锌焙砂制备七水合硫酸锌.docx

柑桔果皮中天然产物的提取和评价实验七锌焙砂制备七水合硫酸锌、超细氧化锌以及含量的测定和应用 指导老师：翁永根老师院系专业：化学化工学院应用化学 姓名学号：侯明昌 201369503111姜威 201369503112李传慧 201369503113 组号： 五组 9由锌焙砂制备七水合硫酸锌、超细氧化锌以及含量的测定和应用目录锌焙砂制备七水合硫酸锌、超细氧化锌以及含量的测定和应用综述3前言3第一章 简介31.1 七水硫酸锌3第二章 应用42.1 七水合硫酸锌42.2 氧化锌4第三章 七水合硫酸锌、超细氧化锌的制备63.1 七水合硫酸锌的制备63.1.1 传统方法63.1.2 全湿化学法63.2 超细氧化锌的制备63.2.1 物理法63.2.2 化学法73.2.3本实验的方法和原理8第四章 七水合硫酸锌及超细氧化锌的含量测定方法8第五章 研究情况及进展8参考文献9锌焙砂制备七水合硫酸锌、超细氧化锌以及含量的测定和应用综述前言：以锌焙砂为原料，经氨浸，沉锌，干燥，煅烧等工序制取了活性氧化锌采用正交设计确定制备过程的最佳技术条件，本文主要介绍氧化锌的制备及产品分析，分别从它的制作步骤和产品的定性分析和含量测定等方面描述。第一章 简介1.1 七水硫酸锌 七水硫酸锌是一种化学物质，它的俗称有锌矾、皓矾。分子式是ZnSO47H2O 分子量为287.56.物理性质:易溶于水，微溶于乙醇。干燥空气中逐步风化，39。C时失去一个结晶水。在280.C时，则脱水为无水物，加热至717.C时则分解为ZnO和SO3.。无色晶体，小针状或粒状晶体粉末，无臭涩的金属味道在空气中会风化。1.2 氧化锌氧化锌为白色粉末或六角晶系结晶体。无嗅无味，无砂性。受热变为黄色，冷却后重又变为白色加热至1800时升华。遮盖力是二氧化钛和硫化锌的一半。着色力是碱式碳酸铅的2倍1。溶于酸、浓氢氧化碱、氨水和铵盐溶液，不溶于水、乙醇。氧化锌是一种著名的白色的颜料，俗名叫锌白。它的优点是遇到H2S气体不变黑，因为ZnS也是白色的。在加热时，ZnO由白、浅黄逐步变为柠檬黄色，当冷却后黄色便退去，利用这一特性，把它掺入油漆或加入温度计中，做成变色油漆或变色温度计。因ZnO有收敛性和一定的杀菌能力，在医药上常调制成软膏使用，ZnO还可用作催化剂。2氧化锌是一种重要而且使用广泛的物理防晒剂，屏蔽紫外线的原理为吸收和散射。氧化锌属于N型半导体，价带上的电子可以接受紫外线中的能量发生跃迁，这也是它们吸收紫外线的原理。而散射紫外线的功能就和材料的粒径相关，当尺寸远小于紫外线的波长时，粒子就可以将作用在其上的紫外线向各个方向散射，从而减小照射方向的紫外线强度。此外，如果这原料的粒径过大，涂在皮肤上会出现不自然的白化现象。因此纳米级微粒与通常尺寸相比有着显着的优势。纳米氧化锌是稳定的化合物，可以提供广谱的紫外保护（UVA和UVB），同时还有抗菌和抗炎的作用，几乎在各国对防晒剂的评价中都是目前为止最安全有效的成分。但它们特别小的尺寸，使得它们有更高的化学活性，也可能被人体吸收，从而对人体和环境有着潜在的危害，因此对于纳米级氧化锌的使用还存在着很大的争议。比如欧盟在2004年的时候说纳米氧化锌会被吸收，而且可能会引起DNA损伤。澳大利亚在2006年一份综述中称不认为纳米粒子在皮肤中有吸收。而美国DNA1999年批准氧化锌的使用，但认为纳米氧化锌存在安全问题而不允许使用，而在2006年批准纳米氧化锌作为一个新的有效成分。纳米微粒最令人担忧的地方就是它会释放出自由基，这会增加氧化压力，从而损伤体内的蛋白、酯类和DNA。钛产生的氢氧自由基可能会对DNA和细胞产生损伤，锌产生氢氧自由基可能会损害皮肤中的DNA和细胞结构。另外，当你抹了防晒霜洗脸或是游泳，又或者是使用带防晒系数的唇膏，就存在着很大的可能将其中含有的纳米级的防晒剂直接通过吃下去，这样人体是可以直接吸收的。有研究表明肠子能够吸收二氧化钛粒子的直径在150-500nm（略高于纳米水平，相当于微米粒子，这种尺寸的粒子防晒剂中也有使用），随后这些粒子还可以到达肝脏和脾脏。