一種納米鐵酸錳的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米鐵酸錳的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]尖晶石型氧化物作為一類重要的功能材料，由于其本身具有的吸光性能、導(dǎo)電性能及磁學(xué)性能等，使其具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，可以作為催化材料、顏料、磁性材料、隱身材料以及氣敏材料等，因此廣泛應(yīng)用于電子、通訊和化工等行業(yè)。這類材料的制備方法很多，常用的是陶瓷法，但該法一般需要很高的煅燒溫度和很長的反應(yīng)時(shí)間，且反應(yīng)過程中容易產(chǎn)生燒結(jié)，導(dǎo)致生成的產(chǎn)物結(jié)塊，因此煅燒過后需要研磨，工藝較為復(fù)雜。近年來，人們?cè)谝合嗷瘜W(xué)法制備尖晶石材料上進(jìn)行了大量的研究，其中溶膠.凝膠法、化學(xué)沉淀法、前驅(qū)體熱解法、水熱法、自蔓延燃燒法、微乳液法等廣泛應(yīng)用于制備尖晶石材料?；瘜W(xué)合成法制備的尖晶石材料具有粒徑小、反應(yīng)迅速、產(chǎn)物成分易控制等優(yōu)點(diǎn)，而且材料的性能可根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行調(diào)整。
[0003]尖晶石型鐵酸鹽是一類重要的非金屬材料，又稱為“磁性陶瓷〃。通常它是以Fe203和M-n203、N1、CoO等氧化物經(jīng)高溫煅燒制備而成，化學(xué)式通式為MFe204或M0.Fe203 (M2+代表二價(jià)金屬離子)。近些年來，隨著納米材料制備技術(shù)的發(fā)展，納米級(jí)鐵酸鹽展現(xiàn)出的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)一步拓展了這類材料的應(yīng)用領(lǐng)域，使得納米級(jí)鐵酸鹽的制備研究成為目前國際研究的熱點(diǎn)之一。
[0004]MnFe204是一種具有混相尖晶石構(gòu)型的單組分鐵酸鹽。鐵酸錳因其本身固有的物理、化學(xué)性質(zhì)，使其在催化劑及用作高頻變壓器、感應(yīng)器和記錄磁頭磁性材料等領(lǐng)域均有應(yīng)用，作為一種性能優(yōu)良的重要工業(yè)軟磁材料，廣泛應(yīng)用于電子、通訊和化工等行業(yè)。
[0005]金屬陽離子占據(jù)四面體A位的可能性較高，后面的金屬陽離子占據(jù)八面體B位的可能更大，處于中間位置的金屬離子是對(duì)占據(jù)四面體A位和八面體B位選擇性不顯著的離子。從左至右，占據(jù)四面體A位的傾向度逐漸變小，占據(jù)八面體B位的傾向逐步升高。其它的一些外部因素也會(huì)影響尖晶石型鐵酸鹽中金屬離子在四面體a位和八面體B位的分布，如煅燒溫度、降溫速率等。
[0006]尖晶石型鐵酸鹽由于其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的物理、化學(xué)性質(zhì)一直吸引研究人員的注意。鐵酸鹽是一類具有多用途的材料，在眾多領(lǐng)域都有較高的應(yīng)用價(jià)值。尖晶石型鐵酸鹽可用做無機(jī)顏料，如Fe304可作為鐵黑顏料，具有耐熱、耐光、無毒和防銹等顯著特點(diǎn)。鐵酸鹽作為催化劑實(shí)際應(yīng)用于合成氨、F.T合成及乙苯、丁烯等的氧化脫氫反應(yīng)中已有系統(tǒng)的研究。此外，鐵酸鹽在磁性材料、半導(dǎo)體陶瓷材料方面均有大量的應(yīng)用。
