纳米氧化锌的制备实验报告

1、.纳米ZnO2的制备 实验报告 班级：应091-4组号：第九组指导老师：翁永根老师成员：任晓洁 2 邵 凯 2 孙希静 2【实验目的】1. 了解 纳米氧化锌的基本性质及主要应用2. 通过本实验掌握纳米氧化锌的制备方法3. 对于纳米氧化锌的常见产品掌握制备原理和方法，并学会制备简易产品。4. 通过本实验复习并掌握EDTA溶液的配制和标定，掌握配位滴定的原理，方法，基准物质的选择依据以及指示剂的选择和pH的控制。5. 掌握基础常用的缓冲溶液的配制方法和原理。6. 加深对实验技能的掌握及提高查阅文献资料的能力。【实验原理】1. 超细氧化锌是一种近年来发展的新型高功能无机产品，晶体为六方结构，其颗粒大

2、小约在1100纳米。纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的特殊的性质，呈现表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景。2. 纳米氧化锌的制备方法主要有：水热法，均相沉淀法，溶胶一凝胶法，微乳液法，直接沉淀法3. 本工艺

3、是将锌焙砂（主要成份是ZnO，主要伴生元素及杂质为铁，铜，铅，镍，铬，镍，此外，还含有其它微量杂质，因而用锌焙砂直接酸浸湿法生产活性氧化锌，必须利用合理的酸浸及除杂工艺，分离铅，脱铁、锰，除钙、镁等重金属）与硫酸反应，生产出粗制硫酸锌，加高锰酸钾、锌粉等，经过提纯得到精制硫酸锌溶液后，再经碳化母液沉淀，制得碱式碳酸锌，最后经烘干，煅烧制成活性氧化锌成品。4. 氧化锌含量的测定采用配位滴定法测定，用NH3-NH4Cl缓冲溶液控制溶液pH10,以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定，其主要反应如下：在氨性溶液中： Zn2+4NH3Zn(NH3)42+加入EBT（铬黑T）时： Zn(NH3)4

4、2+EBT（蓝色）Zn-EBT（酒红色）+4NH3滴定开始-计量点前： Zn(NH3)42+EDTAZn-EDTA+4NH3计量点时： Zn-EBT（酒红色）+EDTAZn-EDTA+EBT（蓝色）5.活性ZnO的应用： 因为活性ZnO具有抗菌，除臭以及除异味等多种作用，本实验制备系列产品，看是否具有除异味的功效，在活性氧化锌中掺杂一定量的银，对常见皮肤病有一定的治疗功效，制备治疗脚气的产品。【实验仪器及试剂】1. 实验仪器：分析天平，托盘天平，玻璃棒，水浴锅，布氏漏斗，吸滤瓶，滤纸，真空泵，温度计，电热套，烧杯（400ml一个，250ml两个，100ml一个，50ml一个），锥形瓶（250m

5、l两个）洗瓶，pH试纸（1-14），蒸发皿，石棉网，胶头滴管，碱式滴定管，高温炉，烘箱，蒸发皿，容量瓶（250ml），25ml的移液管，注射用玻璃瓶两个，喷雾式塑料瓶一个。2. 实验试剂：锌焙砂，锌粉，ZnO，H2SO4溶液(3molL)，KMnO4溶液（0.1 molL），NH4HCO3(s)，EDTA标准溶液（0.01795 molL），HCl溶液（0.1 molL），铬黑T指示剂，NH3H2O(25%-28%),NH3-NH4Cl缓冲溶液(pH10),80%水合肼，AgNO3溶液（1molL），CaCO3(s)，滑石粉，凡士林，TiO2成品（s），蒸馏水。【实验步骤】一 活性ZnO的制备

6、1. 酸解：（1） 称取10g锌焙砂于150ml的锥形瓶中，加入35ml3molL的H2SO4溶液，置于80的水浴锅中加热反应50min，每隔1-2min摇晃一下，保证反应的均匀性，反应完毕后向锥形瓶内加入15ml蒸馏水，将锥形瓶放在电炉上加热煮沸后减压过滤。（2） 将滤纸上的残渣洗涤干燥后称重，将滤液转移至另一干净的锥形瓶内。2. 除铁：（1） 向滤液中加入0.1 molL的 KMnO4溶液至溶液颜色不在变化，将溶液中存在的Fe2+离子氧化为Fe3+离子。（2） 调节溶液pH：向溶液中加入适量的ZnO调节溶液pH值为5左右。（加入的ZnO的质量要记录，因为计算产量时要将加入的ZnO的量除去）