关于纳米粒子是否能通过皮肤直接进入血液还存在争议。通过在动物和人手上的实验表明，纳米氧化锌有1.5-2.3%的吸收。但也有人认为人手上的皮肤远比嘴唇、眼睑、大腿内侧、腋下等地方要厚实的多，而且如果皮肤破损处的吸收状况也会不同，很快下结论这种粒子几乎零吸收是过于草率的，缺乏更多的实验证据。3 第二章 应用2.1 七水合硫酸锌七水合硫酸锌是制造锌钡白和锌盐的主要原料，也可用作印染媒染剂，木材和皮革的保存剂，医药催吐剂。还可用于防止果树苗圃的病害和制造电缆。也是生产粘胶纤维和维尼纶纤维的重要辅助原料。在电镀和电解工业中也有应用。七水硫酸锌广泛应用于人造丝制造食品补充动物饲料媒染剂，木材防腐剂。2.2 氧化锌氧化锌是橡胶和轮胎工业必不可少的添加剂，也用作天然橡胶、合成橡胶及胶乳的硫化活性剂和补强剂以及着色剂。如果将普通氧化锌制成纳米氧化锌用于橡胶中，则可以充分发挥硫化促进作用，提高橡胶的性能，其用量仅为普通氧化锌的30%50%。氧化锌表面积研究是非常重要的，氧化锌表面积检测数据只有采用bet方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点bet法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以bet测试方法为基础的，请参看我国国家标准（gb/t 19587-2004）-气体吸附bet原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。f-sorb 2400比表面积分析仪是真正能够实现bet法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的f-sorb 2400比表面积分析仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。在化学工业中，氧化锌被广泛用作催化剂、脱硫剂，如合成甲醇时作催化剂，合成氨时作脱硫剂；纳米氧化锌的表面高活性可以提高催化剂的选择性能和催化效率，具有广泛的潜在应用市场。在涂料工业中，氧化锌除了具有着色力和遮盖力外，又是涂料中的防腐剂和发光剂；此外，纳米氧化锌优异的紫外线屏蔽能力使其在涂料的抗老化等方面具有更加突出的特性。在医药卫生和食品工业中，氧化锌具有拔毒、止血、生肌收敛的功能，也用于橡皮膏原料，而且对于促进儿童智力发育具有帮助；纳米氧化锌用于食品卫生行业的需求在逐步扩大，但是产品要求也比较严格，尤其是有害的重金属元素含量。 在玻璃工业中，氧化锌用在特种玻璃制品中；在陶瓷工业中，氧化锌用作助熔剂；在印染工业中，氧化锌用作防染剂；纳米氧化锌由于颗粒细、活性高，可以降低玻璃和陶瓷的烧结温度，此外利用纳米氧化锌制备的陶瓷釉面更加光洁，而且具有抗菌、防酶、除臭等功效。在电子工业中，氧化锌既是压敏电阻的主原料，也是磁性、光学等材料的主要添加剂。采用纳米氧化锌制备压敏电阻，不仅具有较低的烧结温度，而且压敏电阻性能得到提高，如通流能力、非线性系数等。纳米氧化锌在光学器件中的应用将随着纳米氧化锌光学性能的深入研究会取得比较大的突破。 氧化锌是一种白色或微带黄色的细微粉末，易分散在橡胶和乳胶中，是天然橡胶、合成橡胶的补强剂，活性剂及硫化剂，也是白色胶料的着色剂和填充剂。胶料中加入活性氧化锌后，能使橡胶具有良好的耐磨性，耐撕裂性和弹性。用于油漆、油墨、漆布的着色，印染工业用的印花防染剂，在火柴工业中用于中和牛皮胶的酸性，增加胶粘效果，医药工业用作橡皮膏的原料，此外也用于颜料锌铬黄、醋酸锌、碳酸锌、氯化锌等的制造，合成甲醇的催化剂，合成氨的脱硫剂，玻璃和釉料生产，颗粒细的活性氧化锌（粒径0.1um左右）可用作聚烯烃和聚氯乙烯等塑料的光稳定剂，氧化锌也用于压敏、光催化、光电极、涂料、彩电显影等领域。 氧化锌作白色颜料。由于活性氧化锌具有良好的活化性能，在橡胶制品中得到了越来越广泛的应用，如在v型带中不仅能等量代替普通的氧化锌，且能减少1/21/3的用量，使橡胶的各种性能指标稳定，硫化性能不受影响，降低了生产成本。