在流型微乳液合成氧化锌纳米粒子.docx

1、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，Ba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H I G H T S L I G H？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ZnCl2as Zn2 +的源。G R A P H I C A L A B S T R一个C T一个R T I C L

2、 EI N F O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A B S T R A C T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Zn

3、O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

4、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

5、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： +86 411 84986121 。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

6、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

7、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ZnOZn2 +的含有油包水型微乳液的混合在微型混合

8、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

9、 +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 - R 300 ，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MICROMixer由两个注射器HPLC泵。在一个稳定的状态，白色悬浮锡永得到

10、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 。192Y. 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 ？C 2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

11、锌纳米粒子的形貌观察场发射扫描电子显微镜（新星NanoSEM 450， 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Rigaku RAD -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 +

12、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（NO 3） 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（ 1.2 LM）是相媲美，在M（锌（ NO3 ） 2 ）（ 1.4 LM） 。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

13、（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

14、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（NO 3） 2 ） （b）条的水滴的照片。Y. Wang等/化学工程杂志235（ 2014） 191-197193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 = 0.89 K / B COS小时） 。结果发现，晶粒尺寸分别为13.0 ， 27.0和10.4 nm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CH 3 COO ）的大小和形态的顺式氧化锌颗粒尿素诱导均相沉淀thesized28。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