7、加热煮沸3min左右，减压过滤除去溶液中的Fe3+离子。将滤液转移至干净的烧杯中。3. 除重金属离子：（1） 向所得滤液中加入0.1g锌粉，将烧杯置于80的水浴锅中搅拌10min，减压过滤。（2） 将所得滤液转移至干净的400ml的烧杯中。4. 制备ZnO：（1） 向所得滤液中加入适量蒸馏水至溶液的总体积到100ml（2） 在温度低于35的条件下向溶液中分批加入9g NH4HCO3(s)并不断搅拌10min，减压过滤，充分洗涤滤饼，以保证其他杂质离子能够除干净。（3） 将所得滤饼转移至蒸发皿上置于240的烘箱内烘干。（4） 将成品置于高温炉内煅烧两小时（5） 将煅烧后的ZnO称重，计算产量。二

8、 活性ZnO的含量测定以及应用1. ZnO的定量分析(1) 用分析天平准确称取0.4g氧化锌产品于50ml的小烧杯中，用0.1 molL的盐酸溶解，溶解后完全定量转移至250ml的容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。(2) 用25ml的移液管移取配置好的Zn2+溶液于250ml的锥形瓶中，用胶头滴管滴加25%-28%的 NH3H2O至溶液中刚好出现白色沉淀为止，加入10ml NH3-NH4Cl缓冲溶液，调节溶液pH值到10左右，摇匀，加入20ml蒸馏水，滴加三滴铬黑T指示剂，振荡摇匀，用已标定的准确浓度的EDTA标准溶液滴定，记录消耗的EDTA溶液的体积，(3) 平行滴定两次，并且做空白组。(

9、4) 计算制备产品活性氧化锌的含量。2. ZnO制备除异味产品和治疗脚气的产品称取一定量的ZnO产品按照ZnO：Ag=50:1的比例加入一定量的1molL 的AgNO3溶液，在水浴上挥发至干，加入3-4ml的水合肼，在水浴上挥发至干即得到制备治疗脚气以及除异味的产品原料。放入研钵中充分研磨，待用。（1）除异味产品制备：取上述制备的产品原料适量于烧杯中，加入定量的蒸馏水配制成5%的溶液，用玻璃棒充分搅拌，即制得除异味的试剂，将制得的成品装入指定的喷瓶中，试用，并跟踪记录产品效果。（2）治疗脚气的产品制备 取研磨好的产品原料于50ml的小烧杯中，加入适量的凡士林，用玻璃棒充分搅拌，直至变成粘稠状，

10、即的产品。装入指定的容器中，试用，跟踪并记录产品效果。3. ZnO用于防晒霜的制备称取适量的氧化锌，按照氧化锌0.4g，二氧化钛0.6g，CaCO31g，滑石粉3g，的配比，将对应质量的ZnO，二氧化钛，CaCO3，滑石粉置于研钵中充分研磨，之后用指定的筛子过筛，得到氧化锌制得的防晒霜产品。将产品装入制定的瓶中，试用，记录并跟踪产品效果。【实验现象】1.纳米ZnO的制备：加入H2SO4溶液后有一股刺鼻的气味产生，溶液变为浑浊的白色。加热之后变为浅色的灰蓝色，滴加高锰酸钾溶液后溶液颜色变深，随着加入氧化锌调节溶液的pH值，溶液变为棕白色，加热之后变成棕黄色。在分批加入碳酸氢铵的过程中，烧杯中有大

11、量的白色泡沫状的物质产生，随着反应的进行和碳酸氢铵的不断加入，产生的白色泡沫状物质逐渐减少，溶液最后变为变色粘稠状的物质。减压抽滤过后，得到白色粉末状物质。经过烘干以及高温煅烧后得到白色粉末状的活性氧化锌。2.应用产品的制备：（1）制备防晒霜：将ZnO，二氧化钛，CaCO3，滑石粉置于研钵中研磨的过程中，随着研磨的不断进行，物质逐渐变为白色粉末状，过筛后得到颗粒极细的白色粉状物质。（2）制备除异味以及治疗脚气的产品： 加入AgNO3溶液后粉末状的氧化锌逐渐成块，随着水浴加热反应的进行，溶液颜色逐渐变深，由氧化锌最初的白色逐渐变为棕灰色物质，加入水合肼后，溶液颜色进一步加深，随着反应的进行，最后

