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大學第二附屬醫院藥劑科，重慶 400037;2.華中科技大學同濟醫學院，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大學第二附屬醫院藥劑科，重慶 400037;2.華中科技大學同濟醫學院，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體[Zn(OH)2]，通過煅燒制備納米氧化鋅。結果 制備出的納米氧化鋅粒徑在20～40 nm之間，形態呈球形或類球形;納米氧化鋅具有較強的紫外吸收特性，紫外吸收峰波長為377 nm。結論 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。納米氧化鋅作為一種新型功能性納米材料，與傳統的氧化鋅相比，具有比表面積大、化學活性高、產品粒徑為納米級等特點。由于納米材料所特有的表面效應、量子效應及宏觀量子隧道效應等，使得納米氧化鋅在光、電、磁、化學、生物學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、免疫調節等多種活性[1－4]，廣泛用于醫療、橡膠、塑料、催化劑、涂料、紡織品、化妝品等行業[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，重慶實驗電爐廠);CS202A型電熱保溫干燥箱(重慶實驗設備廠);日立H－800型透射電鏡;日本島津UV－2401型紫外分光光度計;CSF—1A型超聲波發生器(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〉有限公司化學試劑廠產品，試劑均為分析純。

2 方法與結果

2.1 制備方法

2.1.1 氧化鋅前驅體

制備:稱取適量硝酸鋅和尿素(1∶3，質量比)，放入燒杯中，加適量去離子水(硝酸鋅的反應濃度在10 mmol/L以內)，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攪拌，反應6 h后，過濾，即得氧化鋅前驅體的沉淀產物。

處理:取一半氧化鋅前驅體，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體。

干燥:將經處理和未經處理的氧化鋅前驅體，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合水，得到手感滑膩、無硬團的納米氧化鋅前驅體粉末。

2.1.2 納米氧化鋅

將干燥好的納米氧化鋅前驅體粉末置坩堝中，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，質量濃度為 20 μg/mL，用島津UV－2401型紫外分光光度計進行掃描，并與普通氧化鋅進行對照，考察納米氧化鋅的紫外光吸收特性。結果見圖1?？梢?，納米氧化鋅具有較強的紫外吸收，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 含量及產率測定

用絡合滴定法(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際制備量比較，計算出納米氧化鋅的產率，考察前驅體處理前后產率的變化。結果見表1?？梢?，前驅體未經處理時產率都在95%以上，處理后產率有一定程度的下降。

表1 硝酸鋅濃度對納米氧化鋅產率的影響

2.4 形態觀察

取制得的納米氧化鋅，通過透射電鏡觀察其形態結構。結果見圖2?？梢姡膀岓w經處理，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，形態呈球形或類球形;前驅體未經處理，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，有明顯的團聚現象。

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?？煞譃槲锢矸?、化學法，其中常用的化學法有氣相法、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、產品單分散性好，但存在成本高、產率低、對設備要求高等缺點。液相法因其容易操作、成本較低而得到了最廣泛的應用與研究，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、對設備技術要求不高、成本較低，但產品粒徑分布寬、性能差。因此，本試驗采用均勻沉淀法制備納米氧化鋅。均勻沉淀法的特點是:由于構晶離子的過飽和度在整個溶液中比較均勻，所以沉淀物的顆粒均勻而致密，容易洗滌;反應條件溫和、易于控制，產品粒子分布均勻;能避免雜質的共沉淀。均勻沉淀法中，沉淀步驟是控制粒子形狀的關鍵，分解步驟是控制粒度的關鍵，只有兩者的有機結合，才可獲得所需形狀和大小的氧化鋅納米粒子。

通過兩組產品的電鏡照片可清楚地看到，前驅體經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，產品粒子間界面清晰，顆粒晶體發育較為完整，直徑在20～40 nm之間;而前驅體未經處理制備的納米氧化鋅粒子團聚現象嚴重，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體進行洗滌處理是十分必要和有效的。對氧化鋅前驅體使用1%的氨水進行洗滌，目的是為了去除反應過程中產生的陰離子(NO3－)，同時也可提高固體顆粒表面的電位，減少顆粒團聚，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體的分散度，并進一步去除陰離子，防止顆粒發生團聚現象，以得到粒徑更小的納米氧化鋅。

本研究結果表明，納米氧化鋅具有較強的紫外光吸收特性，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劑。而對于納米氧化鋅的生物活性，如抗菌、促進傷口愈合、收斂等作用有待進一步研究。

[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抗菌性能及力學性能研究[J].現代塑料加工應用，2006，18(6):15－17.

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

[5]吳佳卿，鄭 敏.膚色納米ZnO的性能和研究開發現狀[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)