專利名稱：水熱反萃取合成三氧化二鐵納米粉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化鐵制備方法，具體涉及水熱反萃法制備氧化鐵超細(xì)納米粉的制備技術(shù)，其特征是采用水熱反萃法一步合成氧化鐵的新工藝。
α-Fe2O3納米粉，在電子、化工、材料、建筑和能源等方面均有廣泛的用途。在眾多合成方法中，水熱合成容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，水熱合成粉體的粒度一般在0.1～0.4μm之間。然而近年隨著高新技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用，要求粉末的顆粒組織越來越均勻、粒度越來越小，甚至要求直接制備厚度可控、致密性強(qiáng)的氧化物陶瓷薄膜材料。原先的水解法、直接水熱合成法已不能滿足要求。
我們根據(jù)過程耦合機(jī)理，提出了水熱反萃的新技術(shù)。水熱反萃技術(shù)是指在較高的溫度條件下，負(fù)載金屬有機(jī)相與水反應(yīng)，金屬氧化物或氫氧化物直接沉淀結(jié)晶出來，同時有機(jī)相獲得再生和循環(huán)使用的過程。與其它方法相比，水熱反萃更具優(yōu)點(diǎn)。例如，通過將金屬離子變成金屬有機(jī)化合物，便可以將氧化物粒子的大小控制在超微金屬氧化物粉末的范圍內(nèi)，從而克服了直接水解法難以控制氧化物粒度的弊病；水熱反萃是用水代替草酸鹽、碳酸鹽，避免了人為地將雜質(zhì)引入系統(tǒng)，能保證產(chǎn)品純度，又減少了化工產(chǎn)品的消耗。水熱反萃能直接獲得氧化物粉體或膜材料，不需要再加熱分解。某些情況下用水代替濃酸作反萃劑，能避免產(chǎn)生大量廢酸污染環(huán)境。所以水熱反萃是制備高品質(zhì)超細(xì)陶瓷粉簡便、經(jīng)濟(jì)的方法，具有很大的潛在應(yīng)用。
本發(fā)明所提供的α-Fe2O3納米粉體的生產(chǎn)方法，采用載鐵有機(jī)相水熱反萃一步合成的新方法新工藝。
載鐵有機(jī)相的水熱反萃制備金屬氧化物的方法是以三價的鐵鹽和廉價的環(huán)烷酸為原料，它首先要求制備穩(wěn)定、純凈和新鮮的負(fù)載鐵的有機(jī)相，然后在高壓斧中從負(fù)載鐵的有機(jī)相中用水萃取金屬鐵并生成氧化鐵粒子，這些氧化鐵粒子可從水溶液中直接結(jié)晶沉淀生成α-Fe2O3納米粉。該方法工藝簡單、反應(yīng)容易控制且無副反應(yīng)無污染，得到的α-Fe2O3納米粉顆粒分布均勻、分散性好、純度高，能通過改變外部條件(如濃度、溫度、外加表面活性劑)的變化控制金屬氧化物粒子結(jié)晶尺度的因素，同時，有機(jī)相可獲得再生和循環(huán)使用載鐵有機(jī)相的水熱反萃反應(yīng)機(jī)理為
通過防止晶體的生長或使用較低溫度和鐵濃度或在體系中添加表面活性物質(zhì)有利于制備更細(xì)的粉末。當(dāng)T＜549K時，制備氧化鐵粉過程的控制步驟為載鐵有機(jī)相的水熱反萃，在此條件下，制備超細(xì)粉末可以采取如下措施a)控制晶體的生長；b)使用較小的初始鐵濃度；c)低溫度；d)縮短時間；e)在溶液中添加表面活性物質(zhì)。當(dāng)T＞549K時，制備氧化鐵粉過程的控制步驟為晶體的生長。高溫有利于水熱反萃，低溫有利于晶體的生長。


