一種植活式納米氧化鋅及其生產工藝制造技術

本發明專利技術涉及石化化工類精細化學品技術領域，尤其涉及一種植活式納米氧化鋅及其生產工藝，本發明專利技術的生產工藝通過改變浸出凈化工藝降低了如鉛、鎘、銅、砷等重金屬雜質的含量，提高了產品純度及質量；通過改變反應物鋅濃度提高了納米氧化鋅的產能；通過改變催化劑來消除氧化鋅極性，減小了納米氧化鋅的團聚度；通過新增“鹽磨”工序來減小粒度尺寸、提高了比表面積、提高了活性；同時增加分散劑種類來豐富產品品種，適應各種用途，擴大了產品市場適應性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種石化化工類精細化學品及其生產工藝，具體來說，特別涉及一種植活式納米氧化鋅及其生產工藝。
技術介紹
納米氧化鋅是一種多功能、高附加值的新型精細無機化工產品。其指的是三維空間內至少有一維的尺度介于1-100納米之間的或由它們作為基本單元構成的、具有特殊性能的氧化鋅，又稱為超微細氧化鋅。由于尺度的細微化，比表面積急劇增加，其表面電子結構和晶體結構發生變化，產生了宏觀物體所不具有的表面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀隧道效應以及高透明度、高分散性等特點。近年來的研究發現它在催化、磁、光、電、化學、物理學、生物、敏感性等方面具有一般氧化鋅產品所無法比擬的特殊性能和新用途。在橡膠、涂料、油墨、顏(填)料、催化劑、高檔化妝品以及醫藥等領域展現出廣闊的應用前景。由于納米氧化鋅一系列的優異性和十分誘人的應用前景，研發納米氧化鋅已經成為了許多科技人員關注的焦點。納米氧化鋅是橡膠工業最有效的無機活性劑和硫化促進劑。能與橡膠分子實現分子水平上的結合，使橡膠快速硫化；同時具有反應溫域寬，硫化鋅轉化率高等特點。可提高橡膠制品的光潔度、機械強度、耐溫性和耐老化性能，特別是提高耐磨性能和熱傳遞性能，使其在高溫天氣長時間運行時減少爆胎現象。使用比表面積達到80m2/g以上的納米氧化鋅生產胎面膠料的壓縮疲勞溫升是36℃,而普通膠料的壓縮疲勞溫升是48℃,降低生熱25％。輪胎側面膠的抗折性能可由10萬次提高到50萬次。實踐表明，納米氧化鋅在這些方面應用與普通氧化鋅比較毫不遜色，而且用量僅為普通氧化鋅的30-50％，大大地降低產品成本和減少對的環境污染。納米氧化鋅產品活性高，具有抗紅外、紫外線和殺菌的功能。已被廣泛應用于防曬型化妝品、抗菌防臭和抗紫外線的新型功能纖維、自潔抗菌玻璃、陶瓷、防紅外、紫外線的屏蔽材料、衛生潔具、污水處理和光催化劑材料等產品中。納米氧化鋅應用于高檔油漆、油墨、涂料、塑料中，能大大提高產品遮蓋力和著色力；在陶瓷工業中用作乳蝕釉料的助熔劑。此外，納米氧化鋅還可廣泛應用于電纜、造紙、醫藥、印染、顏料和國防等行業。制備納米氧化鋅的方法主要分物理法和化學法。其中，化學法是最常用的方法。以下對各方法進行簡單闡述。1.物理法物理法包括機械粉碎法和深度塑性變形法。機械粉碎法是采用特殊的機械粉碎、電火花爆炸等技術，將普通級別的氧化鋅粉碎至超細。其中張偉等人利用立式振動磨制備納米粉體，得到了α-Al2O3、ZnO、MgSiO3等超微粉，最細粒度達到0.1μm。此法雖然工藝簡單，但卻具有能耗大，產品純度低，粒度分布不均勻，研磨介質的尺寸和進料的細度影響粉碎效能等缺點。最大的不足是該法得不到1-100nm的粉體，因此工業上并不常使用此方法。而深度塑性變形法是使原材料在凈壓作用下發生嚴重塑性形變，使材料的尺寸細化到納米量級。這種獨特方法最初是由Islamgaliev等人于1994年初發展起來的。該方法制得的氧化鋅粉體純度高、粒度可控，但對生產設備的要求卻很高。總的說來，物理法制備納米氧化鋅存在著耗能大，產品粒度不均勻甚至達不到納米級，產品純度不高等缺點，工業上不常采用，其發展前景也不大。2.化學法化學法具有成本低，設備簡單，易放大進行大規模工業化生產等特點。主要分為溶膠-凝膠法、醇鹽水解法、直接沉淀法、均勻沉淀法等。2.1溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法制備納米粉體的工作開始于20世紀60年代。近年來，用此法制備納米微粒、納米薄膜、納米復合材料等的報道很多。它是以金屬的醇鹽Zn(OR)2為原料，在有機介質中對其進行水解、縮聚反應，使溶液經溶膠化得到凝膠。凝膠再經干燥、煅燒成粉體的方法。此法生產的產品粒度小、純度高、反應溫度低(可以比傳統方法低400--500℃)、過程易控制、顆粒分布均勻、團聚少、介電性能較好。但成本昂貴，排放物對環境有污染，有待改善。