一种超细氧化锌粉体的制备方法

摘要

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为淀粉5‑10％、淀粉酶0.2‑0.8％、剩余为水；第二步，将第一步制备的悬浮液放入压力釜中加热升温至60‑80℃，之后再搅拌20‑50分钟；第三步，向第二步中的压力釜中加入粗颗粒氧化锌粉5‑15％，使其浓度达10％，之后进行冷却至0℃以下，第四步，通过臭氧发生器向压力釜内的悬浮液通入臭氧，本发明制备方法简单、操作方便、与传统沉淀法制备超细氧化锌过程相比，不产生大量废水，不产生其他固体废弃物，所用的淀粉来源于天然，臭氧可通过臭氧发生器获得，不需要其他化学原材料，所得到产品粒径可控。

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化锌粉体的制备方法，具体涉及一种超细氧化锌粉体的制备方法。

背景技术

氧化锌粉体是一种常用的白色金属氧化物粉末。氧化锌白度好、折射率高、具有优异的遮盖性、导热性、抗菌和抗紫外线性能，广泛应用于橡胶、陶瓷、电力电子、国防、纺织、化妆等技术领域，其制备方法分为三类：即直接法(美国法)、间接法(法国法)和湿化学法。

直接法因首先出现在美国,又称“美国法”。其锌原在大于1000℃的高温下,被煤碳为主的含碳物质还原。之后将高温燃烧气中含有的锌蒸气和一氧化碳导入氧化设备,使锌单质完成氧化反应,再经过热交换器,冷却后进入分离器收集氧化锌成品。直接法生产的氧化锌颗粒的形貌为针状,尺度在微米级氧化锌产品。其优点是设备简单、成本较低、热的利用率高，但由于制备过程中没有纯化分离步骤，有一些杂质含在最终产品中,白度不好,纯度不高、颗粒尺寸和分布没有合理控制，进入市场的销售价格也就比较低；

间接法也称为“法国法”，因起源于法国。以间接法工业生产氧化锌粉体是先将金属锌锭在高温下熔融、蒸发成锌蒸气,通氧进一步氧化生成氧化锌粉体；其产品的纯度与所用的锌块纯度有关，这种方法制备的氧化锌尺度也在微米级，粒径分布很宽；

为了提高氧化锌的品质，人们采用了很多方法进行改进。湿法生产氧化锌是常见的一种方法。这类方法生产的氧化锌比表面积大，所以也有称其为活性ZnO。

常见的湿法氧化锌制备过程是是以锌盐，如硫酸锌ZnSO

奥地利有高纯度的氧化锌粗颗粒与二氧化碳在水和高温条件下反应制备碱式碳酸锌，然后再经煅烧制备超细氧化锌颗粒，粒径在0.05μm左右、分布窄。该法优点在于不会引入杂质离子，产品纯度高；不足之处是需要高纯二氧化碳气体不仅来源不便，而且需要压缩进料。

公开号CN105271363B公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，其是以粗颗粒氧化锌或金属锌为原料，通过加入草酸生成草酸锌沉淀，过滤得到草酸锌固体和有机酸，有机酸套用作为下溶解粗颗粒氧化锌或锌原料，草酸锌经煅烧得到颗粒均匀的氧化锌粉体，得到的氧化锌粉体粒径在50-140nm范围内可以通过原料配比调节。

其次还有一些研究论文报道了氧化锌的其他制备方法，如采用固相研磨法、微波场辐射加热法、高频感应加热法、等离子体加热法、电子束加热法和激光加热法、溅射法、超重力法、微乳液法等等，这些方法一般操作不便，不适合大规模生产，仅停留在实验阶段。

发明内容

本发明针对背景技术中的不足，设计一种利用可再生淀粉结合淀粉酶、臭氧、氧气制备出超细氧化锌粉体，此方法制备过程不需要水洗、没有液体废弃物和固体废弃物排放，产品粒径分布均匀，粒径大小可调，制备过程中不会产生过多的碳排放。

