納米氧化鋅的制備及紫外吸收特性考察

黃林清，黃 婧，張恩娟，曹 健，余 鳳

(1.中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院藥劑科，重慶 400037;2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院，湖北 武漢 430030)

納米氧化鋅的制備及紫外吸收特性考察

黃林清1，黃 婧2，張恩娟1，曹 健1，余 鳳1

(1.中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院藥劑科，重慶 400037;2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院，湖北 武漢 430030)

目的 制備納米氧化鋅并考察其紫外吸收特性。方法 以硝酸鋅、尿素為原料，采用均勻沉淀法制備氧化鋅前驅(qū)體[Zn(OH)2]，通過煅燒制備納米氧化鋅。結(jié)果 制備出的納米氧化鋅粒徑在20～40 nm之間，形態(tài)呈球形或類球形;納米氧化鋅具有較強(qiáng)的紫外吸收特性，紫外吸收峰波長為377 nm。結(jié)論 以硝酸鋅、尿素為原料，采用均勻沉淀法能制得分散性好、大小均勻的納米氧化鋅。

納米氧化鋅;均勻沉淀法;制備;紫外吸收

納米材料是近年來的研究熱點(diǎn)。納米氧化鋅作為一種新型功能性納米材料，與傳統(tǒng)的氧化鋅相比，具有比表面積大、化學(xué)活性高、產(chǎn)品粒徑為納米級等特點(diǎn)。由于納米材料所特有的表面效應(yīng)、量子效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)等，使得納米氧化鋅在光、電、磁、化學(xué)、生物學(xué)等方面具有一系列新的性能，如屏蔽紫外線、光催化活性、殺菌抑菌、除臭自潔、免疫調(diào)節(jié)等多種活性[1－4]，廣泛用于醫(yī)療、橡膠、塑料、催化劑、涂料、紡織品、化妝品等行業(yè)[5]。筆者采用均勻沉淀法制備納米氧化鋅，并對其紫外吸收特性進(jìn)行了研究。

1 儀器與試藥

HJ－3型恒溫磁力攪拌器;SX2－2.5－12型箱式電阻爐(馬弗爐，重慶實(shí)驗(yàn)電爐廠);CS202A型電熱保溫干燥箱(重慶實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠);日立H－800型透射電鏡;日本島津UV－2401型紫外分光光度計(jì);CSF—1A型超聲波發(fā)生器(上海超聲波儀器廠)。硝酸鋅[Zn(NO3)2·6H2O，純度大于99.0%，重慶北化學(xué)試劑廠，批號為20020120];氧化鋅(山東金鐘化工有限公司，批號為061202);尿素(純度大于99.5%，重慶東方試劑廠，批號為19980427)，濃氨水(純度大于25.0%，批號為20051129)、無水乙醇(純度大于99.7%，批號為20051129)，均為重慶川東化工〈集團(tuán)〉有限公司化學(xué)試劑廠產(chǎn)品，試劑均為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 制備方法

2.1.1 氧化鋅前驅(qū)體

制備:稱取適量硝酸鋅和尿素(1∶3，質(zhì)量比)，放入燒杯中，加適量去離子水(硝酸鋅的反應(yīng)濃度在10 mmol/L以內(nèi))，攪拌溶解，放入100℃恒溫水浴中，用HJ－3型恒溫磁力攪拌器不停地?cái)嚢瑁磻?yīng)6 h后，過濾，即得氧化鋅前驅(qū)體的沉淀產(chǎn)物。

處理:取一半氧化鋅前驅(qū)體，用1%的氨水洗滌3次，再用無水乙醇洗滌3次，過濾，得處理后的氧化鋅前驅(qū)體。

干燥:將經(jīng)處理和未經(jīng)處理的氧化鋅前驅(qū)體，分別放入坩堝中，置CS202A型電熱保溫干燥箱中于80℃干燥4 h，以除去自由水和部分結(jié)合水，得到手感滑膩、無硬團(tuán)的納米氧化鋅前驅(qū)體粉末。

2.1.2 納米氧化鋅

將干燥好的納米氧化鋅前驅(qū)體粉末置坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，于600℃恒溫3 h后，取出，得白色的納米氧化鋅。

2.2 紫外吸收特性考察

將納米氧化鋅置去離子水中，超聲分散成均勻混懸液，質(zhì)量濃度為 20 μg/mL，用島津UV－2401型紫外分光光度計(jì)進(jìn)行掃描，并與普通氧化鋅進(jìn)行對照，考察納米氧化鋅的紫外光吸收特性。結(jié)果見圖1?？梢姡{米氧化鋅具有較強(qiáng)的紫外吸收，紫外吸收峰波長為377 nm。

圖1 納米氧化鋅紫餐光吸收光譜

2.3 含量及產(chǎn)率測定

用絡(luò)合滴定法(乙二胺四乙酸二鈉)測定納米氧化鋅中氧化鋅的含量，結(jié)果含量均在98%以上。以硝酸鋅原料的投料理論上生成納米氧化鋅的量與實(shí)際制備量比較，計(jì)算出納米氧化鋅的產(chǎn)率，考察前驅(qū)體處理前后產(chǎn)率的變化。結(jié)果見表1?？梢姡膀?qū)體未經(jīng)處理時(shí)產(chǎn)率都在95%以上，處理后產(chǎn)率有一定程度的下降。

