تولید رنگ‌دانه اکسید روی به روش هیدروترمال و ارزیابی اثر عوامل مختلف بر خواص آن با استفاده از روش تاگوچی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر شاهین شهر

چکیده

یکی از مهم‌ترین کاربردهای اکسید روی، استفاده از آن به عنوان رنگ‌دانه در صنعت رنگ و به ویژه در رنگ‌های کنترل گرمایی سفید بکار رفته در ماهواره است. در تحقیق حاضر، از روش هیدروترمال برای تولید نیمه صنعتی رنگ‌دانه اکسید روی استفاده شد و با استفاده از روش تحلیل آزمایش‌ها (ANOVA)، تأثیر عوامل مختلف بر خواص و میزان پودر تولید شده بررسی شد. در این تحقیق، از نمک نیترات روی به عنوان منبع روی در واکنش استفاده شد. طراحی آزمایش‌ها با استفاده از روش تاگوچی انجام شد و غلظت نیترات روی، غلظت هیدروکسید پتاسیم، pH اولیه محلول، دما و زمان به عنوان متغیرهای واکنش در نظر گرفته شدند. برای مشخصه‌یابی نمونه‌ها، از آزمون پراش پرتو X و تصویربرداری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی استفاده شد. نتایج نشان داد که غلظت نیترات روی و هیدروکسید پتاسیم، تأثیر مستقیم بر میزان پودر تولید شده دارد و دمای واکنش مهم‌ترین عامل تأثیرگذار بر ریخت و میزان پودر است. غلظت نیترات روی در هر حالت باید از غلظت هیدروکسید پتاسیم کمتر باشد، در غیر این صورت میزان تولید کاهش می‌یابد. نمونه بهینه، نمونه‌ای با غلظت نیترات روی یک مولال، غلظت هیدروکسید پتاسیم چهار مولال، pH اولیه محلول 12.5، دمای C° 170 و مدت زمان 14 ساعت معرفی شد. ارزیابی نمونه بهینه نشان داد که این نمونه دارای ریخت یکنواخت بوده که اندازه ذرات آن همگی زیر یک میکرومتر است. بازده پودر تولیدی در صورت استفاده از یک اتوکلاو 100 میلی‌لیتری، 3.1 گرم و خلوص پودر اکسید روی تهیه شده، حدود 97 درصد اندازه‌گیری شد. بازده تولید در صورت استفاده از روش هیدروترمال برابر با 94 درصد تخمین‌زده شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis of ZnO Pigment by Hydrothermal Process and Evaluation of Different Factors Effects on Its Properties by Taguchi Method

نویسندگان [English]

  • N. Kiomarsipour
  • R. Shojarazavi
Department of Materials Engineering, Malek Ashtar University of TechnologyوShahin Shahr
چکیده [English]

One of the most ZnO applications is in paint industry as pigment, specially in white thermal control coatings used on satellites. In this paper, the effects of the process variables on ZnO size and morphology is studied. The experiments were carried out based on the design of experiments using Taguchi method. The parameters were zinc nitrate solution concentration, potassium hydroxide solution concentration, the pH of initial solution, temperature and reaction time. The ZnO structures were characterized by X-ray diffraction (XRD) and field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The analysis of variance showed that among the parameters studied, temperature and potassium hydroxide solution concentration have the most significant effects on ZnO properties and amount of produced powder. The zinc nitrate solution concentraton should be always lower than potassium hydroxide solution concentration. The optimum sample was prepared according to the best levels of each factor, 1m zinc nitrate solution, 4m potassium hydroxide solution, the pH equals to 12.5, temperature of 170 ºC and reaction time of 14 h. The powder yield from a 100 mL autoclave was about 3.1 g and its purity was about 97%. The yield of ZnO powder by hydrothermal method was 94%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ZnO pigment
  • Hydrothermal method
  • Taguchi method
  • morphology