一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法與流程
2023-05-27 12:02:41
本發明屬於四氧化三鐵領域，涉及納米四氧化三鐵粉末，具體涉及一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法。
背景技術：
四氧化三鐵是一種具有反尖晶石結構的鐵氧體，由於其具有獨特的物理、化學性質比其他鐵氧體受關注。納米四氧化三鐵具有超順磁性、小尺寸效應、量子隧道效應等使其能夠區別於一般的四氧化三鐵。目前，磁性納米四氧化三鐵已經在催化劑、造影成像、靶向給藥、藥物載體、DNA檢測等應用領域表現出良好的應用前景。尤其隨著納米技術與高分子工程的快速發展，磁性納米四氧化三鐵在細胞分離、蛋白質分離、生物傳感器、重金屬吸附等領域越來越受到重視。納米四氧化三鐵的性能因不同的製備方法而有所不同。目前磁性納米四氧化三鐵製備方法主要包括共沉澱法、分解法、水熱法、溶劑熱法、微乳液法、空氣氧化法、靜電紡絲法、微波法。中國專利申請(公開號CN101381110A)提出了一種碳熱還原法製備四氧化三鐵納米粉末的方法，該方法具有操作簡單、成本低、產量大等特點。但該法先製備三氧化二鐵粉末，再進行碳熱還原的兩步法製備四氧化三鐵，且製備粉末分散性不好，反應時間長，球形度不高。
技術實現要素：
基於現有技術中存在的問題，本發明提出了一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法，該方法操作簡單、流程短、成本低、產量大，產品分散性好，球形度高、磁性能好、粒徑在10nm～50nm。為了解決上述技術問題，本申請採用如下技術方案予以實現：一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法，其特徵在於：該方法先將硝酸鐵和檸檬酸混合製成幹凝膠，研磨成凝膠粉末；向凝膠粉末中加入爆炸劑進行爆炸反應，冷卻至室溫後取出爆炸反應產物，即得到納米四氧化三鐵粉末。本發明還具有如下區別技術特徵：所述的幹凝膠的製備過程為：先將硝酸鐵溶解，恆溫攪拌0.5～1h，溫度為30～40℃，加入檸檬酸固體，恆溫攪拌0.5～1h，溫度30～40℃，使混合均勻；加入氨水調節pH值至6.0～8.0，恆溫攪拌8～10h，溫度50～100℃；將體系轉移到大瓷皿中，放入乾燥箱100～150℃，乾燥12～24h，得到幹凝膠。所述的硝酸鐵與檸檬酸的質量比為1：(1～3.5)。所述的硝酸鐵和檸檬酸固體溶解所用的去離子水的質量與所要溶解的固體的質量相等。所述的爆炸劑為苦味酸。所述的爆炸反應的具體過程為：將凝膠粉末與苦味酸混合均勻裝入高壓反應釜中，抽真空並通入氬氣，升溫至400～800℃，保溫0.5～1h，發生爆炸反應，隨爐冷卻至室溫，得到的爆炸產物即為納米四氧化三鐵粉末。所述的凝膠粉末與苦味酸的質量比為1：(1～3)。所述的納米四氧化三鐵粉末的粒徑在10nm～50nm。本發明與現有技術相比，有益的技術效果是：本發明的製備方法採用檸檬酸作為有機螯合劑和碳源，並採用苦味酸作為爆炸反應劑，實現了爆炸法製備納米四氧化三鐵粉末。操作方便、簡單，產量大，成本低。製備的納米四氧化三鐵粉末分散性好，球形度高，可以實現量產化。由XRD、傅立葉紅外光譜、透射電子顯微鏡照片和磁滯回線可以看出，該方法製備的粉末為純相納米四氧化三鐵粉末，產品純度高，磁性能優良。附圖說明圖1是實施例1中所製備的Fe3O4的納米粉末的XRD圖譜。圖2是實施例1中所製備的Fe3O4的納米粉末的FTIR圖譜。圖3是實施例1中所製備的Fe3O4的納米粉末的VSM圖譜。圖4是實施例2中所製備的Fe3O4的納米粉末的VSM圖譜。圖5是實施例2中所製備的Fe3O4的納米粉末的TEM圖譜。圖6是實施例3中所製備的Fe3O4的納米粉末的TEM圖譜。圖7是實施例4中所製備的Fe3O4的納米粉末的TEM圖譜。以下結合附圖和實施例對本發明的具體內容作進一步詳細地說明。具體實施方式遵從上述技術方案，以下給出本發明的具體實施例，需要說明的是本發明並不局限於以下具體實施例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發明的保護範圍。下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明。實施例1：本實施例給出一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法，具體包括以下步驟：將100g硝酸鐵溶解，恆溫攪拌0.5h，溫度規定為35℃，使其混合均勻；加入52g檸檬酸固體，恆溫攪拌0.5h，溫度38℃，使混合均勻；規定每次溶解用去離子水的質量與固體的質量相等。逐滴加入純氨水，調節pH值至7.10。恆溫攪拌8h，溫度68℃。將體系轉移到大瓷皿中，放入乾燥箱120℃乾燥12h，生成物研磨成粉末狀。將5g粉末置於爆炸反應器中，加入5g苦味酸，對反應器進行抽真空，並通入氬氣密封，放入熱處理爐中，升溫至600℃，保溫0.5h，使其發生爆炸反應，然後隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對所得粉末進行物相分析，衍射圖譜如圖1，圖1表明本發明製備的樣品為純相的四氧化三鐵粉末。