表1 硝酸鋅濃度對納米氧化鋅產(chǎn)率的影響

2.4 形態(tài)觀察

取制得的納米氧化鋅，通過透射電鏡觀察其形態(tài)結(jié)構(gòu)。結(jié)果見圖2?？梢?，前驅(qū)體經(jīng)處理，制得的納米氧化鋅顆粒大小均勻，分散性好，粒徑在20～40 nm之間，形態(tài)呈球形或類球形;前驅(qū)體未經(jīng)處理，制得的納米氧化鋅粒徑雖也在100 nm以下，但顆粒分散性較差，有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。

圖2 納米氧化鋅透射電鏡圖

3 討論

納米氧化鋅的制備方法通常可分為物理法、化學(xué)法，其中常用的化學(xué)法有氣相法、液相法及固相法等。氣相法制得的納米氧化鋅粒度小、分散均勻、產(chǎn)品單分散性好，但存在成本高、產(chǎn)率低、對設(shè)備要求高等缺點(diǎn)。液相法因其容易操作、成本較低而得到了最廣泛的應(yīng)用與研究，較常用的有直接沉淀法、均勻沉淀法。直接沉淀法操作簡單易行、對設(shè)備技術(shù)要求不高、成本較低，但產(chǎn)品粒徑分布寬、性能差。因此，本試驗(yàn)采用均勻沉淀法制備納米氧化鋅。均勻沉淀法的特點(diǎn)是:由于構(gòu)晶離子的過飽和度在整個(gè)溶液中比較均勻，所以沉淀物的顆粒均勻而致密，容易洗滌;反應(yīng)條件溫和、易于控制，產(chǎn)品粒子分布均勻;能避免雜質(zhì)的共沉淀。均勻沉淀法中，沉淀步驟是控制粒子形狀的關(guān)鍵，分解步驟是控制粒度的關(guān)鍵，只有兩者的有機(jī)結(jié)合，才可獲得所需形狀和大小的氧化鋅納米粒子。

通過兩組產(chǎn)品的電鏡照片可清楚地看到，前驅(qū)體經(jīng)處理后制備的納米氧化鋅粒子分散度較好，呈球形或類球形，產(chǎn)品粒子間界面清晰，顆粒晶體發(fā)育較為完整，直徑在20～40 nm之間;而前驅(qū)體未經(jīng)處理制備的納米氧化鋅粒子團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，在電鏡下無法清楚看見粒子情況。因此，用氨水和無水乙醇對前驅(qū)體進(jìn)行洗滌處理是十分必要和有效的。對氧化鋅前驅(qū)體使用1%的氨水進(jìn)行洗滌，目的是為了去除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的陰離子(NO3－)，同時(shí)也可提高固體顆粒表面的電位，減少顆粒團(tuán)聚，防止粒徑增大。再用無水乙醇洗滌，目的是為了提高堿式碳酸鋅前驅(qū)體的分散度，并進(jìn)一步去除陰離子，防止顆粒發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，以得到粒徑更小的納米氧化鋅。

本研究結(jié)果表明，納米氧化鋅具有較強(qiáng)的紫外光吸收特性，在377 nm波長處有明顯的紫外吸收峰，是化妝品中較理想的紫外線防護(hù)劑。而對于納米氧化鋅的生物活性，如抗菌、促進(jìn)傷口愈合、收斂等作用有待進(jìn)一步研究。

[1]丁小波，文利新，牛同利，等.納米氧化鋅對小鼠免疫功能的影響[J].飼料研究，2007，30(9):1－4.

[2]沈 琳，趙宗彬，邱介山，等.溶膠－凝膠法合成ZnO納米材料及其抗菌性能研究[J].功能材料，2007，11(38):1 908－1 911.

[3]王國成，王姍姍，蔣 濤.納米ZnO/ZnOw/HDPE抗菌性能及力學(xué)性能研究[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2006，18(6):15－17.

[4]李玉芳，李 明.新型抗菌劑——納米氧化鋅的生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)展[J].聚合物與助劑，2008，24(5):1－35.

[5]吳佳卿，鄭 敏.膚色納米ZnO的性能和研究開發(fā)現(xiàn)狀[J].印染助劑，2008，25(6):6－9.

Preparation of Nanometer Zinc Oxide and Investigation on Its Ultraviolet Light Absorption Property

Huang Linqing1， Huang Jing2， Zhang Enjuan1， Cao Jian1， Yu feng1
(1.Department of Pharmacy， Xinqiao Hospital， Third Military Medical University， Chongqing， China 400037;2.Tongji Medical College， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan， Hubei， China 430030)

Objective To prepare nanometer zinc oxide and to investigate its ultraviolet light absorption property.Methods The precursor of nanometer zinc oxide was prepared by the uniform precipitation process using Zn(NO3)2.6H2O and H2NCONH2as raw materials.Then，nanometer zinc oxide particles were prepared by calcined.Results The average diameter of prepared nanometer zinc oxide particles was 20－40 nm with spherical shape or spheroid－like shape.Nanometer zinc oxide had stronger ultraviolet light absorption characteristics with the absorption peak wavelength of 377 nm.Conclusion Nanometer zinc oxide particles with good dispersity and uniform size can be prepared by using uniform precipitation process with Zn(NO3)·6H2O and H2NCONH2as raw materials.

nanometer zinc oxide;uniform precipitation process;preparation;UV absorption

R944.9;TQ460.6

A

1006－4931(2011)06－0048－02

2010－10－26)