[0007]鐵酸錳是一類較為特殊的鐵酸鹽，它屬于混相尖晶石構(gòu)型，對(duì)制備工藝的條件要求較高。早期MnFe204的制備方法為固相煅燒法，即通過鐵錳氧化物高溫煅燒制備出鐵酸錳。MnFe204的應(yīng)用研究主要集中于磁性能方面，研究表明，MnFe204磁性能較差，通過摻雜鋅離子可顯著提高它的磁性能亦可提高它的穩(wěn)定性，研究人員在錳鋅復(fù)合鐵酸鹽的磁性能研究方面做了大量的工作，因此這方面的報(bào)道也比較常見，而系統(tǒng)研究單純MnFe204及其它性能應(yīng)用方面的報(bào)道還不多見。自上世紀(jì)90年代開始，納米材料的制備研究進(jìn)一步推動(dòng)了研究MnFe204的熱潮，科學(xué)家通過液相化學(xué)法(如溶膠.凝膠法、水熱法、微乳液法等)對(duì)制備納米級(jí)Ml’ lFe204進(jìn)行了大量的研究，研究的重點(diǎn)主要集中于納米MnFe204材料的制備及表征，近年來也有一些文獻(xiàn)報(bào)道了 MnFe:204納米晶粉體的制備及其磁性能方面的研究工作，發(fā)現(xiàn)納米MnFe204呈現(xiàn)超順磁特性，并且飽和磁化強(qiáng)度隨粒徑的減少而降低，矯頑力隨粒徑的減少而增加。對(duì)于MnFe204催化性能、吸光性能等方面的研究尚不多見，一些研究表明MnFe204可用作催化劑及顏料。目前關(guān)于液相化學(xué)法制備MnFe204及應(yīng)用方面還有很多地方值得深入研究。
[0008]機(jī)械研磨法是將金屬或金屬氧化物按一定比例混合后，通過高能球磨形成的不同金屬元素相互作用的納米化合物的新方法。該法制備的產(chǎn)物粒徑大小與反應(yīng)的程度和研磨球的選擇及研磨時(shí)間有很大的關(guān)系，此法廣泛應(yīng)用于各種納米材料、非晶態(tài)材料和超細(xì)金屬合金的合成之中，同時(shí)也是制備高性能尖晶石型氧化物納米材料的重要方法之一。南京理工大學(xué)國家超細(xì)粉體中心的老師們?cè)谶@一方面做出過重要的研究。
[0009]在用高能機(jī)械研磨法制備納米尖晶石鐵酸鹽的合成過程中，前軀體反應(yīng)物一般選擇兩種或多種金屬相應(yīng)的氧化物，如Fe203和CoO、MnO、Mn304等，近來有研究表明，使用其它類型的兩種前驅(qū)體如金屬氧化物和金屬碳酸鹽，金屬氧化物和金屬氫氧化物經(jīng)充分研磨也可以合成出預(yù)期的產(chǎn)物。婁明連等II 7J在理論方面對(duì)高能機(jī)械研磨法制備產(chǎn)物進(jìn)行了深入的分析研究。高能機(jī)械研磨法具有制造工藝簡單，投料時(shí)產(chǎn)物的化學(xué)組成容易控制等優(yōu)點(diǎn)，但在反應(yīng)中消耗的能量大、反應(yīng)周期長、反應(yīng)過程中易出現(xiàn)雜質(zhì)、并且合成的產(chǎn)物易發(fā)生團(tuán)聚等。高能機(jī)械研磨法的研究較晚，它作為一種新的技術(shù)，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景，其研究必將推動(dòng)尖晶石類氧化物制備工藝的發(fā)展。
[0010]通常采用化學(xué)方法制備尖晶石型化合物，這種制備方法主要有固相法、液相法和氣相法。鐵酸鹽經(jīng)典的制備方法為高溫.固相法，此法有一定的缺點(diǎn)，如能耗較大、能耗利用率低、制備的產(chǎn)物粒徑較大不易控制、易混入其它類型雜質(zhì)等，它的主要優(yōu)點(diǎn)為:該法制備的鐵酸鹽因生產(chǎn)的量大使總體的成本降低、制備工藝簡單等，該法迄今仍是工業(yè)化生產(chǎn)中主要的制備方法。高溫.固相法的難點(diǎn)在于升溫速率、煅燒時(shí)間、冷卻方式等對(duì)產(chǎn)物性質(zhì)有很大的影響，而這方面的研究并不全面。為了滿足應(yīng)用需求，充分發(fā)揮尖晶石型氧化物優(yōu)良的性能，科學(xué)家們研究出液相制備法和氣相制備法。液相法制備尖晶石型氧化物是將反應(yīng)物在液相下按事先設(shè)定的配比均勻混合，反應(yīng)物前軀體在液相反應(yīng)體系中可充分的接觸和反應(yīng)，制得的產(chǎn)物具有粒度小、