用傅立葉紅外光譜儀進行光譜分析，光譜如圖2，在570.86cm-1處為Fe-O的吸收特徵峰，說明了生成了納米Fe3O4。用振動樣品磁強計對製備的四氧化三鐵粉末進行磁性表徵，磁滯回線如圖3所示，表明製備的四氧化三鐵納米粉末具有良好的磁性能和磁響應。實施例2：本實施例給出一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法，具體包括以下步驟：將100g硝酸鐵溶解，恆溫攪拌0.5h，溫度規定為38℃，使其混合均勻；加入104g檸檬酸固體，恆溫攪拌0.8h，溫度38℃，使混合均勻；規定每次溶解用去離子水的質量與固體的質量相等。逐滴加入純氨水，調節pH值至7.10。恆溫攪拌8h，溫度85℃。將體系轉移到大瓷皿中，放入乾燥箱125℃乾燥18h，生成物研磨成粉末狀。將5g粉末置於爆炸反應器中，加入5g苦味酸，對反應器進行抽真空，並通入氬氣密封，放入熱處理爐中，升溫至600℃，保溫0.5h，使其發生爆炸反應，然後隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用振動樣品磁強計對製備的四氧化三鐵粉末進行磁性表徵，磁滯回線如圖4所示。用高分辨透射電子顯微鏡進行形貌表徵，圖譜如圖5所示，從圖5可以看出納米顆粒為近球形，粒徑大約為10nm。實施例3：本實施例給出一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法，具體包括以下步驟：將100g硝酸鐵溶解，恆溫攪拌0.5h，溫度規定為40℃，使其混合均勻；加入50～156g檸檬酸固體，恆溫攪拌0.5h，溫度40℃，使混合均勻；規定每次溶解用去離子水的質量與固體的質量相等。逐滴加入純氨水，調節pH值至6.10。恆溫攪拌9h，溫度92℃。將體系轉移到大瓷皿中，放入乾燥箱150℃乾燥24h，生成物研磨成粉末狀。將5g粉末置於爆炸反應器中，加入10g苦味酸，對反應器進行抽真空，並通入氬氣密封，放入熱處理爐中，升溫至450℃，保溫0.6h，使其發生爆炸反應，然後隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對所得粉末進行物相分析，結果顯示純的四氧化三鐵，用透射電子顯微鏡進行形貌表徵，圖譜如圖6所示，從圖6可以看出生成物為10nm左右的球形納米顆粒，納米顆粒的摩爾條紋為0.23nm。實施例4：本實施例給出一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法，具體包括以下步驟：將100g硝酸鐵溶解，恆溫攪拌1h，溫度規定為40℃，使其混合均勻；加入208g檸檬酸固體，恆溫攪拌1h，溫度40℃，使混合均勻；規定每次溶解用去離子水的質量與固體的質量相等。逐滴加入純氨水，調節pH值至8.00。恆溫攪拌8h，溫度92℃。將體系轉移到大瓷皿中，放入乾燥箱150℃乾燥24h，生成物研磨成粉末狀。將5g粉末置於爆炸反應器中，加入10g苦味酸，對反應器進行抽真空，並通入氬氣密封，放入熱處理爐中，升溫至700℃，保溫0.5h，使其發生爆炸反應，然後隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對所得粉末進行物相分析，結果顯示純的四氧化三鐵，用透射電子顯微鏡進行形貌表徵，圖譜如圖7所示，從圖7可以看出有10nm左右的球形納米顆粒形成，且有部分的團聚現象。實施例5：本實施例給出一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法，具體包括以下步驟：將100g硝酸鐵溶解，恆溫攪拌1h，溫度規定為40℃，使其混合均勻；加入312g檸檬酸固體，恆溫攪拌1h，溫度35℃，使混合均勻；規定每次溶解用去離子水的質量與固體的質量相等。逐滴加入純氨水，調節pH值至6.10。恆溫攪拌8h，溫度52℃。將體系轉移到大瓷皿中，放入乾燥箱100℃乾燥24h，生成物研磨成粉末狀。將5g粉末置於爆炸反應器中，加入10g苦味酸，對反應器進行抽真空，並通入氬氣密封，放入熱處理爐中，升溫至400℃，保溫0.5h，使其發生爆炸反應，然後隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對所得粉末進行物相分析，結果顯示純的四氧化三鐵。實施例6：本實施例給出一種納米四氧化三鐵粉末的製備方法，具體包括以下步驟：將100g硝酸鐵溶解，恆溫攪拌1h，溫度規定為40℃，使其混合均勻；加312g檸檬酸固體，恆溫攪拌1h，溫度40℃，使混合均勻；規定每次溶解用去離子水的質量與固體的質量相等。逐滴加入純氨水，調節pH值至7.10。恆溫攪拌8h，溫度68℃。將體系轉移到大瓷皿中，放入乾燥箱120℃乾燥24h，生成物研磨成粉末狀。將5g粉末置於爆炸反應器中，加入15g苦味酸，對反應器進行抽真空，並通入氬氣密封，放入熱處理爐中，升溫至500℃，保溫1h，使其發生爆炸反應，然後隨爐冷卻至室溫，得到納米四氧化三鐵粉末。用X射線衍射儀對所得粉末進行物相分析，結果顯示純的四氧化三鐵。