12、变为棕灰色的粉状固体。 取适量上述原料加入凡士林后，随着不断地搅拌，混合物逐渐变得粘稠，最后变为棕色粘稠状物质。 适量原料加入对应量的蒸馏水后逐渐溶解，最后得到棕灰色溶液。【注意事项】1. 蒸馏水的质量是否符合要求是配位滴定中十分重要的问题：（1）若配制溶液的水中含有Al3+，Cu2+等，会使指示剂受到封闭，致使终点难以判断；（2）若水中含有Ca2+，Mg2+，Pb2+，Sn2+等，则会消耗EDTA，不同的情况下会对结果产生不同的影响。因此在配位滴定中，必须对所用的蒸馏水的质量进行检查。为保证质量，经常采用二次蒸馏水和去离子水来配制溶液。2. EDTA应贮存在聚乙烯塑料瓶或硬质玻璃瓶中，若贮存

13、在软质玻璃瓶中，会不断溶解玻璃中的Ca2+形成CaY2-，使EDTA的浓度不断下降。3. 金属指示剂往往是有机多元酸或弱碱，兼具pH指示剂功能，因此使用时要特别注意选择合适的pH范围。4. 在 【实验数据记录处理】1.ZnO的制备名称锌焙砂氧化锌锌粒碳酸氢铵杂质产品质量（g）10.21.440.14910.064.73产量计算：m（ZnO）=m（产品）-m（添加ZnO） =（4.731.44）g=3.29g m（锌焙砂）实=m（锌焙砂）m（杂质） =（10.2-0.06）g=10.14g 产率w= m（ZnO）m（锌焙砂）实100% =3.2910.14100% =32.44%3. ZnO含量

14、测定：m（ZnO）=0.4078g V（Zn2+）=25.00ml V（蒸馏水）=25.00ml消耗EDTA的体积氧化锌第一组氧化锌第二组空白组V1（ml）6.215.183.49V2（ml）31.9931.073.81V（ml）25.7825.890.32滴定ZnO时消耗的EDTA的体积为：V（消耗EDTA）=12【（V（ZnO）1-V（空）+（ V（ZnO）2-V（空）】 =12【（25.78-0.32）+（25.89-0.32）】 =25.52mln（ZnO）n（EDTA）=V（消耗EDTA）*c（EDTA）所称取ZnO的总质量为：m（ZnO）= n（ZnO）*M（ZnO）*10 = n

15、（EDTA）*M（ZnO）*10 = V（消耗EDTA）*c（EDTA）*M（ZnO）*10 =25.52ml*10-3*0.01795 molL*81.39*10 =0.3728g所以：产品中ZnO的含量为： W= 【m（ZnO）m（ZnO）称】% =（0.37280.4078）% =91.43%4. 纳米ZnO应用（1） 制备防晒霜：名称氧化锌二氧化钛碳酸钙滑石粉质量（g）0.40810.60351.02343.0545（2） 制备脚气治疗产品及除异味用液体喷剂： m（ZnO）=3g V（AgNO3溶液（1molL）=7.5ml V（水合肼）=3ml【实验误差分析】1. 除铁过程中，调节P

16、H值时，要加入产品调节，如果用氨水已挥发造成Zn(OH)2沉淀过多，会产生Zn(NH3)4OH2,溶解较缓慢。2. 制备氧化锌过程中减价过滤时，要充分冲洗滤饼，目的是Zn(OH)2未反应的及附着的杂质离子，检验是否含有硫酸根离子，在洗液中加入BaCl2,无沉淀，即洗干净，否则影响纯度。3. 氧化锌含量测定误差分析：仪器误差滴定管读数误差向Zn2+溶液中加入氨水调节PH稍微过度，有些许沉淀产生指示剂用量对实验结果有一定影响4. 影响纳米氧化锌产量的原因可能有：锌培砂本身含锌量比较低锌培砂与H2SO4反应50分钟反应不完全，加入氧化锌的质量不准确，实验室的天平不准确，称取的质量偏大，使计算的实际产品产量偏低。【成本计算】我们组生产的ZnO产品外观为白色的粉末状，色泽纯正，且经过后期利用生产的氧化锌制备除异味以及治疗脚气的产品，效果显著，所以我们生产的ZnO可以认为质量优质，自我评价为优质氧化锌，所以制定成品价格为30元公斤。m（ZnO）=3.29g 将其放大一万倍做成本计算，其他相关价格为：名称锌焙砂电费劳动力水费价格（元）4.5公斤1度1240人3吨需要生产的ZnO质量=3.29*10000=32900g=32.9kg利用锌焙砂生产氧化锌的产率w=32.44%，所以生产32.9kg的ZnO理论上需要的锌焙砂的质量为m=32.932.44%=101.42kg 因为生产中