氧化锌的制造方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种氧化锌的制造方法，包含：将一锌蒸气及一水蒸气通入一反应器；以及提供一锌微粒进入反应器中以促进锌蒸气及水蒸气反应形成氧化锌及氢气。本发明专利技术还提供一种用以制造氧化锌的装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于氧化锌的制造方法与装置，且特别是有关于一种具高经济效益且 环保的氧化锌制造方法与装置。
技术介绍
氧化锌为业界重要的原料，其为II-VI族陶瓷材料，同时具有高的化学稳定性、低 价电常数、高机电耦合系数、光催化特性和较大的能带间隙等特性。目前，微米级的氧化锌 主要应用于轮胎黏着加强剂，全世界年需求超过60万吨。次微米级的氧化锌主要应用于 高性能的飞机轮胎。而纳米级的氧化锌由于具有与宏观物体所不具有的表面效应、量子尺 寸效应、高分散性及光催化等特点。近年来已迅速地于各个领域有突破性的发展，像是在 陶瓷、化工、光学、电子、医药等领域已有重要的应用价值，为普通微米级氧化锌粉体无法比 拟。而传统的氧化锌制备工艺为Zn+l/202 — ZnO，其反应温度约为1000°C，使用重油当作燃料，属于耗能的开放式制备工艺，需耗费许多能量及产生大量二氧化碳。而纳米氧化 锌的制造方法主要为沉淀法、均勻沉淀法、喷雾热解法与溶胶一凝胶法等，这些方法各具特 色，但也都有量产困难以及生产成本高等问题。因此，目前需要的是环保且具有经济效益的氧化锌或纳米氧化锌的制造方法。而 氢能源被视为是下一代能源来源，其具有干净无污染的特性，且能有效解决地下原油的蕴 藏量日益减少及全球暖化的问题，目前已有许多以氢燃料电池来取代传统石油的应用，甚 至可预期未来将会是氢能源的时代。因此，若能有效掌握氢能源的趋势来制造氧化锌或纳米氧化锌，可创造相当高的 商业价值。例如，美国专利6，663，681公开了一种方法来形成氢气，其使用金属将水蒸气还 原成氢气，当水蒸气透过沉浸管孔与熔融的金属混合物(主成分为铁或锡)接触时，反应性 金属会与水中的氧原子形成金属氧化物并产生氢气。然而，其利用沉浸管孔将水蒸气注入 熔融金属内，因而能有效参与的反应表面积极为有限，氧化锌也非为主产物，且无法产生纳 米级的氧化锌。世界专利W02，006/114, 034则公开以电化学方法形成氧化锌及氢气，其为以锌为 电极在中水作电解，可形成氧化锌及氢气。然而，其需耗费大量的电能，也无法有效的分离 沉积的氧化锌及制造纳米氧化锌。因此，业界需要的是一种具有经济效益且环保的新颖制法来制造氧化锌。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化锌的制造方法。本专利技术的又一目的是提供一种用于氧化锌的制造装置。为实现上述目的，本专利技术提供的氧化锌的制造方法，包含将一锌蒸气及一水蒸气通入一反应器；以及提供一锌微粒进入反应器中以促进锌蒸气及水蒸气反应形成氧化锌及氢气。本专利技术提供的用于氧化锌的制造装置，包含一锌蒸气产生器；一水蒸气产生器；一微粒产生器，用以提供一锌微粒；一反应 器，分别由第一高温炉接收锌蒸气、由第二高温炉接收水蒸气及由微粒产生器接收锌微粒， 用以促进锌蒸气及水蒸气反应形成氧化锌及氢气。附图说明图1为本专利技术实施例氧化锌的制造装置的示意图。图2为蒸发冷凝产生的锌微粒粒径浓度与时间图。图3a及图3b为氧化锌的透射电子显微镜(TEM)图。图4为加入锌微粒对氢气浓影响的曲线图。图5为反应器温度对氢气浓度影响的曲线图。附图中主要组件符号说明100 氧化锌的制造装置102 锌蒸气产生器104 水蒸气产生器106 微粒产生器108 加热器110 稀释器112 质量流量控制器120 反应器122 收集器具体实施例方式为让本专利技术的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，以下特举出较佳实施 例并配合附图作详细说明。本专利技术提供一种新颖的氧化锌制造方法及装置，其主要为利用以锌蒸气或含锌的 前驱物所形成的含锌微粒(Zn-based particulates)来促进锌蒸气与水蒸气进行水解反 应。值得注意的是，此处所指的含锌微粒可包含锌、氧化锌或其它经由含锌的前驱物得到的 含锌微粒(为了方便说明，于以下将通称为锌微粒)。此外，此锌微粒可为固体颗粒或液滴。 锌蒸气与水蒸气会于水解反应中同步成氧化锌及氢气，其化学式可表示如下Zn(g) + H20(g)含锌微粒〉ZnO(s)+H驰其中，还可进一步回收水解反应得到的氧化锌来作为锌微粒促进锌蒸气与水蒸气 反应。如图1所示，本专利技术提供一种氧化锌的制造装置100，用以提供上述的水解反应。 锌蒸气产生器102用以提供锌蒸气。在一实施例中，该锌蒸气的温度约在400 1000°C之 间，较佳约为600 910°C，更佳约为800 910°C。