所述水解、縮聚反應式如下：水解反應:Zn(OR)2+2H2O→Zn(OH)2+2ROH縮聚反應:Zn(OH)2→ZnO+H2O2.2醇鹽水解法醇鹽水解法是利用金屬醇鹽在水中快速水解，形成氫氧化物沉淀，沉淀物再經水洗、干燥、煅燒而得到納米粉體的方法。該方法突出的優點是反應條件要求不高，操作簡單。缺點是反應中易形成不均勻成核，而且原料成本高。例如以Zn(OC2H5)2為原料，發生以下反應:Zn(OC2H5)2+2H2O→Zn(OH)2+2C2H5OH?Zn(OH)2→ZnO+H2O2.3直接沉淀法直接沉淀法是制備納米氧化鋅最為廣泛采用的一種方法。其原理是在包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑或移除溶解劑，在一定條件下生成沉淀物，并使其沉淀物從溶液中析出，再將陰離子除去，沉淀物經熱分解最終制得納米氧化鋅。其中選用不同的沉淀劑，可得到不同的沉淀產物。就資料報道看，常見的沉淀劑為氨水、碳酸氫銨、尿素等。以NH3·H2O作沉淀劑反應式如下:Zn2++2NH3·H2O→Zn(OH)2+2NH4+Zn(OH)2→ZnO+H2O以碳酸氫銨作沉淀劑反應式如下:3Zn2++2NH4HCO3+H2O→ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+2NH4+ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O→3ZnO+CO2+H2O以尿素作沉淀劑反應式如下:CO(NH2)2+2H2O→CO2+2NH3·H2O?3Zn2++CO32-+4OH-+H2O→ZnCO3·2Zn(OH)2·H2OZnCO3·2Zn(OH)2·H2O→3ZnO+CO2+H2O直接沉淀法操作簡單易行，對設備技術要求不高，產物純度高，不易引入其它雜質，成本較低。但是，此方法的缺點是洗滌沉淀物中的陰離子較困難，且生成的產品粒子粒徑分布較寬。大規模工業生產上須進行攻關克服這些缺點。2.4均勻沉淀法均勻沉淀法是利用某一化學反應使溶液中的構晶微粒從溶液中緩慢地、均勻地釋放出來。所加入的沉淀劑并不直接與被沉淀組分發生反應，而是通過化學反應使其在整個溶液中均勻緩慢地析出。常用均勻沉淀劑有尿素CO(NH2)2和六亞甲基四胺C6H12N3。所得粉末粒徑一般為8-60nm。其中衛志賢等人以尿素和硝酸鋅為原料制備氧化鋅，得出結論：溫度是影響產品粒徑的最敏感因素。溫度低，尿素水解慢，溶液中氫氧化鋅的過飽和比低，粒徑大；溫度過高，尿素產生縮合反應生成縮二脲等，氫氧化鋅過飽和比低，溶液粘稠，不易干燥，最終產品顆粒較大。另外，反應物濃度及尿素與硝酸鋅的配比也影響溶液中氫氧化鋅的過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種植活式納米氧化鋅及其生產工藝，其特征在于：包括以下步驟：(1)浸出：以硫酸作為浸出溶劑，將次氧化鋅中的鋅浸出制成硫酸鋅溶液；(2)氧化除鐵、錳、砷：在上述步驟得到的浸出液中分別加入雙氧水、過硫酸鈉進行氧化反應，將浸出液中的Fe2+、Mn2+氧化成難溶的Fe3+、Mn4+沉淀出來，同時共沉砷并過濾除去，得到濾液；(3)鋅粉置換除銅、鎘、鉛：在上述步驟制得的濾液中加入鋅粉，將其中的銅、鎘、鉛置換反應沉淀出來，并過濾除去，得到凈化液；(4)凈化液精制：在上述步驟制得的凈化液中加入硫化鈉，使凈化液中殘余的雜質金屬離子生成難溶的硫化金屬鹽，過濾除去，得到精制液；(5)預納米化種植：在上述步驟制得的精制液中加入分散劑、活化及納米化催化劑攪拌種植，制得懸浮液；(6)合成：在上述步驟制得的經預納米化種植后的懸浮溶液中加入調配好的飽和純堿溶液進行復分解合成，復分解合成的堿式碳酸鋅均勻生長在分散劑表面及其孔隙表面，得到中間產品，另外復分解合成生成的的硫酸鈉因過飽和結晶也均勻析出在分散劑表面及其孔隙表面，并將堿式碳酸鋅結晶間均勻隔離；(7)鹽磨：將上述步驟制得的內含硫酸鈉鹽結晶的濃漿在內襯氧化鋁、填充氧化鋁球的球磨機中球磨3小時，使其顆粒更細，堿式碳酸鋅及硫酸鈉結晶在分散劑表面及其孔隙表面分布和隔離更加均勻；(8)干燥煅燒：將上述步驟鹽磨制得的濃漿經壓濾機壓濾，濾餅送入動態干燥煅燒一體爐干燥、煅燒及活化即可得到含有硫酸鈉結晶的納米氧化鋅；(9)水洗：將上述步驟制得的含有硫酸鈉結晶的納米氧化鋅加水洗滌，徹底洗去可溶性的硫酸鈉，釋放出微孔等表面積；(10)干燥包裝：將上述水洗得到的納米氧化鋅壓濾，濾餅送入閃蒸干燥機干燥，產品經冷卻后，進入氣流篩、除鐵及自動包裝系統過篩、除鐵，即可得到植活式納米氧化鋅產品。...

