專利名稱：一種納米氧化鐵紅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及了一種納米氧化鐵紅的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
氧化鐵紅其化學(xué)式為a-Fe203。納米氧化鐵具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)以及量子尺 寸等效應(yīng)，表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、催化等性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于磁性材料、顏料、精細(xì)陶 瓷以及塑料制品的制備和催化劑工業(yè)中，在聲學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)，尤其是醫(yī)學(xué)和生物工 程等方面也有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和前景，因此具有重要的研究價(jià)值。 在科技論文報(bào)道中，常見的單分散納米粒子的制備方法有溶膠-凝膠法、水熱法、 輻射合成法、水解法、附著法、火焰燃燒分解法等?，F(xiàn)已有的合成納米氧化鐵的方法中大部 分能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，各有獨(dú)到之處，但也有不足。如1998年Tadao Sugimoto等用 溶膠-凝膠法制備出了平均粒徑約30nm的粒子，但生產(chǎn)周期過長，需耗時(shí)幾天。2001年 Hiroaki Katsuki等利用微波輻射法合成了約30nm粒徑的納米氧化鐵粒子，但產(chǎn)率僅為 18.9%。在專利方面，不少研究者都發(fā)明了不同的制備方法，都基本能達(dá)到納米級(jí)水平，但 仍存在的一個(gè)問題，即粒子的團(tuán)聚問題。因?yàn)閳F(tuán)聚現(xiàn)象不僅存在于反應(yīng)過程中，同樣存在于 后處理過程中，如干燥、研磨等。中國專利公開號(hào)CN1364730提出了一種納米氧化鐵的制 備方法，是將鐵鹽與堿加入絡(luò)合劑混合，反應(yīng)產(chǎn)物在100 12(TC干燥5h制得了平均粒徑 12nm的粒子，但產(chǎn)品分散性較差，且合成周期較長。因此抑制團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生極為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有制備方法中存在的工作周期長、分散性較差等不足， 提供了一種粒徑小，原料易得，污染低，周期短，分散性好的納米氧化鐵紅粒子的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明提供一種納米氧化鐵紅的制備方法，制備步驟如下 1、在亞鐵鹽溶液中加入飽和H2C204溶液，加熱并攪拌至沸騰，形成黃色沉淀，靜置
后棄去上清液；再用溫?zé)岬娜ルx子水洗滌沉淀，靜置后棄去上清液，重復(fù)2 3次； 2、在不斷攪拌下緩慢加入質(zhì)量濃度3%的H202溶液，并通入02，維持合適的溫度和
pH至反應(yīng)完全氧化為Fe3+，加熱至沸騰除去過量的11202，趁熱過濾，得沉淀物； 3、過濾后所得沉淀物經(jīng)去離子水洗滌、干燥后與適量碳酸氫銨混合，混合物經(jīng)高
溫灼燒，研磨后得到納米材料氧化鐵紅。 如上所述的納米氧化鐵紅的制備方法的步驟A中所用亞鐵鹽為硫酸亞鐵或硫酸 亞鐵銨，F(xiàn)e"的濃度為0. 2 0. 6mol/L，亞鐵鹽溶液用硫酸調(diào)pH至0. 5 2. 5，加入的飽和 H2C204溶液與亞鐵鹽溶液的體積比為0. 5 1. 5。 如上所述的納米氧化鐵紅的制備方法的步驟A中洗滌時(shí)所用溫?zé)岬娜ルx子水溫 度為30 5Q。C。
