[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
[0039] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0040] 实施例1:
[0041] 一种氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法,包括以下步骤:
[0042] S1、选取N-甲基咪唑、氯代正丁烷、乙酸乙酯、去离子水等原料,在烧杯中制备出1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的混合离子液体,反应方程式如下:
[0043]
[0044] 其中:C4H9Cl为氯代正丁烷;C4H6N2为N-甲基咪唑;[C8mim]Cl为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐;
[0045] S2、将S1制备的混合离子液体放置在离子液体纯化装置中,倒入适量的二氯甲烷,加少量去离子水混合形成混合液A,然后进行分离纯化,纯化过程形成有机层和水层;
[0046] S3、取水层滴加AgNO3溶液,如果有白色沉淀,重复S2步骤,如果没有白色沉淀,取出混合液A中的有机层,在有机层中添加无水硫酸镁进行干燥过滤,利用旋转蒸发仪对二氯甲烷和去离子水进行减压蒸馏,高温干燥形成高纯度的氯代丁基甲基咪唑离子液体;
[0047] S4、取1mL0.5mol/LZn(Ac)2·2H2O溶液和3.0mL5.0mol/LNaOH溶液放置在超声波清洗器中进行超声处理,在恒温磁力搅拌器的磁力搅拌下将1mL0.5mol/LZn(Ac)2·2H2O溶液和3.0mL5.0mol/LNaOH溶液充分混合,形成混合液C。
[0048] S5、在持续搅拌过程中将适量的氯代丁基甲基咪唑离子液体加入到混合液C中形成混合液D,将混合液D倒入50mL水热反应釜中,放置在恒温鼓风干燥箱中进行恒温加热反
应,反应过后,自然冷却,将反应后的混合液D先后加入无水乙醇和去离子水进行洗涤,然后离心分离和干燥,制备得到晶状物,反应方程式如下:
[0049]
[0050] 其中Zn(AC)2为醋酸锌;NaOH为氢氧化钠;c为不同浓度的[Bmim]Cl,Δ为加热条件;ZnO为氧化锌;Na(AC)2为醋酸钠;H2O为水;
[0051] S6、分别用X-射线衍射、扫描电子显微镜对晶状物进行结构和形貌的表征,从中筛选出棒状ZnO晶体。
[0052] S1步骤中的混合离子液体采用以下步骤制备:
[0053] 1)、取一定量的N-甲基咪唑放置在圆底烧瓶中,加入适量甲苯,之后在机械磁力搅拌的条件下加入稍过量的氯代正丁烷;
[0054] 2)、维持圆底烧瓶的温度至115℃,进行回流反应一段时间,生成淡黄色的粘稠液体;
[0055] 3)、反应结束后,用乙酸乙酯多次洗涤,于70℃下用旋转蒸发仪减压蒸馏一段时间,以除去有机溶剂和水分,在40℃条件下真空干燥至恒重,得到最终产物粘稠状的混合离子液体。
[0056] S6步骤中的恒温加热反应的反应温度可调控为80℃、100℃、120℃、140℃、160℃,氯代丁基甲基咪唑离子液体用量可调控为0.001mol、0.005mol、0.01mol和0.02mol。
[0057] 氯代丁基甲基咪唑离子液体在加入混合液C之前需放置在60℃下干燥12个小时。
[0058] 恒温磁力搅拌器采用82-1型恒温磁力搅拌器,X-射线衍射采用BrukerD8型X射线粉末衍射仪,BrukerD8型X射线粉末衍射仪的激发光源为CuKα1射线,BrukerD8型X射线粉末衍射仪的扫描区间为20°至90°;扫描电子显微镜采用JSM-6700型扫描电子显微镜。
[0059] 步骤S4中的氯代丁基甲基咪唑离子液体的纯度规格标准为分析纯。
[0060] 在进行氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法时,通过调控控制氯代丁基甲基咪唑离子液体的浓度、反应温度和反应时间可以很好的寻找制备棒状ZnO晶体
的最佳条件,通过离子液体辅助合成ZnO可以有效的减少污染实现环保节约,同时能提供有效的合成率,实验过程控制不同氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量、反应温度和反应时间
所产生的反应效果经BrukerD8型X射线粉末衍射仪扫描分析结果如图1,控制反应温度为
100℃和反应时间10h,经JSM-6700型扫描电子显微镜合成SEM照片显示可以看出,当氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量为0.001mol时,所得ZnO晶体均为不规则颗粒,颗粒直径约为1μm,增大氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量至0.005mol时,样品中有少许棒状结构产生,当氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量为0.01mol时,生成形貌均一的棒状ZnO晶体,棒的直径
