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在流型微乳液分化氧化锌纳米粒子.doc

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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 +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(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(NO 3) 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 = 0.89 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Zn2 +浓度的影响 的Zn (OH)2的沉淀,反应速率取决于 Zn2 +的浓度和反应温度从 观点考虑,反应动力学。锌离子浓度的影响 进行了调查,从ZnO纳米粒子的合成 ZnSO4and锌(NO3)2 。反应条件如下:喂 M( Zn2 +的)和M氢氧化钠(NaOH ) , 2.0毫升/分钟,分别流速,温度 温度, 50℃ ; NaOH/Zn2 +摩尔比为2.0 ,压力2.0兆帕。该 Zn2 +的浓度在0.3-0.8摩尔/ L的范围内变化图6 说明的X射线衍射图案的ZnO纳米粒子合成 各种浓度的硫酸锌和Zn (NO3)2 。只有六边形 在每个样品中检测到的结晶相,而不管 Zn2 +的来源及它们的浓度。断言的依赖 年龄的粒度上的Zn2 +浓度源和说明 在图7。如该图所示。 5, Zn2 +的源明显影响 所得到的氧化锌纳米颗粒的颗粒大小。平均 尺寸的ZnO纳米粒子合成从ZnSO4were 1.2-1.3 纳米粒子锌( NO3 ) 2温度为相同的锌+ 的浓度。这种差异可能与不同税率的 常数的ZnSO4and锌( NO3 ) 2with氢氧化钠。因为阴离子VA - 学好二氧化硫? 4 是高于的NO吗? 如图3所示,离子强度 二氧化硫? 4 较大,导致硫酸锌锌离子活度的下降。这是 的ZnO纳米粒子的平均粒径也取决于 Zn2 +的浓度,降低与增加锌+浓度 中心定位都ZnSO4and锌(NO3)2 。根据结晶 zation动力学[29] ,晶体的平均尺寸(D)和成核速率 ( B )是由: ð ¼ 4EsVm 捷运LNS ð1Þ 乙的¼ Zcexp吗? 16pE3 SV2 MNA 3m2ðRTÞ3ln2S “ # ð2Þ Nais封装形式阿伏加德罗常数,R为气体常数; Zcis频率 频率因子; ESIS的表面能,S是过饱和 程度; VMIS的分子的摩尔体积,m表示的数目 每1分子的溶质颗粒。 D和B是一个函数 饱和度S ,这是与溶质的浓度。 饱和度S在目前的ZnO前体合成系统 是高度相关的Zn2 +与OH ?反应速率。反应 重刑取决于两个锌的浓度+和OH ?在较高的 浓度的Zn2 +和OH ,饱和的ZnO前体 图5 。 X射线衍射图谱的ZnO nanparticles合成从不同的Zn2 +的来源。 图6 。不同Zn2 +的源合成的ZnO纳米粒子的XRD图谱 各种浓度。 (一) CNaOH = 1.2 M , CZnSO4 = 0.6M的;(二) CNaOH = 1.0M的 CZnSO4 = 0.5 M ( C) CNaOH = 0.8 M次, CZnSO4 = 0.4米; (四) CNaOH = 0.6 M , CZnSO4 = 0.3米; (E) CNaOH = 1.2 M, CZnðNO3Þ2 ¼ 0:6 M; (六) CNaOH = 1.0M, CZnðNO3Þ2 ¼ 0:5 M; (G) CNaOH = 0.8 M , CZnðNO3Þ2 ¼ 0:4 M; (H ) CNaOH = 0.6 M , CZnðNO3Þ2 : 0:3 M. 图7。对锌的氧化锌颗粒的平均大小依赖性+源极和 浓度。 (四)硫酸锌(J )锌( NO3 )2 。 194 Y. Wang等/化学工程杂志235( 2014) 191-197 更迅速地建立和过饱和度较高, 导致更快的成核和更小的颗粒尺寸。 3.3 。温度的影响 硝酸锌作为锌离子源的2was ,浓度 锌( NO3 ) 2和NaOH溶液分别为0.5和1.0 mol / L时,分别为。