專利名稱：制備超細均勻納米Fe的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米Fe3O4的方法，特別是一種液相快速制備超細均勻納米Fe3O4的方法。
背景技術(shù)：
Fe3O4是一種古老、傳統(tǒng)的磁性材料，也是應(yīng)用最早的非金屬磁性材料，由于它的諸多優(yōu)點和特殊性質(zhì)，在磁性材料的研究和應(yīng)用領(lǐng)域一直受到重視。隨著社會的信息化和納米技術(shù)的應(yīng)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(shù)已為許多領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造了條件。由于納米粒子的尺寸效應(yīng)，不同尺寸的Fe3O4磁性納米顆粒常常表現(xiàn)出不同的磁特性。因此，對于粒徑可控的Fe3O4的合成成為磁性材料的研究熱點和發(fā)展方向。T.Hyeon等用Fe(CO)5為原料，以(CH3)3NO為氧化劑制得高分散納米Fe3O4粒子，(J.Am.Chem.Soc.2001，123，12798-12801)S.H.Sun等通過熱分解[Fe(acac)3]在乙酰丙酮、油胺等存在下，也得到高質(zhì)量分散型較好的納米Fe3O4(J.Am.Chem.Soc.2004，126，273-279)，Zhen Li等將FeCl3.6H2O置于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，在堿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的制備也進行了大量的研究。比如D.K.Kim.用共沉淀法，經(jīng)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)；安麗娟等用共沉淀法，并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，制得了粒徑為10nm的穩(wěn)定的水分散性納米Fe3O4(高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，2005，26(2)，366-369)；汪漢斌等也采用共沉淀法，加入檸檬酸鹽來控制納米Fe3O4的生長，制備出粒徑小于5nm的Fe3O4-粒子，但是樣品的晶化不太理想(無機化學(xué)學(xué)報，2004，20(11)，1279-1283)；另外，Shufeng Si等以FeCl3.6H2O和Fe粉為前驅(qū)物，在油酸及十二烷基酰胺存在下，用水熱法經(jīng)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，并經(jīng)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，加入堿控制pH值，用空氣氧化得到的Fe3O4粒徑一般較大。近年來，雖然在Fe3O4納米制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)制備的原料較貴，成本較高，制備工藝相對較復(fù)雜；(2)對納米Fe3O4的表面進行修飾可降低樣品的晶粒大小，并提高樣品的分散性，但會由此導(dǎo)致納米Fe3O4磁性能的下降。因此，尋找新的反應(yīng)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種快速、經(jīng)濟、簡單方便、環(huán)保、低成本制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(fā)明提供了制備納米Fe3O4不同粒徑產(chǎn)物的反應(yīng)條件及改善其分散性的條件。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的。一種制備超細均勻納米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(diào)節(jié)溶液的pH值為8.7～10，加入雙氧水，制得δ-FeOOH前驅(qū)物，再按δ-FeOOH前驅(qū)物與Fe(II)的摩爾數(shù)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(diào)節(jié)至8～13，沸騰回流1.5～2.5h，產(chǎn)物經(jīng)過濾、水洗后再經(jīng)稀氨水洗滌，烘干，得到超細均勻納米Fe3O4粉體。
本發(fā)明中，制備δ-FeOOH前驅(qū)物時亞鐵溶液的初始濃度為0.1～0.9mol/L。
本發(fā)明中，所說的亞鐵鹽是氯化亞鐵或硫酸亞鐵。
在本發(fā)明中，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗后，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(chǎn)物的尺寸控制是通過改變制備前驅(qū)物時Fe(II)鹽溶液的初始濃度和初始pH值以及改變制備Fe3O4時δ-FeOOH與Fe(II)的比例和該混合體系的初始pH值實現(xiàn)的。
本發(fā)明所制備的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(fā)明取得的積極效果是本發(fā)明以易得的亞鐵鹽或含亞鐵離子廢酸液為初始物、氫氧化鈉為沉淀劑，制備出粒度可控，具有良好分散性及均勻性的納米Fe3O4粉體，工藝簡單，經(jīng)濟實用，無環(huán)境污染物排放。本發(fā)明為工業(yè)生產(chǎn)高純度、高收率的Fe3O4提供了生產(chǎn)方法和操作條件。
具體實施例方式
以下實施例用于說明本發(fā)明。
實施例1反應(yīng)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(diào)節(jié)pH＝9，同時將生成的混懸液的體積定容為100ml，室溫下加入質(zhì)量分數(shù)為30％的H2O22.4ml，氧化30min，可制得不定形δ-FeOOH懸浮液，按δ-FeOOH前驅(qū)物與Fe(II)的物質(zhì)的量比為1.85∶1的比例加入FeSO4溶液，再用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系的pH值至10，在100℃下沸騰回流2h，產(chǎn)物過濾，水洗數(shù)次后用稀氨水洗滌，干燥后可得產(chǎn)物約18g，產(chǎn)物粒徑為51nm。
實施例2反應(yīng)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(diào)節(jié)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(zhì)量分數(shù)為30％H2O20.48ml，氧化30min，可制得不定形δ-FeOOH懸浮液；按δ-FeOOH前驅(qū)物與Fe(II)的物質(zhì)的量比為1.47∶1的比例加入FeSO4溶液，再用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系的pH值至8，在100℃下沸騰回流2h，產(chǎn)物過濾，水洗數(shù)次后用稀氨水洗滌，干燥后可得產(chǎn)物3.3g，產(chǎn)物粒徑為68nm。
實施例3反應(yīng)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(diào)節(jié)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(zhì)量分數(shù)為30％的H2O20.48ml，，氧化30min，可制得不定形δ-FeOOH懸浮液；按δ-FeOOH前驅(qū)物與Fe(II)的物質(zhì)的量比為1.47∶1的比例加入FeCl2溶液，再用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系的pH值至13，在100℃下沸騰回流2h，產(chǎn)物過濾，水洗數(shù)次后用稀氨水洗滌，干燥后可得產(chǎn)物3.4g，產(chǎn)物粒徑為29nm。
權(quán)利要求
1.一種制備超細均勻納米Fe3O4的方法，其特征在于以亞鐵鹽溶液為初始物，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值為8.7-10，加入雙氧水，制得δ-FeOOH前驅(qū)物，再按δ-FeOOH前驅(qū)物與Fe(II)的摩爾數(shù)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(diào)節(jié)至8～13，沸騰回流1.5～2.5h，產(chǎn)物經(jīng)過濾、水洗后再經(jīng)稀氨水洗滌，烘干，得到超細均勻納米Fe3O4粉體。
2.按權(quán)利要求1所述的制備超細均勻納米Fe3O4的方法，其特征在于制備δ-FeOOH前驅(qū)物時亞鐵溶液的初始濃度為0.1～0.9mol/L。
3.按權(quán)利要求1所述的制備超細均勻納米Fe3O4的方法，其特征在于所說的亞鐵鹽是氯化亞鐵或硫酸亞鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液相快速制備超細均勻納米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(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者劉輝, 魏雨 申請人:河北師范大學(xué)