[科普中国]-超声波沉淀

超声波沉淀也称超声波化学沉淀，是一种应用广泛的纳米无机材料制备方法，该法可以很大提高非均相反应的速度， 实现非均相反应物间的均匀混合， 加速反应物和产物的扩散， 促进固体新相的形成， 控制颗粒的尺寸和分布， 强化非均相界面之间的传质， 比传统的方法具有明显的优势。

释义超声波沉淀也称超声波化学沉淀，是一种应用广泛的纳米无机材料制备方法，该法可以很大提高非均相反应的速度， 实现非均相反应物间的均匀混合， 加速反应物和产物的扩散， 促进固体新相的形成， 控制颗粒的尺寸和分布， 强化非均相界面之间的传质， 比传统的方法具有明显的优势1。

超声波的工作原理波分为次声波、声波和超声波 3 种形式。其中，频率小于 20 Hz 的为次声波，频率在 20 Hz ~ 20 kHz的为声波，频率大于 20 kHz 的为超声波。一般来说，人耳是听不到次声波和超声波的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强。当液体介质中存在超声波作用时，超声波疏密相间地向前辐射使液体发生流动，引起媒质分子以其平衡位置为中心发生振动。在超声波压缩相内，分子间的平均距离减小，而在稀疏相内，分子间的平均距离增大。倘若声强足够大，液体受到的相应负压也足够强，那么分子间平均距离就会增大到超过极限距离，从而破坏液体结构的完整性，导致空穴产生，溶解在溶液中的气体会被吸入到空穴中形成数以万计的微小气泡，这些小气泡在超声波纵向传播的负压区产生及生长，而在正压区迅速闭合(崩溃)，在崩溃点处会产生一个寿命极短的局部热点， 这一现象就是超声空化。 Suslick等用实验方法测定气相反应的温度达到了(5 200 ±650) K，液相反应区的有效温度在 1 900 K 左右，局部压力在 5.05 × 107Pa 以上，冷却速度达到109K/s，而气泡液相层厚度在 200 ~ 300 nm 之间。超声空化形成了异常的高温、高压等极端条件，这为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种新的物理化学环境2。

超声波沉淀制备纳米氧化锌原理将硫酸锌溶液置于超声场中辐射， 以草酸溶液为沉淀剂， 以曲拉通 X-100 为表面活性剂防团聚，利用超声波的特殊能量和声空化作用使反应物均匀混合， 提高反应速度， 加快反应物和产物的扩散， 促进固体新相的形成， 从而控制颗粒的尺寸和分布。然后再在常温常压下搅拌使颗粒更好的球形化。

采用超声波沉淀法以硫酸锌和草酸为原料制备纳米氧化锌颗粒的反应式为：

ZnSO4 + H2C2O4→ZnC2O4↓ + H2SO4

ZnC2O4→ ZnO +2CO2

制备方法分别量取一定量 1.0mol/L 硫酸锌溶液和曲拉通溶液于同一烧杯中搅拌均匀， 在频率为 50kHz 的超声场中辐射;再量取一定量的 1.0mol/L 草酸为沉淀剂， 采用正加法一次性迅速加入草酸溶液， 待反应开始生成沉淀后继续超声辐照 1h。反应结束后， 经减压抽滤， 纳米沉淀物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤， 然后真空干燥。干燥后的前驱体纳米草酸锌， 装入坩埚中， 放入马弗炉中在一定温度下煅烧 2h， 得到白色粉末纳米氧化锌。纳米氧化锌的平均粒径(直径)可由衍射峰的半峰宽通过谢乐公式计算得到3。

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学