توليد رنگ دانه اكسيد روي به روش هيدروترمال و ارزيابي اثر عوامل مختلف بر خواص آن با استفاده از روش تاگوچي

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

يكي از مهم‌ترين كاربردهاي اكسيد روي، استفاده از آن به عنوان رنگ‌دانه در صنعت رنگ و به ويژه در رنگ هاي كنترل گرمايي سفيد بكار رفته در ماهواره است. در تحقيق حاضر، از روش هيدروترمال براي توليد نيمه صنعتي رنگ دانه اكسيد روي استفاده شد و با استفاده از روش تحليل آزمايش‌ها (ANOVA)، تاثير عوامل مختلف بر خواص و ميزان پودر توليد شده بررسي شد. در اين تحقيق، از نمك نيترات روي به عنوان منبع روي در واكنش استفاده شد. طراحي آزمايش ها با استفاده از روش تاگوچي انجام شد و غلظت نيترات روي، غلظت هيدروكسيد پتاسيم، pH اوليه محلول، دما و زمان به عنوان متغيرهاي واكنش در نظر گرفته شدند. براي مشخصه يابي نمونه ها، از آزمون پراش پرتو X و تصويربرداري توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني استفاده شد. نتايج نشان داد كه غلظت نيترات روي و هيدروكسيد پتاسيم، تاثير مستقيم بر ميزان پودر توليد شده دارد و دماي واكنش مهم‌ترين عامل تاثيرگذار بر ريخت و ميزان پودر است. غلظت نيترات روي در هر حالت بايد از غلظت هيدروكسيد پتاسيم كمتر باشد، در غير اين صورت ميزان توليد كاهش مي يابد. نمونه بهينه، نمونه اي با غلظت نيترات روي يك مولال، غلظت هيدروكسيد پتاسيم چهار مولال، pH اوليه محلول 12.5، دماي C° 170 و مدت زمان 14 ساعت معرفي شد. ارزيابي نمونه بهينه نشان داد كه اين نمونه داراي ريخت يكنواخت بوده كه اندازه ذرات آن همگي زير يك ميكرومتر است. بازده پودر توليدي در صورت استفاده از يك اتوكلاو 100 ميلي‌ليتري، 3.1 گرم و خلوص پودر اكسيد روي تهيه شده، حدود 97 درصد اندازه‌گيري شد. بازده توليد در صورت استفاده از روش هيدروترمال برابر با 94 درصد تخمين زده شد.

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 ?C 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%.