细粒的氧化锌可用作医药品。由于氧化锌对紫外线吸收能力强，人们越来越重视氧化锌在化妆品的应用，如开发的粒径为0.010.04um的氧化锌微粒子，其紫外线的吸收率、透明度均比历来用的二氧化钛微粒子好。 用透明氧化锌做的涂膜可有效地防止涂膜变色。这种氧化锌除作化妆品外，还可用作汽车漆、家具建筑材料、油墨、油彩的原料，也可用于橡胶、塑料的防老化剂。最近开发的食品包装透明薄膜就是将透明氧化锌涂覆在聚乙烯薄膜上，既可提高塑料薄膜的抗紫外线能力，同时也保护了食品的质量。随着高新技术的发展，人们正在开发利用作为金属、陶瓷的补强材料的氧化锌晶须材料及陶瓷、塑料过滤膜用材料、气体传感元件、电磁屏蔽材料和大比表面积的氧化锌材。第三章 七水合硫酸锌、超细氧化锌的制备3.1 七水合硫酸锌的制备3.1.1 传统方法 以闪锌矿为原料生产硫酸锌，通常是经过焙烧、浸取、除杂、蒸发浓缩、冷却结晶得到产品。这种方法的缺点在于：闪锌矿在焙烧过程中产生大量的烟尘和二氧化硫气体，致使劳动条件恶化，并造成环境污染；有的厂家用碱液回收二氧化硫，这又需要增加庞大的净化除尘设备。使生产成本增加；另外，闪锌矿在高温煅烧过程中，一部分锌能生成溶解度很小的铁酸锌，致使原料利用率降低。 3.1.2 全湿化学法 以闪锌矿为原料，用硫酸和硫酸铁溶液作浸取剂，经直接全湿化学法制备七水合硫酸锌。在该方法中，用铁屑作还原剂除去溶液中过量的酸和没反应的三价铁的阳离子，大部分绿矾从溶液中结晶析出之后，以空气的氧作为氧化剂，以聚丙烯酰胺作为絮凝剂，用针铁矿法除去剩余的三价铁，用CS2回收残渣中的硫。和传统方法相比，此方法不但具有生产成本低，产品质量稳定等特点，而且不会因为焙烧闪锌矿产生二氧化硫而造成环境污染。3.2 超细氧化锌的制备3.2.1 物理法 物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。、物理法制备纳米氧化锌存在着耗能大 ,产品粒度不均匀,甚至达不到纳米级,产品纯度不高等缺点,工业上不常采用,发展前景也不大。 3.2.2 化学法 化学法具有成本低 ,设备简单 ,易放大进行工业化生产等特点。主要分溶胶-凝胶法、醇盐水解法、直接沉淀法、均匀沉淀法、水热法等。 （1）溶胶-凝胶 溶胶-凝胶法制备纳米粉体【4】的工作开始20世纪60年代,它是以金属醇盐Zn(OR)2为原料 ,在有机介质中对其进行水解、缩聚反应 ,使溶液经溶胶化得到凝胶 ,凝胶再经干燥、煅烧成粉体的方法。此法生产的产品粒度小、纯度高、反应温度低(可以比传统方法低 400500),过程易控制;颗粒分布均匀、团聚少、介电性能较好。但成本昂贵 ,排放物对环境有污染 ,有待改进。（2）醇盐水解法 醇盐水解法是利用金属醇盐在水中快速水解,形成氢氧化物沉淀 ,沉淀再经水洗、干燥、煅烧而得到纳米粉体的方法。该法突出的优点是反应条件温和,操作简单。缺点是反应中易形成不均匀成核 ,且原料成本高。例如以Zn(OC2H5)2为原料，发生以下反应: Zn(OC2H5)2 +2H2O Zn(OH)2 +2C2H5OH Zn(OH)2 ZnO + H2O （3）直接沉淀法 直接沉淀法是制备纳米氧化锌广泛采用的一种方法。其原理是在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中加人沉淀剂,在一定条件下生成沉淀并使其沉淀从溶液中析出,再将阴离子除去 ,沉淀经热分解最终制得纳米氧化锌。其中选用不同的沉淀剂,可得到不同的沉淀产物。就资料报道看 ,常见的沉淀剂为氨水、碳酸氢铵、尿素等。直接沉淀操作简单易行,对设备 技术要求不高,产物纯度高,不易引人其它杂质,成本较低但是,此方法的缺点是洗涤沉淀中的阴离子较困难,且生成的产品粒子粒径分布较宽。因此工业上不常用。 （4）均匀沉淀法 均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶微粒从溶液中缓慢地、均匀地释放出来。