在流型微乳液合成氧化锌纳米粒子.docx
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在流型微乳液合成氧化锌纳米粒子
在流型微乳液合成氧化锌纳米粒子
微反应器
尧湾旮，B，?
项离呵小莉Zhanga，安捷Wanga，B，B，刚Wangb，路着锕，B
a天津精细化工重点实验室，大连理工大学，辽宁大连116024中国
bLiaoning石油化工技术与装备重点实验室，大连理工大学，辽宁大连116024中国
HIGHTSLIGH
？
合成了纳米ZnO
在微乳
微反应器。
？
微乳液的方法避免了
中的粒子的沉积
微通道。
？
锌（NO3）2was优于ZnSO4and的
ZnCl2asZn2+的源。
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一个RTICLE
INFO
文章历史：
2013年4月26日
修改稿收到2013年8月27日
（2013年9月4日）
可在线2013年9月12日
关键词：
微通道反应器
微乳
氧化锌
纳米粒子
ABSTRACT
氧化锌（ZnO）纳米粒子的合成的微乳液中的微通道的反应器系统。
微乳液提供的反应物的密闭空间，这有利于进行可控的反应
和成核，从而避免了形成大颗粒。
此外，该微乳状液可以防止
沉积的ZnO颗粒在反应器的微通道的壁。
三Zn2+的来源
（锌（NO3）2，硫酸锌，氯化锌）的ZnO纳米粒子的合成进行了测试。
其中和Zn（NO3）2的
表现出最好的性能，得到的氧化锌颗粒具有最小平均晶粒尺寸。
对Zn2+的影响
上的ZnO纳米粒子的平均粒径的浓度，反应温度和进料流率
进行了调查。
在最佳条件下，ZnO纳米粒子，得到平均粒径为16nm。
合成的ZnO纳米粒子，其特征在于通过扫描电子显微镜（SEM），X射线衍射
馏分（XRD），紫外-可见吸收光谱，和一个激光粒度分析仪。
？
2013爱思唯尔BV公司保留所有权利。
1。
介绍
氧化锌是一种重要的半导体材料，具有广泛的
应用在电子，光电子，传感器，和光
设备[1-4]。
ZnO纳米粒子的物理性质是
强烈地依赖于颗粒的尺寸，形貌
OGY和粒度分布。
两种类型的合成方法，
气相合成和溶液相合成，一直
开发制作氧化锌纳米粒子。
汽相的
接近，如气-液-固增长[5]，化学气相
沉积[6]，热分解[7]，和热蒸发
重刑[8]，具有操作简单，高品质的优势
的产品，但一般要求高温和昂贵
设备。
溶液相方法是更有前途的，由于
反应温度低，成本低，效率高。
然而，在后一种方法中，氧化锌花和晶须
大尺寸（>100纳米）经常得到的，和随后的沉积
心理状态或煅烧的氧化锌颗粒的聚集导致。
此外，在间歇式反应器中的合成是在一个没有有效
大规模生产。
因此，新方法，促进
的成核，生长和颗粒尺寸分布在合成
sis文件的ZnO纳米粒子是非常可取的[9]。
微乳已经发现巨大的应用在合成
sis文件的纳米材料[10-12]。
在微乳液法，
在水溶液中的反应物被限制在非常小的
液滴，在其中均匀的成核发生。
此外，该
微乳液有助于控制颗粒的大小和形状，
防止纳米粒子聚集。
然而，本
微乳液法受到纳米粒子的产量低
和难度乳化。
其结果是，在
1385-8947/$-见前面的问题吗？
2013爱思唯尔BV公司保留所有权利。
http:
//dx.doi.org/10.1016/j.cej.2013.09.020
?