【技術特征摘要】
1.一種植活式納米氧化鋅及其生產工藝，其特征在于：包括以下步驟：
(1)浸出：以硫酸作為浸出溶劑，將次氧化鋅中的鋅浸出制成硫酸鋅溶液；
(2)氧化除鐵、錳、砷：在上述步驟得到的浸出液中分別加入雙氧水、過硫酸鈉進
行氧化反應，將浸出液中的Fe2+、Mn2+氧化成難溶的Fe3+、Mn4+沉淀出來，同時共沉砷并過
濾除去，得到濾液；
(3)鋅粉置換除銅、鎘、鉛：在上述步驟制得的濾液中加入鋅粉，將其中的銅、鎘、
鉛置換反應沉淀出來，并過濾除去，得到凈化液；
(4)凈化液精制：在上述步驟制得的凈化液中加入硫化鈉，使凈化液中殘余的雜質
金屬離子生成難溶的硫化金屬鹽，過濾除去，得到精制液；
(5)預納米化種植：在上述步驟制得的精制液中加入分散劑、活化及納米化催化劑
攪拌種植，制得懸浮液；
(6)合成：在上述步驟制得的經預納米化種植后的懸浮溶液中加入調配好的飽和純
堿溶液進行復分解合成，復分解合成的堿式碳酸鋅均勻生長在分散劑表面及其孔隙表面，
得到中間產品，另外復分解合成生成的的硫酸鈉因過飽和結晶也均勻析出在分散劑表面及
其孔隙表面，并將堿式碳酸鋅結晶間均勻隔離；
(7)鹽磨：將上述步驟制得的內含硫酸鈉鹽結晶的濃漿在內襯氧化鋁、填充氧化鋁
球的球磨機中球磨3小時，使其顆粒更細，堿式碳酸鋅及硫酸鈉結晶在分散劑表面及其孔
隙表面分布和隔離更加均勻；
(8)干燥煅燒：將上述步驟鹽磨制得的濃漿經壓濾機壓濾，濾餅送入動態干燥煅燒
一體爐干燥、煅燒及活化即可得到含有硫酸鈉結晶的納米氧化鋅；
(9)水洗：將上述步驟制得的含有硫酸鈉結晶的納米氧化鋅加水洗滌，徹底洗去可
溶性的硫酸鈉，釋放出微孔等表面積；
(10)干燥包裝：將上述水洗得到的納米氧化鋅壓濾，濾餅送入閃蒸干燥機干燥，產
品經冷卻后，進入氣流篩、除鐵及自動包裝系統過篩、除鐵，即可得到植活式納米氧化鋅
產品。
2.根據權利要求1所述的一種植活式納米氧化鋅及其生產工藝，其特征在于：步驟
(1)中，所述浸出步驟分為中性浸出和酸性浸出兩段式，分別在兩個浸出池中進行，將
中性浸出后的濾渣在攪拌下加入酸性浸出池中再浸出，酸性浸出的濾渣棄去，將酸性浸出
的酸浸液再次加入中性浸出池中作為浸出溶劑，并在攪拌下投入次氧化鋅至中性浸出池

\t中，浸出的中浸液進入下一步驟，如此循環往復；
所述中性浸出時投入次氧化鋅直至溶液pH值達到4.8-5.1，然后加雙氧水氧化粗除<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃有余，
申請(專利權)人：黃有余，
類型：發明
國別省市：廣西;45