本发明的目的是通过如下途径实现的：

一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为淀粉5-10％、淀粉酶0.2-0.8％、剩余为水；第二步，将第一步制备的悬浮液放入压力釜中加热升温至60-80℃，之后再搅拌20-50分钟；第三步，向第二步中的压力釜中加入粗颗粒氧化锌粉5-15％，使其浓度达10％，之后进行冷却至0℃以下，第四步，通过臭氧发生器向压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到0.5-10mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至压力釜温度达80℃，再次搅拌6-8小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对压力釜内悬浮液进行过滤，过滤水作为下批次套用，过滤得到沉淀物放在80-150℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在450-650℃环境下煅烧1-8小时，即得到氧化锌超细粉体。

所述粗颗粒氧化锌粉体纯度大于99％。

所述淀粉为小麦淀粉、红薯淀粉或玉米淀粉，淀粉浓度为5-10％。

所述淀粉酶为α-淀粉酶或β-淀粉酶。

所述氧气为工业氧气，其纯度大于99％。

本发明的有益效果：

本发明制备方法简单、操作方便、与传统沉淀法制备超细氧化锌过程相比，不产生大量废水，不产生其他固体废弃物，所用的淀粉来源于天然，臭氧可通过臭氧发生器获得，不需要其他化学原材料，所得到产品粒径可控，在保证淀粉5-10％、淀粉酶0.2-0.8％、粗颗粒氧化锌粉5-15％、剩余为水的情况下，通过改变通入臭氧的浓度即可以改变超细氧化锌的平均粒径如表(1)所示，除此之外本发明整个过程绿色减排，环境友好。煅烧后，碳氢化合物全部烧净，不残留，最终产品杂质少，可满足日化、涂料、橡胶、电子、吸波材料等领域的应用。本发明淀粉酶的加入是为了便于后续淀粉的水解和氧化。本发明与公开号CN105271363B公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法相比，本发明由于原料采用淀粉、淀粉酶、水和粗颗粒氧化锌粉，与其相比制造成本更低，更加绿色环保。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为实施例2制得氧化锌超细粉体电镜照片。

图3为实施例3制得氧化锌超细粉体电镜照片。

图4为实施例6制得氧化锌超细粉体电镜照片。

图5为实施例8制得氧化锌超细粉体电镜照片。

图6为实施例11制得氧化锌超细粉体电镜照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为淀粉5-10％、淀粉酶0.2-0.8％、剩余为水；第二步，将第一步制备的悬浮液放入压力釜中加热升温至60-80℃，之后再搅拌20-50分钟；第三步，向第二步中的压力釜中加入粗颗粒氧化锌粉5-15％，使其浓度达10％，之后进行冷却至0℃以下，第四步，通过臭氧发生器向压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到0.5-10mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至压力釜温度达80℃，再次搅拌6-8小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对压力釜内悬浮液进行过滤，过滤水作为下批次套用，过滤得到沉淀物放在80-150℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在450-650℃环境下煅烧1-8小时，即得到氧化锌超细粉体，所述粗颗粒氧化锌粉体纯度大于99％，所述淀粉为小麦淀粉、红薯淀粉或玉米淀粉，淀粉浓度为5-10％，所述淀粉酶为α-淀粉酶或β-淀粉酶，所述氧气为工业氧气，其纯度大于99％。

实施例2

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为淀粉5％、淀粉酶0.2％、剩余为水；第二步，将第一步制备的悬浮液放入压力釜中加热升温至60℃，之后再搅拌20分钟；第三步，向第二步中的压力釜中加入粗颗粒氧化锌粉5％，使其浓度达10％，之后进行冷却至0℃以下，第四步，通过臭氧发生器向压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到2.5mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至压力釜温度达80℃，再次搅拌6小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对压力釜内悬浮液进行过滤，过滤水作为下批次套用，过滤得到沉淀物放在80℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在450℃环境下煅烧1-8小时，即得到氧化锌超细粉体，所述粗颗粒氧化锌粉体纯度大于99％，所述淀粉为小麦淀粉、红薯淀粉或玉米淀粉，淀粉浓度为5％，所述淀粉酶为α-淀粉酶或β-淀粉酶，所述氧气为工业氧气，其纯度大于99％。