圖1水熱反萃法制備氧化鐵粉末的XRD譜圖2氧化鐵粉末的透射電鏡圖具體實(shí)施方法控制工藝條件可以生產(chǎn)不同粉體粒度的產(chǎn)品。本產(chǎn)品通過實(shí)施例說明如下實(shí)施例1(1)水熱反萃的先驅(qū)物—載鐵有機(jī)相的制備按相比2∶1∶1依次加入環(huán)烷酸、異辛醇和磺化煤油，在磁力攪拌條件下加入適量1∶1氨水(分析純)進(jìn)行皂化，之后加入0.1M硫酸鐵水溶液，磁力攪拌1h，分液，用去離子水洗滌，再分液。
(2)載鐵有機(jī)相的水熱反萃在500mL不銹鋼做的高壓釜中進(jìn)行。高壓釜裝有①磁力攪拌器；②取樣系統(tǒng)；③加熱系統(tǒng)；④壓力測量系統(tǒng)。保持水相(A)與有機(jī)相(O)的比為1∶3，其中水相是80mL的去離子水，有機(jī)相的體積為240mL。實(shí)驗(yàn)時，先將有機(jī)相和水相引入高壓釜內(nèi)，密封好后開啟磁力攪拌器，將體系加熱到所需的溫度進(jìn)行反萃。
(3)產(chǎn)品的表征氧化鐵粉末樣品的X射線(XRD)分析結(jié)果見圖1，氧化鐵粉末的X-衍射(XRD)圖的特征峰與卡片號(ASTM卡片標(biāo)準(zhǔn)譜圖)為21-0920的三氧化二鐵的特征峰一致。用透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行粒度和形貌的測試結(jié)果見圖2，可以看出水熱反萃法制備的氧化鐵粉末顆粒大小較為均勻，粒度在納米范圍內(nèi)。
實(shí)施例2(1)水熱反萃的先驅(qū)物-載鐵有機(jī)相的制備除了鐵濃度外，其余條件同實(shí)施例1。
(2)載鐵有機(jī)相的水熱反萃同實(shí)施例1產(chǎn)品結(jié)果見表1?？梢钥闯鲈谄渌麠l件不變的情況下，降低鐵濃度可以制備粒度更小的氧化鐵粉末。
實(shí)施例3(1)水熱反萃的先驅(qū)物-載鐵有機(jī)相的制備同實(shí)施例1。
(2)載鐵有機(jī)相的水熱反萃除了溫度外，其余條件同實(shí)施例1。
產(chǎn)品結(jié)果見表2?？梢钥闯鰷囟葘Ξa(chǎn)品粒度的影響較大，在其他條件不變的情況下，當(dāng)制備氧化鐵粉過程的控制步驟為載鐵有機(jī)相的水熱反萃時，降低水熱反萃的溫度可以制備粒度更小的氧化鐵納米粉末。
實(shí)施例4(1)水熱反萃的先驅(qū)物-載鐵有機(jī)相的制備同實(shí)施例1。
(2)載鐵有機(jī)相的水熱反萃除了表面活性物質(zhì)的濃度外，其余條件同實(shí)施例1。
產(chǎn)品結(jié)果見表3。可以看出在其他條件不變的情況下，在反應(yīng)液中添加表面活性物質(zhì)也是得到較小粒度產(chǎn)品的一種有效方法。
表1不同鐵濃度時粉末的粒度

表2不同溫度時粉末的粒度

表3外加不同濃度的表面活性物質(zhì)時粉末的粒度

權(quán)利要求
1.一種氧化鐵超細(xì)納米粉的制備方法，包括化學(xué)反應(yīng)、沉淀、洗滌和干燥等工藝步驟，其特征在于(1)采用Fe3+鹽和環(huán)烷酸、異辛醇、煤油為化學(xué)原料；(2)環(huán)烷酸、異辛醇和磺化煤油的體積比保持在2∶1∶1；(3)采用堿中和環(huán)烷酸并調(diào)節(jié)有機(jī)相的酸性；(4)反應(yīng)劑為去離子水；(5)水熱反萃在120-200℃下進(jìn)行；(6)外加表面活性物質(zhì)。
2.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的鐵鹽為硫酸鹽、氯化物。
3.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的堿為1∶1氨水。
4.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的水相與有機(jī)相的比為1∶3。
5.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的反應(yīng)在高壓釜中進(jìn)行。
6.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于反萃過程中需要對溶液進(jìn)行強(qiáng)力機(jī)械攪拌，使反應(yīng)充分均勻。
7.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于通過改變反應(yīng)條件可人為控制最終Fe2O3粉末顆粒的粒度，其中鐵濃度的控制范圍為0.02~0.15mol.L-1；外加表面活性物質(zhì)的種類為三甲基十六烷基溴化銨(C19H39NH2+Br-)，其濃度控制范圍為0.01~0.12mol.L-1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種α－Fe
文檔編號C01G49/02GK1524796SQ0310500
公開日2004年9月1日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者盧立柱, 謝慧琴, 王興堯, 康曉紅 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所