通讯作者。
地址：
大连化学工程学院
理工大学，辽宁大连116024中国。
电话：
+8641184986121。
电子邮件地址：
wangyao@（王勇）。
化学工程235（2014）191-197
目录列出了可用的SCIENCEDIRECT
化学工程
杂志主页：
/定位/CEJ
合成时，反应器性能普遍较低
放置在间歇式反应器。
近日，微通道反应器已被用于生产
纳米尺寸的颗粒，包括金属和合金的[13-18]，我
TAL盐[19,20]，金属氧化物[21]，[22]，聚合物的介孔
材料[23]，和沸石[24]。
流型微反应
器能够加强质量和热量的传输以及
混合。
在微通道中的高的表面与体积之比
反应器是有利的，以提高响应时间和保持
等温条件。
由于反应物的浓度
和在反应区中的温度是均匀的，观察
保持颗粒均匀和可重复性。
当涉及单相的速度分布
微通道基本上沿流动方向变宽。
冈瑟等。
[25]比较以及混合效率混乱的
用液-液两相混频器的混频器，并且发现，当
流体完全混合（P95％），该通道的长度
所需的两相的流量比为2-3倍短
单相流。
计算流体动力学（CFD）模拟
系统蒸发散表明，强化传质可以跨
解析在一个插头内的内部循环流。
如
因此，窄的粒径分布，可以得到
增强的混合，由于纳米粒子的合成和
分段液体锂狭窄的停留时间分布
嚼食流量[26]。
另一个重要的问题在合成固体
在微通道中的材料是，所形成的颗粒形核
吃和微通道壁的存款，导致失控
增长，堵塞，反应堆不稳定条件。
容根等。
[27]设计了一个复杂的液液两相状流麦克风
roreactor，其中包括的两种反应物的水相
和油相。
不混溶的油相分离的水
相液滴。
纳米颗粒的成核和生长中分离出来
液滴，液滴而将不接触与微
通道壁时，油-水的体积比是仔细广告
在一个合适的范围内调节，以防止固体颗粒
在墙壁上的沉积。
在本文中，合成了纳米ZnO
Zn2+的含有油包水型微乳液的混合
在微型混合器中的NaOH含有一个接着进行
在中继管的反应（图1）。
合成条件为：
优化，其特征在于所得到的ZnO纳米粒子。
2。
实验的
2.1。
合成
所有的化学品均为分析纯，使用前未经
进一步净化（天津科密欧化学试剂有限公司）。
德
离子水，得到一个水净化系统。
以下列方式制备的微乳液。
N-
丁醇，溴化十六烷基三甲铵（CTAB），和正辛烷
混合形成的有机相的质量比为1.0:
1.2:
4.4。
CTAB作为表面活性剂，而作为共表面活性剂，正丁醇
桑特。
的Zn2+（锌（NO3）2，硫酸锌，氯化锌的水溶液）
通过将盐溶于水，在搅拌下制备。
该
的NaOH溶液，以类似的方式制备。
微乳
sion的Zn2+的（记为M（Zn2+的））相加而得的
水溶液Zn2+的活力下入上述有机相
项的水的质量分数为15％，并将该混合物搅拌
下搅拌，直到它变得透明。
微乳
氢氧化钠（记为M氢氧化钠（NaOH））的相同程序制备
具有相同的质量分数水溶液。
ZnO纳米粒子的合成的微反应器是出版于-
trated在图。
2。
混合器（CPMM-R300，微通道尺寸：
300？
300流明，茨，德国）和中继管（不锈钢，
内径6.35毫米？
1.0米）浸渍在油恒温器，其
温度由温度控制器的调整。
M（Zn2+的）
M氢氧化钠（NaOH），分别送入到两个进气口的MICROM
ixer由两个注射器HPLC泵。
在一个稳定的状态，白色悬浮
锡永得到的中继管的出口处。
的析出物
通过离心收集，在4000转/分10分钟，并
依次用乙醇，丙酮和水洗涤三
图1。
微乳液在微反应器中合成纳米微粒的示意图。
图2。
实验装置的流式合成纳米ZnO。
192
Y.Wang等/化学工程杂志235（2014）191-197
次。
ZnO纳米粒子，得到干燥固体产品
UCT在130？
C2小时，然后在550？
C煅烧3小时。