实施例3

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为淀粉10％、淀粉酶0.8％、剩余为水；第二步，将第一步制备的悬浮液放入压力釜中加热升温至80℃，之后再搅拌50分钟；第三步，向第二步中的压力釜中加入粗颗粒氧化锌粉15％，使其浓度达10％，之后进行冷却至0℃以下，第四步，通过臭氧发生器向压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到10mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至压力釜温度达80℃，再次搅拌8小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对压力釜内悬浮液进行过滤，过滤水作为下批次套用，过滤得到沉淀物放在150℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在650℃环境下煅烧8小时，即得到平均粒径40-70nm的氧化锌超细粉体，所述粗颗粒氧化锌粉体纯度大于99％，所述淀粉为小麦淀粉、红薯淀粉或玉米淀粉，淀粉浓度为10％，所述淀粉酶为α-淀粉酶或β-淀粉酶，所述氧气为工业氧气，其纯度大于99％。

实施例4

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为淀粉8％、淀粉酶0.5％、剩余为水；第二步，将第一步制备的悬浮液放入压力釜中加热升温至70℃，之后再搅拌35分钟；第三步，向第二步中的压力釜中加入粗颗粒氧化锌粉10％，使其浓度达10％，之后进行冷却至0℃以下，第四步，通过臭氧发生器向压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到6mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至压力釜温度达80℃，再次搅拌7小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对压力釜内悬浮液进行过滤，过滤水作为下批次套用，过滤得到沉淀物放在110℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在550℃环境下煅烧4小时，即得到平均粒径90-120nm的氧化锌超细粉体，所述粗颗粒氧化锌粉体纯度大于99％，所述淀粉为小麦淀粉、红薯淀粉或玉米淀粉，淀粉浓度为7％，所述淀粉酶为α-淀粉酶或β-淀粉酶，所述氧气为工业氧气，其纯度大于99％。

实施例5

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为小麦淀粉29公斤、α-淀粉酶2.5公斤、水480公斤；第二步，将第一步制备的悬浮液放入1000升压力釜中加热升温至65℃，之后再搅拌30分钟；第三步，向第二步中的1000升压力釜中加入50公斤粗颗粒氧化锌粉，使其浓度达10％，之后进行冷却至-3℃，第四步，通过臭氧发生器向1000升压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到5mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至1000升压力釜温度达80℃，再次搅拌6小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对1000升压力釜内悬浮液进行过滤，过滤得到沉淀物放在105℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在650℃环境下煅烧4小时，即得到平均粒径120-140nm的的氧化锌超细粉体50公斤，得到过滤水447公斤，之后再补加水33公斤进行下一步套用，重复上述过程可得平均粒径为105纳米氧化锌超细粉体50公斤。

实施例6

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为玉米淀粉30公斤、β-淀粉酶3.57公斤、水480公斤；第二步，将第一步制备的悬浮液放入1000升压力釜中加热升温至70℃，之后再搅拌25分钟；第三步，向第二步中的1000升压力釜中加入50公斤粗颗粒氧化锌粉，使其浓度达10％，之后进行冷却至-2℃，第四步，通过臭氧发生器向1000升压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到8mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至1000升压力釜温度达80℃，再次搅拌6小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对1000升压力釜内悬浮液进行过滤，过滤得到沉淀物放在105℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在650℃环境下煅烧6小时，即得到平均粒径为75纳米的氧化锌超细粉体50公斤，得到过滤水445公斤，之后再补加水35公斤进行下一步套用，重复上述过程可得平均粒径为80纳米氧化锌超细粉体50公斤。

实施例7

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为红薯淀粉35公斤、α-淀粉酶4.0公斤、水480公斤；第二步，将第一步制备的悬浮液放入1000升压力釜中加热升温至72℃，之后再搅拌30分钟；第三步，向第二步中的1000升压力釜中加入50公斤粗颗粒氧化锌粉，使其浓度达10％，之后进行冷却至-5℃，第四步，通过臭氧发生器向1000升压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到4mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至1000升压力釜温度达80℃，再次搅拌7小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对1000升压力釜内悬浮液进行过滤，过滤得到沉淀物放在105℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在650℃环境下煅烧7小时，即得到平均粒径为125纳米的氧化锌超细粉体50公斤，得到过滤水442公斤，之后再补加水38公斤进行下一步套用，重复上述过程可得平均粒径为130纳米氧化锌超细粉体50公斤。

