纳米氧化锌的制备方法及其优缺点

刘 红

(池州学院 材料与环境工程学院，安徽 池州 247100)

纳米氧化锌是近年来广泛研究的领域，制备方法分为物理法和化学法，最早制备纳米氧化锌的方法是物理法，化学法根据物质的原始状态，分为气相法、固相法、液相法。

1 物理法

最早制备纳米氧化锌的方法是物理法，它主要包括两种:机械粉碎法和深度塑性变形法。

1.1 机械粉碎法

机械粉碎法是采用电点火花爆炸以及球磨、超声波粉碎、冲击波粉碎等特殊的机械粉碎技术，将普通氧化锌粉碎至超细的纳米级别的方法。工业上并不常采用此法，因为此法虽具有成本低、工艺简单的优点，但存在产品纯度低、能耗巨大、粒度分布不均匀等缺点，且最大的不足是该法得不到1～100nm的粉体，不符合工业要求。

1.2 深度塑性变形法

原材料通过净静压的作用发生严重的塑性形变，使其材料尺寸细化到纳米量级的方法是深度塑性变形法。用此法制备纳米氧化锌，具有粒度可控、致密性好、纯度高的优点，但对生产设备有着比较高的要求，需要有特殊的设备。

2 化学法

根据物质的原始状态，化学法分为:气相法、固相法、液相法。

2.1 气相法

2.1.1 喷雾热解法

喷雾热解法是用喷雾器将锌的醋酸盐或硝酸盐溶液雾化为微液滴，再通过蒸发、干燥、热解、烧结等方法处理得到纳米氧化锌粉体。喷雾热解法有极高的工业化潜力，且同时具有产物纯度高、粒度和组成均匀、操作过程简单连续等优点。

2.1.2 气相氧化法

气相氧化法是一种以锌粉或锌盐为原料，氧气为氧源，惰性气体或氮气为载气，在高温环境中发生氧化还原反应，生成氧化锌颗粒，再经过成核、成长、温度变化，最终制备得到纳米氧化锌粒子的方法。用此方法制得的纳米氧化锌粒度细小，粒径只有10～20nm，但是工艺技术复杂、产品纯度低、有原料残存、需要高温环境、生产成本高，因而有较高的工业化生产难度。

2.2 固相法

固相法是将金属氧化物(如Na2C2O4)或金属盐(如Zn(NO3)2·6H2O)混合、研磨、煅烧，最终制备出纳米氧化锌粉体，此法有反应不能完全进行、产物纯度低、产品性能不稳定、容易引入杂质的缺点，但又因其具有操作简单、节能、低成本低污染、合成反应不需要溶剂、高转化率、反应时间短、反应温度近似常温等诸多优点，且克服了纳米粒子易发生团聚现象的缺点。因而，此方法有广阔的工业发展前景。

2.3 液相法

2.3.1 水热法

水热法是一种以水作溶剂，在高温高压环境的高压反应釜中，将碱液和锌盐溶液迅速混合，通过水热氧化、水热沉淀、水热合成、水热还原、水热分解、水热结晶等水热反应来制备纳米粉体的方法，它最初是一种用来研究地球矿物成因的方法。水热法制得的纳米氧化锌粉体晶粒发育完整、分散性好、团聚程度较小、原始粒度小，且制备工艺较容易，不需要高温煅烧处理。但所需设备价格昂贵，耗能与投资较大，因而不具有很好的工业化发展前景。

2.3.2 直接沉淀法

工业上生产纳米氧化锌的首选方法是直接沉淀法，其制备过程是将沉淀剂加入可溶性盐溶液中，生成相应的沉淀物，经过滤、洗涤、干燥、热分解得到纳米氧化锌，常用的沉淀剂有:碳酸氢铵(NH4HCO3)、草酸铵((NH4)2C2O4)、尿素(CO(NH2)2)、氨水(NH3·H2O)。

以氨水为沉淀剂时:

Zn(OH)2→ ZnO+H2O↑

该法的优点是对设备要求不高、操作简单、容易批量生产、生产成本低、不易引入其它杂质、产物纯度高，有较好的化学计量性，但粒径分布较宽、分散性差、洗涤阴离子较困难，且因为反应物与沉淀剂直接接触而沉淀，会造成局部浓度不均匀和团聚现象。

2.3.3 均匀沉淀法

均匀沉淀法是利用沉淀剂的缓慢分解，与溶液中的构思离子结合，使沉淀缓慢均匀的生长来制得纳米氧化锌。制备过程中有成核过程和生长过程两个关键步骤，成核与晶核生长速度决定了纳米粒子的大小。常用的沉淀剂为尿素(CO(NH2)2)和六次甲基四胺((CH2)6N4)。

运用均匀沉淀法具有污染小、微粒粒径分布较窄、可以控制粒子的生长速度、产物纯度高、设备简单、操作方便、生产周期短等优点。是一种理想的制备纳米氧化锌的方法，有较好的工业化生产前景。但也具有沉淀法普遍存在的阴离子的洗涤较复杂的问题，且颗粒易团聚，易引入杂质。