实验8---四氢邻苯二甲酸锌热分解法制备纳米氧化锌.doc

材料化学实验（1）实验 四氢邻苯二甲酸锌热分解法制备纳米氧化锌纳米级氧化锌与普通的氧化锌相比，具有许多特殊的性能，应用前景十分广阔。目前，制备纳米氧化锌的方法很多，其中采用有机酸锌络合物的热分解法来制备尤为突出，这些有机酸锌络合物主要有：酒石酸或乙二胺四乙酸锌、草酸锌、茶多酚锌盐等。以四氢邻苯二甲酸酐为原料，采用均匀沉淀法制备了四氢邻苯二甲酸锌络合物。为扩展四氢邻苯二甲酸锌络合物的应用，研究了其热分解产物的性能，通过加热分解制备出粒度均匀、分散性好的纳米氧化锌。由于四氢邻苯二甲酸酐不仅具有沉淀率高、反应易进行的优点，更为值得注意的是它无毒无害，而且价格便宜容易获得。这种方法适合大量生产，有利于工业化，有广泛的推广和应用价值。1 实验部分11 原料与试剂四氢邻苯二甲酸酐C8 H8O3（质量分数为999，熔点为99 102 ，文献值为99102 ；)Zn(CH3 COO)22H2O为分析纯；氨水：分析纯；二次蒸馏水。12 纳米ZnO的制备1 取01 mol的C8 H8O3 溶于水，在搅拌下缓慢滴加浓度为1412 mol/L的氨水溶液，调节pH为6.5 7。2 继续搅拌下加入含有01 mol Zn(CH3 COO)22H2O 的水溶液，此时反应液中析出大量的白色沉淀，3 然后冷却，抽滤，用热水洗涤白色沉淀3次，再用冷水洗涤3次。所得白色沉淀Zn(C8 H8O4)xH2O ；4 在空气中自然风干，计算收率(大约88.6)。5 将干燥后的Zn(C8 H8O4)xH2O在500 下焙烧，所得产物为淡黄色的纳米氧化锌。2 结果与讨论21 热重分析合成Zn(C8H8O4) 理论上是将Zn2+ 与(C8H8O4 ) 2-一按照摩尔比为1.0进行反应，目标产物为Zn(C8H8O4)。采用热重分析方法可以验证其分子式。首先拟定最终产物的分子式为 Zn(C8 H8O4)xH2O ，然后由热重曲线上第一阶段失重率(25300)如图1所示，即结晶水失重率，可计算出 x 值为2。在493 最终分解产物为氧化锌。根据热重分析数据Zn(C8 H8O4)2H2O热分解最终剩余氧化锌质量分数的实验值为30.29 ，Zn(C8 H8O4)2H2O中氧化锌质量分数的计算值为30.01 ，实验值与计算值基本吻合，证明了所拟定化学式是正确的。22 红外光谱分析图2所示曲线分别为THPA 和前驱体Zn(C8 H8O4)2H2O的红外谱图。在THPA的红外谱图中，1 701 cm -1处存在 -COOH 中的C O键强吸收峰，而在前驱体Zn(C8 H8O4)2H2O的谱图中，1 701 cm -1 处的吸收峰完全消失了。这说明反应中-COOH与金属离子完全络合，即Zn(C8 H8O4)2H2O中无 -COOH。图3中，a、b分别为500 (0.5 h)、500 (1.0 h)下煅烧所得产物的红外谱图，C为市售ZnO的红外谱图。焙烧温度和焙烧时间对ZnO粒径(直径)影响较大，在一定温度下晶粒粒径随着焙烧时间的延长而增长。 从图3分析发现，随品粒减小，Zn-O 键特征吸收峰明宽化，这是纳米化的特征。 另外，c样的Zn-O 键伸缩振动特征峰显现精细结构，分裂成435 cm -1 和49l cm -1 两个峰；随晶粒粒径减小(b样)，特征键的振动精细结构消失，主峰由435 cm -1红移到430 cm -1 ；晶粒粒径进一步减小(a样)，主峰又由430 cm -1 红移到427 cm -1 。事实上，纳米材料红外吸收光谱的变化是表面效应、量子效应及晶体场效应等多种因素综合作用的结果，其中表面效应产生的大量悬键与量子效应使吸收峰发生蓝移，而表面效应引起的晶格膨胀与晶体场效应使吸收峰红移。不同纳米晶的红外光谱呈现红移、蓝移、双移并存及宽化劈裂等现象只是影响吸收峰变化的主导因素不同所致 。分解产物氧化锌的红外光谱中已观察不到C-H 键和C-O 键的伸缩振动吸收峰，表明络合物分解较为彻底。结论：以二水合醋酸锌(Zn(CH3COO)22H2O)和四氢邻苯二甲酸酐为原料，采用均匀沉淀法制备了四氢邻苯二甲酸锌络合物。通过热重和红外光谱分析对所制得的锌络合物的组成进行了表征。热重及红外的分析结果表明，锌络合物的分子式为Zn(C8 H8O4)2H2O，且由热重测得其无水络合物zn( H8O4)的起始分解温度为377 ，在493 时的最终分解产物为ZnO。得到了由四氢邻苯二甲酸锌络合物热分解制备纳米氧化锌的新途径。利用红外光谱、X射线衍射仪和透射电子显微镜共同分析了在500 下焙烧Zn(C8 H8O4)2H2O (时间分别为05 h和10 h)的产物，证明产物是纳米氧化锌晶粒，且晶粒粒径(直径)为3040 nm。四氢邻苯二甲酸酐名称：四氢邻苯二甲酸酐，四氢化邻苯二甲酸酐，四氢苯酐，四氢酞酐，THPA。CAS No：935-79-5分子式：C8H8O3分子量：152.16性质：溶于苯、丙酮等，有吸湿性。比重1.20。用途：用于涂料、环氧树脂固化剂、聚酯树脂、胶粘剂、增塑剂、农药等。外观： 白色片状固体熔点： 991内次甲基四氢邻苯二甲酸酐又称甲撑邻苯二甲酸酐，简称NA，分子量1