为了进行比较，ZnO纳米粒子的合成在烧瓶中
从M（锌++）和M（NaOH）的批处理操作。
M（Zn2+的）
到烧瓶中称量，然后M氢氧化钠（NaOH）溶液中加入在剧烈
搅拌。
产生的白色沉淀物分离，干燥，
以类似的方式和煅烧。
2.2。
描述
合成氧化锌纳米粒子的形貌
观察场发射扫描电子显微镜（新星
NanoSEM450，FEI公司，美国，加速电压为3.0千伏）。
通过激光粒度测定的平均颗粒尺寸
仪（济南微纳颗粒仪器有限公司）。
粉末
X-射线衍射模式的记录，可在RigakuRAD-2X
在40千伏铜嘉辐射的仪器。
液滴的照片
在微乳状液，用光学显微镜（EC300，
上海光学仪器有限公司）。
3。
结果与讨论
在微通道的反应体系中，涉及三个阶段
反应中的M（锌++）和M（NaOH）的显示的液滴的液滴
色散（图3）在有机相中。
在合成的先决条件
反应是与其中一个的M（Zn2+的），一个液滴的合并
M（氢氧化钠）。
在本研究中，M（Zn2+的）和M（NaOH）的预
在相同的条件下使用相同的水溶液相比
内容。
图图4示出的水滴在照片
M（NaOH）的和在M（锌（NO3）2）。
中的液滴的两个M氢氧化钠（NaOH）和
M（锌（NO3）2）均匀分散在油相。
的直径
测定的液滴中的照片，和平均粒径
的液滴进行了计算。
中的液滴的平均尺寸
M（NaOH）的（1.2LM）是相媲美，在M（锌（NO3）2）
（1.4LM）。
当M（氢氧化钠）和M（锌（NO3）2）饲喂由两个分离
率注射器泵，氢氧化钠（NaOH），M（Zn2+的）和M的液滴
通过微通道的微混合器交替
在大多数情况下。
当液滴的M（锌）中的一项碰撞
M（氢氧化钠），合并的液滴可能会发生，导致
形成一个较大的液滴。
在此合并的液滴，锌+
与OH反应生成含Zn的沉淀物，这是
的ZnO纳米粒子的前体。
这作为一个合并的液滴
反应池，并发生合成反应，其结果是，在一个反面
罚款的空间。
因此，该合成反应时，将终止
没有Zn2+的源代码可用，从而使快速反应易控
表和防止基本上较大的颗粒的形成。
这种方法的另一个有利优势，由此产生的
沉淀物包埋在微滴，分散在
有机相中，从而避免了上沉积的固体产物
微通道的墙壁。
3.1。
Zn2+的源的影响
三Zn2+的来源，用于调查和同步
论文进行了C，在下列条件下：
50？
2.0MPa的
喂
流
率
2.0毫升/分钟，
分别
氢氧化钠
图3。
合成的氧化锌前体的微乳状液分散在油相中。
图4。
氢氧化钠（NaOH）
（一）在M和M（锌（NO3）2）（b）条的水滴的照片。
Y.Wang等/化学工程杂志235（2014）191-197
193
浓度为1.0摩尔/升，Zn2+的浓度为0.5摩尔/L。
图图5示出
锌合成的ZnO纳米粒子的XRD图谱，
锌（NO3）2，和氯化锌。
只有衍射峰字符
acteristic的六方晶系的ZnO结构进行了观察，表明
得到的，纯的氧化锌的结晶，从不同的锌+
源。
根据计算出的粒径（D）
德拜-Scherrer公式（D=0.89K/BCOS小时）。
结果发现，
晶粒尺寸分别为13.0，27.0和10.4nm的氯化锌，硫酸锌，
和Zn（NO3）2，分别。
这表明，Zn2+的源标记
edly影响的形成和结晶的Zn（OH）2英寸
微反应器系统。
其中，硝酸锌2was，最合适的
Zn2+的ZnO纳米粒子的合成源。
调查SRIKANTH和Jeevanandam阴离子的效果
（氯，二氧化硫？
4，NO？
3，和CH3COO）的大小和形态的顺式
氧化锌颗粒尿素诱导均相沉淀thesized
[28]。
他们还发现，阴离子影响的形态和
合成的氧化锌颗粒的大小。
他们建议，一个
离子作为表面改性剂，影响成核
及晶粒的生长。
3.2。
对
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