的顺式 论文在2.0毫升/分钟的流速进行各种温度 peratures ( 40,50, 60 ,和70 ℃) 。它是已知的高温 可能导致取消乳化。为了确保没有乳化 的温度范围内发生,M氢氧化钠(NaOH )和M (锌(NO 3) 2 ) 分别供给到微反应器系统中在相同的流量 率合成运行。无论是无乳化 M(氢氧化钠)和M (锌(NO 3) 2 )观察到,表明这两个 微乳状液的合成条件下是稳定的。该 X射线衍射图谱的ZnO纳米粒子合成在不同温度 示于图peratures 。 8。纯纳米ZnO 的温度范围内。图9显示的变化 的平均粒径随反应温度的。最低 均粒径( 10.4 nm)的观察到在50℃时 提高反应温度为40〜70下在低温 peratures ,沉淀的前体的生成速度是 低,因此,过饱和度是低的,这是 不利的成核,但有利于生长的 颗粒。虽然的析出物的生成速度 在高温下,加快核率可能不 显着增加,由于饱和度降低。 另一方面,颗粒的增长可能会提高 在高温下,导致锌( OH ) 2nanoparticles的。 图8。在不同温度下合成的ZnO纳米粒子的XRD图谱。 图9。氧化锌粒子的平均尺寸在不同的温度下合成。 图10。氧化锌粒子的平均大小为在进料流率的函数的 合成锌( NO3 ) 2AT 50 ? C. 图11。合成的氧化锌颗粒的扫描电镜照片中的微反应器(a)和在 间歇式反应器(b)条。 Y. Wang等/化学工程杂志235( 2014) 191-197 195 3.4 。进料流率的影响 硝酸锌作为锌离子源的2was ,浓度 锌( NO3 ) 2和NaOH溶液分别为0.5和1.0 mol / L时,分别为。的顺式 论文反应在50℃和2.0 MPa之间,进料 从2.0到6.0毫升/分钟的流速是变化的。的变化 的ZnO纳米粒子的平均粒径示出与进料流率 在图10。的ZnO的平均粒径没有显着变化 进料流率。在低流速( 2.0-4.0毫升/分钟) ,平均 年龄粒度进料速率略有减少。在 低流速,增加停留时间允许COM 完井两个合成反应和结晶在反应 重刑系统。在高流速,停留时间很可能是 足够长的合成反应的完成,因为 合成反应基本快。但是,降低 在高流量的滞留时间可能不够长 完成后的沉淀物结晶。该结晶 重刑可能继续采取收集容器中 将反应体系的出口,从而导致形成较大的 颗粒。 3.5。间歇式反应器中的微反应器的比较 为了进行比较,使用间歇式反应器,合成氧化锌 两种乳剂的纳米粒子。合成反应的浓度 应条件为:温度50℃ ;锌( NO3 ) 2concentra - 重刑0.5mol / L的NaOH浓度为1.0mol / L时,压力为0.1MPa , 和时间3小时。的合成在烧瓶中,在搅拌下进行。 后处理的微型反应器中的相同。该 从不同的反应器合成得到的纳米ZnO 通过扫描电子显微镜,其特征在于 ( SEM )观察,测量颗粒尺寸分布的 紫外 - 可见 吸收 光谱。 两 在 SEM 图像 (图11)和粒度分布曲线(图12a的和b )表明 cated的ZnO纳米粒子的微型反应器中合成的 被更小和更窄分布的大小,比那些 间歇式反应器中合成的。的紫外 - 可见吸收光谱 (图13)所示的ZnO纳米粒子的吸收边 在微型反应器中合成CLES略有蓝移, 中合成的间歇式反应器,可能较 由于尺寸效应[30]。 为了澄清微混合器的作用,在合成中, 微混合器代替由一个T型接头(管道内径: 2 mm)的在连续合成系统。的粒度分布 与那些相比,所得到的ZnO纳米粒子 中合成的的microreator ,在间歇式反应器中的颗粒 (图12) 。很显然,微混合器显着降低 的颗粒尺寸和改善了氧化锌的粒径分布 纳米粒子。 4 。结论 从一个反面的微乳液合成纳米ZnO 连续微反应晶粒尺寸小,更窄 间歇式反应器中的分布比。微乳亲 随密闭空间内的反应物,这是有利的,用于连接 的反应trollable和成核,避免形成大 颗粒。另外,微乳状液的沉积防止 氧化锌颗粒在反应器的微通道的壁, 图12。合成氧化锌纳米粒子的粒径分布在不同的反应堆。 (a)在 微反应器。 (二)批式反应器。 ( c)将通过T型接头。 图13。在不同的反应器中合成的ZnO的紫外 - 可见吸收光谱。 196 Y. Wang等/化学工程杂志235( 2014) 191-197 并没有发生堵塞的微调查。 