为2.5μm,当氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量增大为0.02mol时,样品的形貌不再均一,棒状结构粗细长短不一,通过实验可以得出,氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量不是越多越
好,适当控制氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量可以有效促进棒状ZnO晶体的生成;
[0061] 在后续实验中,控制氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量为0.005mol或0.01mol,调控反应温度分别为80、120、140、160℃,控制反应时间均为10h,经JSM-6700型扫描电子显微镜合成SEM照片显示可以看出,80℃下,添加0.005mol氯代丁基甲基咪唑离子液体未得到
ZnO晶体,添加0.01mol氯代丁基甲基咪唑离子液体得到极少量不规则颗粒,120℃下,添加
0.005mol氯代丁基甲基咪唑离子液体得到形态均一的ZnO晶体,样品多为两根棒状结构在
一端融合形成的V型,添加0.01mol氯代丁基甲基咪唑离子液体得到棒状粒径粗壮的ZnO晶
体,但形貌均一性不佳,140℃下,添加0.005mol氯代丁基甲基咪唑离子液体和添加0.01mol氯代丁基甲基咪唑离子液体均得到棒状融合为锥形的ZnO晶体,160℃下,添加0.005mol氯
代丁基甲基咪唑离子液体和添加0.01mol氯代丁基甲基咪唑离子液体均得到融合为球形结
构的ZnO晶体;
[0062] 通过上述实验结果表明,在碱性条件下,通过控制氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量和反应温度可以实现对ZnO晶体形貌的调控。
[0063] 实施例2:参照图1,基于实施例1的基础又有所不同之处在于;
[0064] 通过氯代丁基甲基咪唑离子液体辅助水热法合成ZnO方法进行实验过程,发现在相同的实验条件下,要得到形貌均一的棒状ZnO晶体,需要增大氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量,提高反应温度,通过实验表明100至140℃时合成棒状ZnO晶体的理想温度区间,在此温度区间中不同氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量会使ZnO晶体形貌以及大小略微发生
变化,氯代丁基甲基咪唑离子液体的用量增大,ZnO晶体颗粒会增大,形貌也有锥形趋向于棒状,因此通过该方法制备棒状ZnO晶体的实验方法可以有效应用到工业生产中,制备过程简单,无污染,可以在工业生产中实现环保工艺,该方法还能提高ZnO晶体的合成率,增大产量。
[0065] 实施例3:参照图2-6;结合实施例1的基础又有所不同之处在于;
[0066] 离子液体纯化装置包括有纯化烧瓶1和震动螺杆12,纯化烧瓶1上端分别设置有主灌口2和滴灌口3,纯化烧瓶1中部套接有圆环卡架4,圆环卡架4左侧与连接箱10上端固定连接,连接箱10下端与圆环支撑底座6左侧固定连接,圆环支撑底座6内部与纯化烧瓶1底部相匹配,圆环支撑底座6下端固定连接有支撑架9,纯化烧瓶1中部外表面设置有刻度标识5,纯化烧瓶1底部中端固定连接有下流管14,下流管14套接有橡胶管8,橡胶管8活动安装有夹子
7,震动螺杆12一端与震动电机11固定连接,震动螺杆12另一端贯穿于连接箱10上端和圆环卡架4左侧与圆弧震荡夹板15固定连接,连接箱10上端活动安装有旋扭装置13。
[0067] 旋扭装置13包括有旋扭块16,旋扭块16下端与转动杆17上端固定连接,转动杆17贯穿于连接箱10上端与锥齿轮18端面固定连接,锥齿轮18与震动螺杆12啮合连接。
[0068] 本发明设置一种离子液体纯化装置,可以方便的进行离子液体的纯化,给ZnO晶体的制取提供快捷,使用者可以通过纯化烧瓶1的主灌口2来添加混合离子液体,然后通过滴
灌口3来添加适量的二氯甲烷和少量的去离子水,然后对主灌口2和滴灌口3进行封盖,然后使用者旋转旋扭装置13,在旋扭装置13中的旋扭块16的转动下带动转动杆17转动,转动杆
17的转动带动锥齿轮18转动,锥齿轮齿轮18的转动便会带动与其啮合连接的震动螺杆12推
移,震动螺杆12的推移过程中会使圆弧震荡夹板15和圆环卡架4形成对纯化烧瓶1的固定,
然后启动震动电机11,便会在震动力的作用下对纯化烧瓶1中的混合离子液体进行震荡,震荡过后静置一段时间,使用支撑架9对圆环支撑底座6进行支撑悬空,通过刻度标识5记录水层的高度和有机层的高度,然后进行纯化滴定,当满足要求时,使用者打开纯化烧瓶下端的夹子7便会使有机层通过下流管14和橡胶管8流出,进行辅助合成ZnO的使用。
[0069] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。