製備超細均勻納米Fe的製作方法
2024-02-02 07:58:15
專利名稱：製備超細均勻納米Fe的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製備納米Fe3O4的方法，特別是一種液相快速製備超細均勻納米Fe3O4的方法。
背景技術：
Fe3O4是一種古老、傳統的磁性材料，也是應用最早的非金屬磁性材料，由於它的諸多優點和特殊性質，在磁性材料的研究和應用領域一直受到重視。隨著社會的信息化和納米技術的應用，人們對它的合成也逐步從微米、亞微米向納米尺寸過渡，這種細微化的納米技術已為許多領域的發展創造了條件。由於納米粒子的尺寸效應，不同尺寸的Fe3O4磁性納米顆粒常常表現出不同的磁特性。因此，對於粒徑可控的Fe3O4的合成成為磁性材料的研究熱點和發展方向。T.Hyeon等用Fe(CO)5為原料，以(CH3)3NO為氧化劑製得高分散納米Fe3O4粒子，(J.Am.Chem.Soc.2001，123，12798-12801)S.H.Sun等通過熱分解[Fe(acac)3]在乙醯丙酮、油胺等存在下，也得到高質量分散型較好的納米Fe3O4(J.Am.Chem.Soc.2004，126，273-279)，Zhen Li等將FeCl3.6H2O置於吡咯烷酮中沸騰回流不同時間獲得粒徑在4～60nm的單分散Fe3O4(Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，123-126)；同時，在鹼溶液中以一定比例的FeCl3.6H2O和FeCl2.H2O為原料，在通N2的氣氛下對納米Fe3O4的製備也進行了大量的研究。比如D.K.Kim.用共沉澱法，經油酸鈉表面處理得到粒度為13～60nm，具有不同磁特性的納米Fe3O4(J.Magnetism MagneticMater.2001，225，30-36)；安麗娟等用共沉澱法，並用油酸和十二烷基苯磺酸鈉為雙層表面活性劑進行表面修飾，製得了粒徑為10nm的穩定的水分散性納米Fe3O4(高等學校化學學報，2005，26(2)，366-369)；汪漢斌等也採用共沉澱法，加入檸檬酸鹽來控制納米Fe3O4的生長，製備出粒徑小於5nm的Fe3O4-粒子，但是樣品的晶化不太理想(無機化學學報，2004，20(11)，1279-1283)；另外，Shufeng Si等以FeCl3.6H2O和Fe粉為前驅物，在油酸及十二烷基醯胺存在下，用水熱法經180℃水熱合成不同時間，獲得粒徑在5.2～12.7nm單分散Fe3O4粉；Lai Qiong Yu等以Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O為原料，用H2O2作氧化劑，並經表面活性劑處理，得到了粒徑為8～10nm的Fe3O4粒子；但是以Fe2+為原料，加入鹼控制pH值，用空氣氧化得到的Fe3O4粒徑一般較大。近年來，雖然在Fe3O4納米製備及改性方面取得了明顯的進步，但仍存在兩個典型的問題(1)製備的原料較貴，成本較高，製備工藝相對較複雜；(2)對納米Fe3O4的表面進行修飾可降低樣品的晶粒大小，並提高樣品的分散性，但會由此導致納米Fe3O4磁性能的下降。因此，尋找新的反應工藝，尤其是低成本的綠色工藝合成粒度分布均勻可控、具有良好分散性的納米Fe3O4粉體具有重要的實際意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種快速、經濟、簡單方便、環保、低成本製備粒度分布均勻可控，具有良好分散性及均勻性的超細均勻納米Fe3O4的方法。
本發明提供了製備納米Fe3O4不同粒徑產物的反應條件及改善其分散性的條件。
本發明的目的是這樣實現的。一種製備超細均勻納米Fe3O4的方法，以亞鐵鹽溶液或含亞鐵離子廢酸液為初始物，用氫氧化鈉溶液調節溶液的pH值為8.7～10，加入雙氧水，製得δ-FeOOH前驅物，再按δ-FeOOH前驅物與Fe(II)的摩爾數比為(1.32～1.92)∶1加入Fe(II)鹽溶液，用氫氧化鈉溶液將混合液pH值調節至8～13，沸騰回流1.5～2.5h，產物經過濾、水洗後再經稀氨水洗滌，烘乾，得到超細均勻納米Fe3O4粉體。
