢氧化锌溶液，过滤，得氢氧化锌滤饼；
步骤3、漂洗：将氢氧化锌滤饼进行三次漂洗后，得滤饼D；
漂洗的具体操作步骤为：
第一次漂洗：按料液质量比为1:3，将氢氧化锌滤饼加入漂洗液A中，搅拌分散20min后，过滤，得滤饼B和滤液B；
第二次漂洗：按料液质量比为1:3，将滤饼B加入漂洗液B中，搅拌分散20min后，过滤，得滤饼C和滤液C；
第三次漂洗：按料液质量比为1:3，将滤饼C加入漂洗液C中，搅拌分散20min后，过滤，得滤饼D和滤液D；所述漂洗液C采用水，所述漂洗液B采用滤液D，所述漂洗液A采用滤液C；
所述漂洗液C采用水，所述漂洗液B采用滤液D，所述漂洗液A采用滤液C；所述滤液B加入碱，调整碱液浓度后，即为所述碱液A；
步骤4、水解改性：按料液质量比2:1，将漂洗后的氢氧化锌滤饼中加入分散体系(即碱液B)中，并向分散体系中加入碱B(本实施例采用氢氧化钠)，以控制分散体系的碱度为8g/L，于75摄氏度下于60转/min转速下搅拌水解80min，过滤，得氧化锌滤饼和滤液E，将所得氧化锌滤饼烘干，即得纳米级氧化锌，在步骤4中获得的滤液E复用于所述分散体系中，本实施例制得的纳米氧化锌的粒径为20-30nm；堆比为0.8～1.0g/ml，所得纳米氧化锌的纯度为95％；达到饲料级纳米氧化锌的标准。
实施例2
一种堆比可控的纳米级氧化锌制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、制备氢氧化锌：将硫酸锌与碱A(本实施例采用碱A采用氢氧化钠)进行化学反应，并控制反应终点的pH为8，过滤，得滤液A；
制备氢氧化锌的具体操作步骤为：首先按Zn2+和OH-的摩尔比1:2，将浓度为162g/L的硫酸锌溶液与质量浓度为40％的碱液A(本实施例碱液A采用NaOH溶液)混合后，于至80摄氏度下搅拌反应20min，然后，搅拌过程中，继续添加碱液A至pH为8，然后继续搅拌20min，结束反应，过滤，得滤液A；所述硫酸锌溶液的pH4～5，所述硫酸锌溶液中铅含量小于等于2ppm；隔含量小于等于1ppm；砷含量小于等于1ppm；
步骤2、去杂：将滤液A进行多效分离浓缩，回收硫酸钠，并获得固形物含量大于95％的氢氧化锌，过滤，得氢氧化锌滤饼；
步骤3、漂洗：将氢氧化锌滤饼进行三次漂洗后，得滤饼D；
漂洗的具体操作步骤为：
第一次漂洗：按料液质量比为1:3，将氢氧化锌滤饼加入漂洗液A中，搅拌分散20min后，过滤，得滤饼B和滤液B；
第二次漂洗：按料液质量比为1:3，将滤饼B加入漂洗液B中，搅拌分散20min后，过滤，得滤饼C和滤液C；
第三次漂洗：按料液质量比为1:3，将滤饼C加入漂洗液C中，搅拌分散20min后，过滤，得滤饼D和滤液D；所述漂洗液C采用水，所述漂洗液B采用滤液D，所述漂洗液A采用滤液C；
所述漂洗液C采用水，所述漂洗液B采用滤液D，所述漂洗液A采用滤液C；所述滤液B加入碱，调整碱液浓度后，即为所述碱液A；
步骤4、水解改性：按料液质量比2:1，将漂洗后的氢氧化锌滤饼加入分散体系(即碱液B)中，并控制分散体系的碱度8g/L，于80摄氏度下于60转速下搅拌水解80min，过滤，得氧化锌滤饼和滤液E，将所得氧化锌滤饼烘干，即得纳米级氧化锌；在步骤4中获得的滤液E复用于所述分散体系中，本实施例制得的纳米氧化锌的粒径为20-30nm；堆比为0.8～1.0g/ml，所得纳米氧化锌的纯度为95％；达到饲料级纳米氧化锌的标准。
实施例3
一种堆比可控的纳米级氧化锌制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、步骤2、步骤3同实施例1；
步骤4、按料液质量比2:1，将漂洗后的氢氧化锌滤饼中加入分散体系(即碱液B)中，并控制分散体系的碱度2.0g/L，于50摄氏度下于60转速下搅拌水解80min，过滤，得氧化锌滤饼和滤液E，将所得氧化锌滤饼烘干，即得纳米级氧化锌，在步骤4中获得的滤液E复用于所述分散体系中。
本实施例制得的纳米氧化锌的粒径为20-30nm；堆比为0.4～0.8g/ml，所得纳米氧化锌的纯度为95％，可以应用于橡胶行业。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