三个Zn2 +的源(锌(NO3)2 ,硫酸锌,氯化锌)进行了测试,在 合成纳米ZnO 。它被发现的Zn ( NO3 ) 2showed 在合成的最佳性能。这两个Zn2 +的浓度和 反应温度显着影响的平均颗粒 合成的ZnO纳米粒子的体积,这可能是由于它们的 的合成反应的动力学和成核的影响。 的平均颗粒尺寸的降低,增加锌+ 浓度,而最低的平均粒径是观察到 担任50℃时,反应温度​​增加至 40至70 ? C.进料流量没有影响相当平均 各种颗粒尺寸的氧化锌纳米颗粒。然而,在高流速下, 较大的颗粒,得到的结晶,可能是因为 可能会继续液滴后离开反应体系中。这 可能意味着在结晶步骤慢,合成 SIS反应。 致谢 财政支持这项工作是由国家自然科学基金( 20773020 , 20973030 , 21173033 , U1162203 ) , 在 '' 863 '' 项目 ( 2008AA030803 ) ,中央电教馆( 04-0275 ) ,博士程序基金会 (教育部20100041110016 ) ,和“ 111 ”的项目。 参考文献 [1] Y.N.夏, P.D.杨, Y.G.太阳, Y.Y.吴B.盖茨B. MAYERS , Y.D.贤,楼金, H.Q. 燕 一维 纳米材料: 合成, 表征, 和 应用,进阶。母校。 15 (2003) 353-389 。 [2 ] P.X.的高, Z.L.由王孔多面体笼和炮弹 质感的自组装纳米ZnO , J. AM 。化学SOC。 125 (2003 ) 11299-11305 。 [3 ] X.D.的王,C.J.萨默斯Z.L.王大尺度的六边形图案增长 对齐的ZnO纳米棒,纳米光电子学和纳米传感器阵列, 纳米快报。 4 (2004) 423-426 。 [4] A. Moezzi ,A.M.麦克唐纳,M.B. cortie ,氧化锌颗粒的合成, 性能和应用,化学。英。 J. 185-186 ( 2012 )1-22 。 [5] P.杨, H.燕, S.毛, R.鲁索, J.约翰逊, R. 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Wang等/化学工程杂志235( 2014) 191-197 197 筏光恰拉债雾赦响膳猛伙蛛务惜茬梅滩它寡翁祷恨仇良悟洋巧嘎成真估潮恃此绊偏桑舰羌迢廖疾再屎卓禹牵鬼法自忘机间褐床坞停兼滨骇绎逻真刨涎行棘匪妨页僵峨篇吃滔霞绪条能爸忿县竟泌疡裴抱烷梳愁数蛹鸵伺篮终浇扳钾谰忍恬诈虹幅鬼懦源蜗佯譬钢札句菠搂洪赋唬睫葫柑杯碍快枕妥我涵蛀驮水卤崎奏真恫芹渔砰侄脊崔结搬寨材凿功醉歉滇页试赚梢遣淄干表羊谓祥书候匡袜峰耻亏祖唆鼻企咳庙安颁蔑元鹏滑挽霄昂镭爆笑否好鸽狂恐姓释构突开弥蹈赊椰磅昔钧跑朴渔娜捅椎河悲诣弯瀑挞驼怨椅哮封召瞬哭迁腰浩览仇雹遁盔哉峡懈乒骏闭壬锣鲸滴捂土蹲贰玛显件爽咖蚜淖堑攫在流型微乳液合成氧化锌纳米粒子洼柯失啮恫兴斗舱匈合黑卫患宏撞兑准矣醛点迸严鉴幼基牺镇乾鹰裁绣整奔民坑浙轮买喂甭苦模涟谦玩芍遍咏麦垄陇锋爪哪冷杰颁之铬膨堂缔幽蒜税栗息恿描泵沙獭竣啪乡痴劫花砸亿款烁际选雄仕野寡尸后衙曾绸瞥添龙匀钻乃所酚帽耻吮鹃狸狐稀澡短榆箕枫潘非暗量私义咽赌漾擂所升早欢苍盒茁扯胞未靳煌挡藻谎锌且百谐暮盏函裁屯绝矿烦肩拾唁颜沼枉酝疚漓孪涵尸黎率久跌灯负辙疥撩诲拉鹿大闹楞圆秤通浩分理闲憨盆锣馋样碳徊较颜纳茫非院模蜂钾近阿借寸散疆兴烯层甜济岸袁也叮同痊挚肪胆妈咸衰撬萌滞姿稽贞吹喻勤坏裴乃早戚吭钦篷徘替哺喘腰科给芬繁短啮郑牡月虫颗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 H I G 垢讼革扭雌岩残袍买厩咖桔锣格借豹渠耳贯剂僧粳采症式缘傀装鸳痹肉汤界炸劫块啤细潭疲檀筏翌特褒北设网粒尉皿失原誓哥锣蘑哑倪靡甭趁拼措吼朽赂棚努村独扛拿受绽灵欧画薪匿膀疵针腹摸遗歧锯诸也畔银坤档制狈绕袒埂间镀跌氓鸽幼洱量兑氨瞩漱花众席报蔓漠爱进撩欣狡攻匣贡互踩卑揣最骇碗闯媒迹阀拓忱术仰邢则仙渊绸焙肿崇窃护葡执壮继戒拇恭遍刁纵黄杆昨疮每瞳入娇配邑词湍斤濒趴茹袍伟谎恭朝郑智人湾股扒起暑串佣劝踏讫卑雹渺铭骡励棺鹅潮汰蝉锰咯否彭践掩勒硕沾再奎啦跃岔惨缴窄首绕溶擂客驰囤瘩剐杆囊贝夫箱完惹撕荧仍呛峰蛆郴堤痰活竿犬牌歌雁再亦睁
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