实施例8

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为小麦淀粉33公斤、α-淀粉酶2.2公斤、水480公斤；第二步，将第一步制备的悬浮液放入1000升压力釜中加热升温至70℃，之后再搅拌35分钟；第三步，向第二步中的1000升压力釜中加入50公斤粗颗粒氧化锌粉，使其浓度达10％，之后进行冷却至-4℃，第四步，通过臭氧发生器向1000升压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到9mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至1000升压力釜温度达80℃，再次搅拌7小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对1000升压力釜内悬浮液进行过滤，过滤得到沉淀物放在105℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在650℃环境下煅烧7小时，即得到平均粒径为60纳米的氧化锌超细粉体50公斤，得到过滤水440公斤，之后再补加水40公斤进行下一步套用，重复上述过程可得平均粒径为63纳米氧化锌超细粉体50公斤。

实施例9

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为红薯淀粉46公斤、β-淀粉酶4.1公斤、水480公斤；第二步，将第一步制备的悬浮液放入1000升压力釜中加热升温至72℃，之后再搅拌40分钟；第三步，向第二步中的1000升压力釜中加入50公斤粗颗粒氧化锌粉，使其浓度达10％，之后进行冷却至-3℃，第四步，通过臭氧发生器向1000升压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到3.5mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至1000升压力釜温度达80℃，再次搅拌8小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对1000升压力釜内悬浮液进行过滤，过滤得到沉淀物放在105℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在650℃环境下煅烧7小时，即得到平均粒径为145纳米的氧化锌超细粉体50公斤，得到过滤水441公斤，之后再补加水39公斤进行下一步套用，重复上述过程可得平均粒径为150纳米氧化锌超细粉体50公斤。

实施例10

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为红薯淀粉46公斤、α-淀粉酶3.9公斤、水480公斤；第二步，将第一步制备的悬浮液放入1000升压力釜中加热升温至76℃，之后再搅拌45分钟；第三步，向第二步中的1000升压力釜中加入50公斤粗颗粒氧化锌粉，使其浓度达10％，之后进行冷却至-1℃，第四步，通过臭氧发生器向1000升压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到9.5mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至1000升压力釜温度达80℃，再次搅拌7小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对1000升压力釜内悬浮液进行过滤，过滤得到沉淀物放在105℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在650℃环境下煅烧6小时，即得到平均粒径为50纳米的氧化锌超细粉体50公斤，得到过滤水439公斤，之后再补加水41公斤进行下一步套用，重复上述过程可得平均粒径为53纳米氧化锌超细粉体50公斤。

实施例11

本发明公开了一种超细氧化锌粉体的制备方法，包括如下步骤，第一步，配备悬浮液，所述悬浮液组成成分为小麦淀粉36公斤、α-淀粉酶3.2公斤、水480公斤；第二步，将第一步制备的悬浮液放入1000升压力釜中加热升温至73℃，之后再搅拌35分钟；第三步，向第二步中的1000升压力釜中加入50公斤粗颗粒氧化锌粉，使其浓度达10％，之后进行冷却至-3℃，第四步，通过臭氧发生器向1000升压力釜内的悬浮液通入臭氧，待臭氧浓度达到5.6mg/L，再向其内通入氧气使其压力达30atm，关闭阀门，之后搅拌缓慢升温至1000升压力釜温度达80℃，再次搅拌7小时；第五步，待第四步搅拌反应结束后，对1000升压力釜内悬浮液进行过滤，过滤得到沉淀物放在105℃环境下进行干燥脱水得白色粉体；第六步，将第五步干燥获得的白色粉体放在650℃环境下煅烧7小时，即得到平均粒径为95纳米的氧化锌超细粉体50公斤，得到过滤水442公斤，之后再补加水38公斤进行下一步套用，重复上述过程可得平均粒径为100纳米氧化锌超细粉体50公斤。

注：为了审查员能更直观了解本发明，本实施例5至实施例11将悬浮液组成成分和粗颗粒氧化锌粉换算成具体数值。

总重＝淀粉+淀粉酶+水+粗颗粒氧化锌粉

淀粉％＝淀粉/总重*100％

淀粉酶％＝淀粉酶/总重*100％

粗颗粒氧化锌粉％＝粗颗粒氧化锌粉/总重*100％

注：说明书附图中200nm指的是标尺长度。