水蒸气产生器104用以提供反应所需的水蒸气。另外，微粒产生器106包含加热器108及稀释器110。加热器108用以提供饱和 蒸气，该饱和蒸气是由对锌或分子式为ZnM的前驱物加热形成，分子式ZnM的M可为氧、氢 氧基、烷氧基或前述的组合，该饱和蒸气温度约为400 1000°C。稀释器110为用以提供 冷稀释气体，以使该饱和蒸气在与冷稀释气体之后进行一气胶程序形成锌微粒。气胶程序 为利用饱和蒸气与冷稀释气体混合之后，形成过饱和蒸气而藉由蒸发_冷凝机制形成锌微 粒。或者，该前驱物可直接通入反应腔中，经热裂解或水解形成锌微粒。在一实施例中，锌 微粒可包含锌、氧化锌、氢氧化锌或前述组合，其可以颗粒或液滴形式存在。锌微粒的颗粒 大小约为3nm 1 μ m。冷稀释气体可包含氮气、氩气、其它不会与锌或氧化锌反应的惰性气 体或前述的组合。冷稀释气体的温度为10 400°C。此外，冷稀释气体除了可与饱和蒸气 进行气胶程序形成锌微粒，可更进一步稀释锌微粒的浓度以减少锌微粒碰撞，以避免胶结 (coagulation)作用产生。待形成锌蒸气、水蒸气及锌微粒之后，可分别由载送气体输送至反应器120内进 行反应，其流速及流量大小可由质量流量控制器112来控制。在一实施例中，锌蒸气与水 蒸气的流速比(不含氮气)约为在1 1 1 100之间。在较佳实施例中，锌蒸气与 水蒸气的流量比约为1 10 1 30。在另一实施例中，锌蒸气与锌微粒的摩尔比约为 10,000 1 1，000，000，000 1。该载送气体可包含氮气、氩气、其它不会与锌或氧化锌 反应的惰性气体或前述的组合。在一实施例中，该反应器120的温度控制在600 910°C之间，较佳为750 800°C,以使锌蒸气及水蒸气反应。其中，锌微粒的加入可首先与水蒸气反应而形成晶种 (nucleui)。此晶种可降低锌蒸气与水蒸气反应的活化能，诱使此水解反应发生并析出氧化 锌。在本实施例中，晶种可作为此水解反应的反应点位(reaction site)。并且，此晶种可 诱发更多的晶种，而使此水解反应的效率能更进一步提升。在传统制备工艺中，没有锌微粒 的加入，反应点位通常位于反应器的壁上，氧化锌在析出之后随即会沉积在反应器的壁上， 使得水蒸气难以穿越因沉积覆盖在上的氧化锌，因而难以与锌蒸气持续进行反应。并且，沉 积之后的氧化锌不易由携带气体带出，因而大幅地降低了氧化锌的有效产率。本专利技术通入 锌微粒能够有效地以颗粒或液滴方式均勻分散于反应器120中，可提供更多有效地分布于 反应器120中的晶种，即大量增加反应点位且分散均勻以促进反应发生，并可有效的以携 带气体带出析出在锌微粒表面的氧化锌。反应析出的氧化锌是由载送气体输送至收集器122中，该载送气体与前述输送锌 蒸气、水蒸气及锌微粒的载送气体相同。本专利技术所提供的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌的制造方法，包含：　　将一锌蒸气及一水蒸气通入一反应器；以及　　提供一锌微粒进入该反应器中以促进该锌蒸气及该水蒸气反应形成氧化锌及氢气，其中该反应器的温度为６００～９１０℃。

【技术特征摘要】
一种氧化锌的制造方法，包含将一锌蒸气及一水蒸气通入一反应器；以及提供一锌微粒进入该反应器中以促进该锌蒸气及该水蒸气反应形成氧化锌及氢气，其中该反应器的温度为600～910℃。2.如权利要求1所述的氧化锌的制造方法，其中，该锌微粒包含锌、氧化锌、氢氧化锌 或前述组合。3.如权利要求1所述的氧化锌的制造方法，其中，该锌微粒是以颗粒或液滴形式存在。4.如权利要求3所述的氧化锌的制造方法，其中，该锌微粒为由一气胶程序形成。5.如权利要求4所述的氧化锌的制造方法，其中，该气胶程序为蒸发锌或一分子式为ZnM的前驱物形成一饱和蒸气，其中分子式ZnM中的M为氧、羟 基、烷氧基或前述的组合；及将该饱和蒸气与一冷稀释气体混合以由蒸发-冷凝形成该锌微粒。6.如权利要求5所述的氧化锌的制造方法，其中，该冷稀释气体包含氮气、氩气、其它 不会与锌或氧化锌反应的惰性气体或前述的组合。7.如权利要求5所述的氧化锌的制造方法，其中，该冷稀释气体的温度为10 400°C。8.如权利要求5所述的氧化锌的制造方法，其中，该饱和蒸气与冷稀释气体的流量比 为 0. 005 1 0. 15 1。9.如权利要求5所述的氧化锌的制造方法，其中，该饱和蒸气的温度为400 1000°C。10.如权利要求1所述的氧化锌的制造方法，其中，该锌蒸气的温度为400 1000°C。11.如权利要求1所述的氧化锌的制造方法，其中，该锌微粒的颗粒大小为3nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：简弘民，徐玉杜，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]