[发明专利]一种氧化锌包覆碳酸钙的纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化锌包覆碳酸钙的纳米材料及其制备方法，属于新型无机非金属材料技术领域。本发明以碳酸钙纳米颗粒为核，对碳酸钙@氧化锌核壳功能纳米粉体材料的制备进行研究，公开了一种水热法联合热处理法制备CaCO₃@ZnO核@壳结构复合纳米颗粒的方法。本发明制备得到的CaCO₃@ZnO核@壳结构复合纳米颗粒碳酸钙表面完全被氧化锌覆盖，氧化锌呈线片状，包覆效果良好。此外，本发明提供的制备方法简单，适用于规模化的生产，能够有效降低锌资源的使用量。

技术领域

本发明涉及一种氧化锌包覆碳酸钙的纳米材料及其制备方法，属于新型无机非金属材料技术领域。

背景技术

氧化锌(ZnO)是一种常用的化学添加剂，目前已经广泛地应用于橡胶、塑料、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂、造纸、印染等行业中。锌资源属于不可再生的资源，近几年我国锌资源相对紧缺，已成为纯粹的锌进口国，而国际锌价剧烈波动严重影响氧化锌行业的正常发展。目前，国内50％以上的氧化锌用于橡胶工业，充分发挥硫化推进作用，提升橡胶的功能，但许多高科技企业使用的普通氧化锌无法达到理想的性能要求，应用效果最佳的是活性氧化锌，即纳米氧化锌。

在资源、环境、生产成本等多种因素影响的情况下，发展低锌、高效、节能、环保的活性氧化锌材料是未来发展的必然趋势，也是氧化锌行业的必走之路。通过研究者们的探索发现，采用CaCO₃@ZnO核壳结构可以在降低氧化锌的使用量的同时发挥出与实心ZnO颗粒相同的功能。专利CN106279762A公开了核壳氧化锌粉末及其氨式制备法，其公布的CaCO₃@ZnO核壳材料的粒径范围为2～15μm，属于微米材料，但是高端橡胶、塑料等制品使用的是纳米氧化锌填料；另外，专利CN106279762A公开的方法大量使用了氨水和碳酸氢铵，并不环保。本发明可以克服现有技术的缺点，采用更环保的方法制备CaCO₃@ZnO核壳纳米材料，有望实现高端氧化锌产品的替代。

因此，研究开发合适的工艺技术，制备纳米级CaCO₃@ZnO核壳结构复合粉体，同时实现CaCO₃和ZnO的有效复合，使CaCO₃@ZnO粉体的性能与活性氧化锌粉体的性能相当，制备锌减量化的活性氧化锌，提高锌的利用率，这是氧化锌行业发展的重要方向。

发明内容

[技术问题]

针对现有技术中制备的CaCO₃@ZnO核壳材料的粒径较大，属于微米材料，活性较差，无法满足实际生产过程中对氧化锌活性的需要，以及制备过程中使用大量氨水等物质，易造成环境污染等问题，本发明提供一种制备氧化锌包覆碳酸钙的纳米材料方法。

[技术方案]

本发明以锌源、尿素作为沉淀剂，尿素在加热过程中与水反应分解出氢氧化物，氢氧根离子与锌离子反应生成氢氧化锌，氢氧化锌经过煅烧，便可得到CaCO₃@ZnO核壳纳米材料。由于氢氧根离子在溶液中均匀产生且生成速度可控，可以很好地控制氢氧化锌微晶的生成速度和氢氧化锌晶体的生长速度，因而制备出的CaCO₃@ZnO核壳纳米材料包覆良好。

本发明提供了一种制备氧化锌包覆碳酸钙的核壳结构纳米材料的方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)取粒径为80nm～500nm的碳酸钙粉体作为核材料，取锌源、尿素作为沉淀剂，通过水热反应制备得到CaCO₃@Zn(OH)₂核壳纳米材料的悬浮液；

(2)将步骤(1)中得到的CaCO₃@Zn(OH)₂核壳纳米材料悬浮液静置，过滤，洗涤，干燥；