所加入的沉淀剂并不直接与被沉淀组分发生反应,而是通过化学反应使其在整个溶液中均匀缓慢地析出。常用的均匀沉淀剂有尿素(CO(NH2)2)和六亚甲基四胺(C6H12N3)。所得粉末粒径一般为860nm。由此可看出,均匀沉淀法得到的微粒粒径分布较窄,分散性好,工业化景佳,是制备纳米氧化锌的理想方法。 （5）水热法 水热法最初是用来研究地球矿物成因的一种手段,它是通过高压釜中适合水热条件下的化学反应实现从原子、分子的微粒构筑和晶体生长。该法是将双水醋酸锌溶解在二乙烯乙二醇中,加并不断搅拌以此得到氧化锌,再经过在室温下冷却,用离心机将水分离最终得到氧化锌粉末。此法制备的粉体晶粒发育完整,粒径小且分布均匀,团聚小,在烧结过程中活性高。但缺点是设备要求耐高压,能量消耗也很大,因此不利于工业化生产。3.2.3本实验的方法和原理本实验以锌砂焙和硫酸为主要原料，制备七水合硫酸锌，以碳酸氢铵为沉淀剂，采用碳式碳酸锌分解法制备活性氧化锌。第四章 七水合硫酸锌及超细氧化锌的含量测定方法测定硫酸锌或者氧化锌含量采用配位滴定法，用NH3-NH4Cl缓冲溶液控制溶液pH=10，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定。硫酸锌含量的测定通常有两种方法：一是采用重量法测定SO42-的含量；二是采用容量法测定Zn2+的含量，由锌砂焙制取硫酸锌时，因为有钙、镁离子的干扰，在pH=10的缓冲溶液下，以铬黑T作指示剂，用0.1MEDTA标准溶液滴定，发现变色终点不明显，在乙酸-乙酸钠缓冲溶液下，钙镁离子不与EDTA络合从而消除了它们的干扰，采用二甲酚橙指示剂，用0.1MEDTA标准溶液滴定制备的硫酸锌溶液从紫红色变为亮黄色有敏锐的变色终点。第五章 研究情况及进展 目前,国内外就纳米氧化锌的研究报道很多3-9.日本、美国、德国、韩国等都做了很多工作.德国拜耳公司，首先向市场提供纳米氧化锌产品,之后又出现比利时的产品,而目前的主要供货厂家却来自日本和美国,其中日本处于领先地位.国内纳米氧化锌的研究起步较晚.但近年来由于工业和技术的进步,以及国内专家的高度重视,“863”计划和“攀登”计划等的列入,促使纳米氧化锌的较快发展.,随着高科技的迅速发展和对合成新材料的迫切需要,纳米氧化锌的开发研究必将日益受到人们的高度重视.虽然,目前对纳米氧化锌的研究已取得不少成果,新的制备工艺不断提出并得到应用,但仍存在一些关键技术问题需进一步研究解决. (1)对合成纳米氧化锌的过程机理缺乏深入的研究,对控制微粒的形状、分布、粒度、性能及团聚体的控制与分散等技术的研究还很不够.(2)工艺的稳定性、质量可重复性的控制及纳米粉体的保存、运输技术问题.(3)现有的制备技术还不成熟,对工艺条件的研究还不够,已取得的成果大都停留在实验室和小规模生产阶段,对生产规模扩大时将涉及的问题,目前研究的很少.(4)对纳米氧化锌的合成装置缺乏工程研究,能够进行工业化生产的设备有待进一步研究和改进.(5)深入对纳米氧化锌材料的性能测试和表征手段急需改进。 存在的问题：纳米氧化锌是一种应用广泛的纳米材料,从纳米氧化锌粉体、晶须到薄膜的应用研究,广大科研人员倾注了极大的热情,取得了一些进展,然而,需要做的工作依然很多。纳米氧化锌的应用研究同其他纳米材料一样还处于初级阶段,如何寻找纳米氧化锌与传统领域融合的切入点和突破口,是推动纳米氧化锌应用研究的关键。纳米氧化锌作为一种良好的光催化,可用于抗菌消毒、屏蔽紫外线等,但目前的研究中还存在一些问题:反应机理的研究缺乏中间体的鉴定;用于公共设蓝的杀菌技术f新型的半导体复合催化剂的开发;多元复杂组分有机物体系的考察,目前的报道大多为单一组分考察;大型工业化的光催化氧化反应器的设计光催化剂的寿命、中毒、再生与回收。纳米氧化锌的半导体性能研究发现,制造纳米氧化锌材料的声学和电子仪器前景十分诱人,并知道纳米氧化锌具有PN结特性和光发射性能,但其机理目前尚不清楚。氧化锌载流子的输运特性直接影响到其复合速率和光激发的速率,对氧化锌及其掺杂材料的载流子输运特性的研究关系到器件的实用化。氧化锌材料对缺陷的忍耐力很