如上所述的納米氧化鐵紅的制備方法的步驟B中加入的質(zhì)量濃度3%的H202與 步驟A中加入的飽和H2C204溶液體積比為0. 5 2，反應(yīng)溫度控制在40 50°C ， pH控制在 3. 5 5，反應(yīng)時(shí)間為20 40min。 如上所述的納米氧化鐵紅的制備方法的步驟B中02通入量為0. 12 0. 20m3/h。
如上所述的納米氧化鐵紅的制備方法的步驟C中加入的碳酸氫銨質(zhì)量為所得沉 淀物總質(zhì)量的5 10%。 如上所述的納米氧化鐵紅的制備方法的步驟C中沉淀物在25 5(TC干燥1. 5 2. 5h，混合物在600 80(TC煅燒1 2h。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 1)本發(fā)明利用的是低溫干燥的方法，溫度控制在5(TC以下，有效地避免了粒子間 的硬團(tuán)聚，以保證粒子的分散性。 2)本發(fā)明對(duì)反應(yīng)條件控制，如反應(yīng)溫度、pH及各反應(yīng)物質(zhì)之間的配比等，制備工 藝簡單，工藝參數(shù)易控制，干燥時(shí)間短、溫度低也縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。
3)本發(fā)明加入了碳酸氫銨來抑制團(tuán)聚現(xiàn)象，使得產(chǎn)品在煅燒時(shí)由于碳酸氫銨分解 的作用，可以得到疏松的納米氧化鐵紅。 4)本發(fā)明制備的納米氧化鐵紅粒子大小在40 80nm之間，且產(chǎn)率可達(dá)90X以 上，能很好符合工業(yè)生產(chǎn)的要求。
具體實(shí)施例方式
下面用實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明并通過權(quán)利要求更具體地確定，但在任何條件下 不要把實(shí)施例看成是對(duì)本發(fā)明的范圍限制
實(shí)施例1 在250mL0. 3mol/L的FeS04溶液中加入10mLH2S04，調(diào)pH至4，然后加入飽和H2C204 溶液200mL，攪拌并加熱至沸騰，形成黃色沉淀，靜置后傾去上清液，用40°C的去離子水洗 滌沉淀，重復(fù)3次以除去可溶性雜質(zhì)。緩慢加入200mL3%的H202溶液并以0. 12m3/h的流量 通入02，維持溫度在40°C ， pH為4，不斷攪拌至反應(yīng)完全氧化為Fe3+，反應(yīng)20min。煮沸除去 殘留的H202，趁熱過濾。過濾后沉淀物用去離子水洗滌，于3(TC干燥1. 5h后與含沉淀物總 質(zhì)量5%的碳酸氫銨混合，混合物在70(TC下煅燒1. 5h，研磨后得到納米材料氧化鐵紅。
實(shí)施例2 在250mL0. 4mol/L的FeS04溶液中加入10mLH2S04，然后加入飽和H2C204溶液 250mL，攪拌并加熱至沸騰，形成黃色沉淀，靜置后傾去上清液，用40°C的去離子水洗滌沉 淀，重復(fù)2次以除去可溶性雜質(zhì)。緩慢加入250mL3%的H202溶液并以0. 15m3/h的流量通入 02，維持溫度在40°C ， pH為5. 0，不斷攪拌至反應(yīng)完全氧化為Fe3+，反應(yīng)20min。煮沸除去殘 留的&02，趁熱過濾。過濾后沉淀物用去離子水洗滌，于3(TC干燥1. 5h后與含沉淀物總質(zhì) 量6%的碳酸氫銨混合，混合物在75(TC下煅燒1. 5h，研磨后得到納米材料氧化鐵紅。
實(shí)施例3 在250mL0. 5mol/L的FeS04溶液中加入10mLH2S04，然后加入飽和H2C204溶液 250mL，攪拌并加熱至沸騰，形成黃色沉淀，靜置后傾去上清液，用40°C的去離子水洗滌沉 淀，重復(fù)3次以除去可溶性雜質(zhì)。緩慢加入200mL3%的H202溶液并以0. 16m3/h的流量通入
402，維持溫度在50°C ， pH為5. 0，不斷攪拌至反應(yīng)完全氧化為Fe3+，反應(yīng)30min。煮沸除去殘 留的^02，趁熱過濾。過濾后沉淀物用去離子水洗滌，于4(TC干燥1. 5h后與沉淀物質(zhì)量8X 的碳酸氫銨混合，混合物在75(TC下煅燒lh，研磨后得到納米材料氧化鐵紅。
