一种纳米氧化锌晶面可控生长的合成方法及应用与流程

本发明涉及纳米氧化锌用于催化反应技术领域，特别涉及一种纳米氧化锌晶面可控生长的合成方法及应用。

背景技术：

氧化锌(zno)是一种典型的半导体催化材料，其晶体结构主要为六方纤锌矿、立方闪锌矿和四方岩盐矿三种，为常见的两性氧化物，既可以溶于酸，又可以溶于碱，通常为白色粉末，无毒无味，对环境无污染，其价格低廉，尺寸降到纳米级别时比表面积大，且吸附能力强。氧化锌具有明显的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应，在催化、光学、磁性、力学等方面具有许多特异功能。

催化领域研究发现，氧化锌具有较好的脱硫功效，同时兼具投资少、运行成本低等优势，不会造成环境污染，可循环再生利用，具备在天然气和油品的清洁生产具有较好的应用前景。氧化锌的结构和组成对脱硫效果影响较大。氧化锌脱硫是气-固非催化反应，反应不仅在固体表面上进行，同时存在固体扩散。氧化锌的比表面积和孔道结构影响表面反应的活性，氧化锌的生长方向将影响反应氧硫交换的速度从而影响固体扩散的速率，提高氧化锌的硫容等优势，最终提高整体反应的活性，在实际生产中具有较好的应用前景。

氧化锌的制备，常采用化学气相氧化法、共沉淀发和溶胶-凝胶法、溶剂热合成法和固相合成法等。溶剂热合成法操作简单、能大大降低反应温度，从而可降低能源消耗。水热合成法在均匀的体系中进行，晶体的生长习性能够得到充分的体现，制得的产物粒径可达到纳米水平，产物性状可控性较好，纯度比较高，结晶度优于其他方法。目前合成的纳米氧化锌比表面积低、颗粒分布不均匀容易发生团聚现象等，从而降低了天然气和油品脱硫反应的活性和硫容，不能满足目前对环保要求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纳米氧化锌晶面可控生长的合成方法及应用，其制备方法简单、操作易行、反应条件温和的纳米氧化锌的可控制备方法，得到的纳米氧化锌具有较高的结晶度、高比表面积、颗粒均匀、分散性好、晶面生长方向可控，具有较高的催化活性等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种纳米氧化锌晶面可控生长的合成方法，包括以下步骤；

a.首先将醋酸锌，尿素，表面活性剂p123溶于去离子水中，然后再空气中搅拌2小时至完全溶解，形成无色溶液；

b.利用冰醋酸调节溶液ph值在5.0±0.2范围内；

c.将步骤b得到的溶液移至聚四氟乙烯内衬的晶化釜内，晶化，得到稳定均一的乳白色浆液；

d.将乳白色浆液进行离心分离，在室温中进行干燥，得到白色固体粉末；

e.将白色固体粉末置于马弗炉中，进行焙烧，得到纳米氧化锌粉末。

所述的步骤a中醋酸锌、尿素和p123的摩尔比为0.05:1:0～0.002。

所述的步骤c中聚四氟乙烯内衬的晶化釜为90℃晶化24小时。

所述的步骤e中马弗炉中300℃～375℃下进行焙烧30min。

制备方法所得到的纳米氧化锌粉末应用于催化反应，具有较高的比表面积，提高了催化反应的脱硫活性，满足深度脱硫的要求，调控晶面的生长方向，有利于氧硫之间的交换，同时缩短了反应时间等特点。

本发明的有益效果：

通过调控导向剂与焙烧温度之间的关联方法来定向控制纳米氧化锌的晶型生长方向，使整个工艺流程更加合理实用，便于实施，使制得的纳米氧化锌具有高比表面积，颗粒均匀，分散性好，不易团聚等特点，其结构特点有利于氧硫之间的交换，加快了脱除天然气和油品中的含硫化合物的脱除提高了反应的深度进行，提高氧化锌的硫容，以满足更好的脱硫的效果。

附图说明

图1为常见纳米氧化锌粉末的x射线衍射图。

图2为通过调控得到的纳米氧化锌粉末的x射线衍射图。

图3为通过调控得到的纳米氧化锌粉末的sem图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

首先将醋酸锌，尿素，表面活性剂p123溶于去离子水中，其中，醋酸锌、尿素和p123的摩尔比为0.05:1:0，然后再空气中搅拌2小时至完全溶解，形成无色溶液；利用冰醋酸调节溶液ph值在5.0±0.2范围内；将溶液移至聚四氟乙烯内衬的晶化釜内，90℃晶化24小时，得到稳定均一的乳白色浆液；将乳白色浆液进行离心分离，在室温中进行干燥，得到白色固体粉末；将白色固体粉末置于马弗炉中，在350℃下进行焙烧30min，得到纳米氧化锌粉末。