本發明中，製備δ-FeOOH前驅物時亞鐵溶液的初始濃度為0.1～0.9mol/L。
本發明中，所說的亞鐵鹽是氯化亞鐵或硫酸亞鐵。
在本發明中，反應產物經水洗後，再用少量稀氨水洗滌，不僅可以完全除去顆粒表面吸附的陰離子尤其是SO42-離子，還可顯著改善粉體的分散性。產物的尺寸控制是通過改變製備前驅物時Fe(II)鹽溶液的初始濃度和初始pH值以及改變製備Fe3O4時δ-FeOOH與Fe(II)的比例和該混合體系的初始pH值實現的。
本發明所製備的Fe3O4粉體為球型，粒徑在30～70nm人為可控，單分散性好；Fe3O4的飽和磁化強度在60～80emu/g；Fe3O4收率和純度在98％以上。
本發明取得的積極效果是本發明以易得的亞鐵鹽或含亞鐵離子廢酸液為初始物、氫氧化鈉為沉澱劑，製備出粒度可控，具有良好分散性及均勻性的納米Fe3O4粉體，工藝簡單，經濟實用，無環境汙染物排放。本發明為工業生產高純度、高收率的Fe3O4提供了生產方法和操作條件。
具體實施例方式
以下實施例用於說明本發明。
實施例1反應釜中加入濃度為1.0mol/L的FeSO4溶液50ml，在攪拌下，用6.0mol/L氫氧化鈉溶液調節pH＝9，同時將生成的混懸液的體積定容為100ml，室溫下加入質量分數為30％的H2O22.4ml，氧化30min，可製得不定形δ-FeOOH懸浮液，按δ-FeOOH前驅物與Fe(II)的物質的量比為1.85∶1的比例加入FeSO4溶液，再用氫氧化鈉溶液調節體系的pH值至10，在100℃下沸騰回流2h，產物過濾，水洗數次後用稀氨水洗滌，乾燥後可得產物約18g，產物粒徑為51nm。
實施例2反應釜中加入濃度為1.0mol/L的FeSO4溶液10ml，加入40ml水，在攪拌下，用6mol/l氫氧化鈉溶液調節pH＝8.7，同時將生成的混懸液的體積定容為100ml，室溫下加入質量分數為30％H2O20.48ml，氧化30min，可製得不定形δ-FeOOH懸浮液；按δ-FeOOH前驅物與Fe(II)的物質的量比為1.47∶1的比例加入FeSO4溶液，再用氫氧化鈉溶液調節體系的pH值至8，在100℃下沸騰回流2h，產物過濾，水洗數次後用稀氨水洗滌，乾燥後可得產物3.3g，產物粒徑為68nm。
實施例3反應釜中加入濃度為1.0mol/L的FeCl2溶液10ml，加入40ml水，在攪拌下，用6mol/l氫氧化鈉溶液調節pH＝8.7，同時將生成的混懸液的體積定容為100ml，室溫下加入質量分數為30％的H2O20.48ml，，氧化30min，可製得不定形δ-FeOOH懸浮液；按δ-FeOOH前驅物與Fe(II)的物質的量比為1.47∶1的比例加入FeCl2溶液，再用氫氧化鈉溶液調節體系的pH值至13，在100℃下沸騰回流2h，產物過濾，水洗數次後用稀氨水洗滌，乾燥後可得產物3.4g，產物粒徑為29nm。
權利要求
1.一種製備超細均勻納米Fe3O4的方法，其特徵在於以亞鐵鹽溶液為初始物，用氫氧化鈉溶液調節溶液的pH值為8.7-10，加入雙氧水，製得δ-FeOOH前驅物，再按δ-FeOOH前驅物與Fe(II)的摩爾數比為(1.32～1.92)∶1加入Fe(II)鹽溶液，用氫氧化鈉溶液將混合液pH值調節至8～13，沸騰回流1.5～2.5h，產物經過濾、水洗後再經稀氨水洗滌，烘乾，得到超細均勻納米Fe3O4粉體。
2.按權利要求1所述的製備超細均勻納米Fe3O4的方法，其特徵在於製備δ-FeOOH前驅物時亞鐵溶液的初始濃度為0.1～0.9mol/L。
3.按權利要求1所述的製備超細均勻納米Fe3O4的方法，其特徵在於所說的亞鐵鹽是氯化亞鐵或硫酸亞鐵。
全文摘要
本發明公開了一種液相快速製備超細均勻納米Fe
文檔編號B82B3/00GK101049976SQ200710061879
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月15日 優先權日2007年5月15日
發明者劉輝, 魏雨 申請人:河北師範大學