實(shí)施例4 在250mL0. 5mol/L的FeS04溶液中加入10mLH2S04，然后加入飽和H2C204溶液 250mL，攪拌并加熱至沸騰，形成黃色沉淀，靜置后傾去上清液，用40°C的去離子水洗滌沉 淀，重復(fù)3次以除去可溶性雜質(zhì)。緩慢加入250mL3%的H202溶液并以0. 16m3/h的流量通入 02，維持溫度在45°C ， pH為5. 0，不斷攪拌至反應(yīng)完全氧化為Fe3+，反應(yīng)30min。煮沸除去殘 留的H202，趁熱過濾。過濾后沉淀物用去離子水洗滌，于3(TC干燥2h后與沉淀物質(zhì)量8% 的碳酸氫銨混合，混合物在75(TC下煅燒1. 5h，研磨后得到納米材料氧化鐵紅。
實(shí)施例5 在250mL0. 6mol/L的FeS04溶液中加入12mLH2S04，然后加入飽和H2C204溶液 300mL，攪拌并加熱至沸騰，形成黃色沉淀，靜置后傾去上清液，用40°C的去離子水洗滌沉 淀，重復(fù)3次以除去可溶性雜質(zhì)。緩慢加入200mL3%的H202溶液并以0. 18m3/h的流量通入 02，維持溫度在40°C ， pH為4. 0，不斷攪拌至反應(yīng)完全氧化為Fe3+，反應(yīng)40min。煮沸除去殘 留的&02，趁熱過濾。過濾后沉淀物用去離子水洗滌，于35t:干燥2h后與沉淀物質(zhì)量10% 的碳酸氫銨混合，混合物在80(TC下煅燒lh，研磨后得到納米材料氧化鐵紅。
權(quán)利要求
一種納米氧化鐵紅的制備方法，制備步驟如下(1)在亞鐵鹽溶液中加入飽和H2C2O4溶液，所述Fe2+的濃度為0.2～0.6mol/L，飽和H2C2O4溶液與亞鐵鹽溶液的體積比為0.5～1.5；加熱并攪拌至沸騰，形成黃色沉淀，靜置后棄去上清液；再用溫?zé)崛ルx子水洗滌沉淀，靜置后棄去上清液，重復(fù)2～3次；(2)在攪拌并通入O2下緩慢加入質(zhì)量濃度3％的H2O2溶液，所述H2O2溶液與飽和H2C2O4溶液體積比為0.5～2；反應(yīng)溫度控制在40～50℃，pH控制在3.5～5，不斷攪拌至反應(yīng)完全氧化為Fe3+；加熱至沸騰除去過量的H2O2，趁熱過濾，得沉淀物；(3)將過濾后沉淀物經(jīng)去離子水洗滌、干燥后與適量碳酸氫銨混合，所述加入的碳酸氫銨質(zhì)量為過濾后沉淀物總質(zhì)量的5～10％；過濾后沉淀物與碳酸氫銨的混合物經(jīng)高溫灼燒，研磨后得到納米氧化鐵紅。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米氧化鐵紅的制備方法，其特征在于亞鐵鹽為硫酸亞鐵或 硫酸亞鐵銨，亞鐵鹽溶液用硫酸調(diào)pH至0. 5 2. 5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米氧化鐵紅的制備方法，其特征在于溫?zé)崛ルx子水溫度為 30 40°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米氧化鐵紅的制備方法，其特征在于完全氧化反應(yīng)時(shí)間為 20 40min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米氧化鐵紅的制備方法，其特征在于通入02量為0. 12 0. 20m3/h。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米氧化鐵紅的制備方法，其特征在于過濾后沉淀物在25 5Q。C干燥1. 5 2. 5h，混合物在600-80(TC煅燒1 2h。
全文摘要
一種納米氧化鐵紅的制備方法，是在亞鐵鹽溶液中加入適量的H2C2O4，煮沸攪拌形成黃色沉淀，靜置后棄去上清液，在不斷攪拌下加入3％H2O2溶液并通入O2，維持合適溫度及pH至反應(yīng)完全氧化，除去過量H2O2后趁熱過濾。過濾后沉淀物經(jīng)洗滌、干燥后與適量的碳酸氫銨混合，混合物經(jīng)灼燒、研磨后得到納米級(jí)粉末狀氧化鐵紅。本發(fā)明操作簡單，原料成本低廉，產(chǎn)品粒徑小，分散性能好。
文檔編號(hào)C01G49/06GK101723468SQ20091015661
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者何雨舟, 方衛(wèi)民, 郭偉強(qiáng), 陸曉星, 魯旻陽 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)