实施例2

首先将醋酸锌，尿素，表面活性剂p123溶于去离子水中，其中，醋酸锌、尿素和p123的摩尔比为0.05:1:0.001，然后再空气中搅拌2小时至完全溶解，形成无色溶液；利用冰醋酸调节溶液ph值在5.0±0.2范围内；将溶液移至聚四氟乙烯内衬的晶化釜内，90℃晶化24小时，得到稳定均一的乳白色浆液；将乳白色浆液进行离心分离，在室温中进行干燥，得到白色固体粉末；将白色固体粉末置于马弗炉中，在350℃下进行焙烧30min，得到纳米氧化锌粉末。

实施例3

首先将醋酸锌，尿素，表面活性剂p123溶于去离子水中，其中，醋酸锌、尿素和p123的摩尔比为0.05:1:0.002，然后再空气中搅拌2小时至完全溶解，形成无色溶液；利用冰醋酸调节溶液ph值在5.0±0.2范围内；将溶液移至聚四氟乙烯内衬的晶化釜内，90℃晶化24小时，得到稳定均一的乳白色浆液；将乳白色浆液进行离心分离，在室温中进行干燥，得到白色固体粉末；将白色固体粉末置于马弗炉中，在350℃下进行焙烧30min，得到纳米氧化锌粉末。

实施例4

首先将醋酸锌，尿素，表面活性剂p123溶于去离子水中，其中，醋酸锌、尿素和p123的摩尔比为0.05:1:0，然后再空气中搅拌2小时至完全溶解，形成无色溶液；利用冰醋酸调节溶液ph值在5.0±0.2范围内；将溶液移至聚四氟乙烯内衬的晶化釜内，90℃晶化24小时，得到稳定均一的乳白色浆液；将乳白色浆液进行离心分离，在室温中进行干燥，得到白色固体粉末；将白色固体粉末置于马弗炉中，在375℃下进行焙烧30min，得到纳米氧化锌粉末。

实施例5

首先将醋酸锌，尿素，表面活性剂p123溶于去离子水中，其中，醋酸锌、尿素和p123的摩尔比为0.05:1:0.001，然后再空气中搅拌2小时至完全溶解，形成无色溶液；利用冰醋酸调节溶液ph值在5.0±0.2范围内；将溶液移至聚四氟乙烯内衬的晶化釜内，90℃晶化24小时，得到稳定均一的乳白色浆液；将乳白色浆液进行离心分离，在室温中进行干燥，得到白色固体粉末；将白色固体粉末置于马弗炉中，在375℃下进行焙烧30min，得到纳米氧化锌粉末。

实施例6

首先将醋酸锌，尿素，表面活性剂p123溶于去离子水中，其中，醋酸锌、尿素和p123的摩尔比为0.05:1:0.002，然后再空气中搅拌2小时至完全溶解，形成无色溶液；利用冰醋酸调节溶液ph值在5.0±0.2范围内；将溶液移至聚四氟乙烯内衬的晶化釜内，90℃晶化24小时，得到稳定均一的乳白色浆液；将乳白色浆液进行离心分离，在室温中进行干燥，得到白色固体粉末；将白色固体粉末置于马弗炉中，在375℃下进行焙烧30min，得到纳米氧化锌粉末。

本方法通过调节导向剂p123的用量和焙烧温度，对氧化锌的比表面积和生长方向进行控制，可使制得的氧化锌具有高比表面积、颗粒均匀、减少团聚等优点，从而满足氧化锌在天然气和油品中的深度脱硫要求。

如图1所示：通过xrd图可知，氧化锌的(100)晶面强度明显高于(001)晶面，说明普通氧化锌沿着(100)晶面优先生长；

如图2所示：通过xrd图可知，氧化锌(100)晶面强度与(001)晶面相近，说明通过调控焙烧温度和引入导向剂p123，可以影响纳米氧化锌的晶面生长方向；

如图3所示：通过sem图可知，通过此方法制得，氧化锌片层进行二次组装，呈花状结构，具有较高的比表面积，增加了反应的活性位点数量，从而具有较高的脱硫活性。