专利名称：球形FeOOH纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及无机功能材料制备领域，具体地涉及一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法。
背景技术：
羟基氧化铁(FeOOH)是重要的功能材料，广泛应用于催化剂、吸附剂、颜料、磁记录介 质的前驱体、磁性涂料、气体传感器等；在环境保护过程中还可作为功能性材料，如气体 脱硫剂，废水中重金属的脱除剂等。合成纳米FeOOH的方法可分为固相法和液相法，固相法 所制备产品的粒度分布往往不均匀，液相法主要有氧化法、溶胶法、均匀沉淀法和胶体化 学法等。
上述方法或是成本较高；或是纯度不高；或是合成步骤复杂；或是球形粉体的平均 粒度不均匀；或是有废液排放。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法。 本发明的技术方案概述如下
一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，包括如下步骤 U)在搅拌下，按体积比为4 1 : 1 2 : 1 4的比例，将八液体、8液体和0.05 1.011101丄-1 的F^+的水溶液混合，调节pH=0 3.0，继续搅拌0.5 1.0小时，放入分液装置中，静止5 60分钟，分出负载金属铁的有机相和水相，用蒸馏水洗涤所述负载金属铁的有机相2 3 次，再分液，收集负载金属铁的有机相，所述A液体为磷酸三丁酯或二(2-乙基已基)磷酸 或平均分子量在200-350的环烷酸，所述B液体为体积比为1: 1 5的异辛醇和煤油；
(2) 将所述负载金属铁的有机相与pH=7 14的无机碱水溶液按体积比为1 4 : 1的比例 混合均匀后引入高压斧中，在搅拌速率为100 1000转/分，温度为100 200°C,压力为 0. 1 4. 0 Mpa，进行水热反萃取反应30 180分钟；
(3) 将反应体系自然冷却至20-35°C，打开高压斧，取出物料，进行固液分离，所得固体 用无水乙醇或无水丙酮洗涤2 3次，干燥，即获得球形FeOOH纳米粉体。
所述A液体、B液体和0.05 1.0 mol丄"的Fe"的水溶液的体积比最好为2:2:1 所述Fe"的水溶液的浓度较好的是0.1 0.5 mol'I/1,最好是0.25 mol七'1。 所述FeS+的水溶液优选三氯化铁水溶液或硫酸铁水溶液或硝酸铁水溶液。 所述无机碱水溶液可以是氨水或氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。可将步骤(3)中固液分离后的液体进行分液，水相经过调节p^7 14后继续使用。 有机相(有机萃取剂)用于下一次合成中萃取Fe3、有机萃取剂可以反复循环使用。
本发明的优点是1)只消耗铁盐原料，成本低；2)产品的纯度高；3)产品为超细 球形粉体，平均粒度在100nm左右；4)反应过程温和，有利于控制反应和晶体的生 成过程；5)反应时间短，无须高温煅烧，工艺简单、能耗低；6)萃取剂能直接循环使用， 水相通过调节pH值后可直接用于循环使用，无废液排放，属于绿色合成工艺。
图1为制备球形FeOOH纳米粉体的流程；
图2为在JEM-IOOOII型透射电子显微镜(日本电子JE0L)下观察FeOOH粉体的形貌 和粒径。
具体实施方式
方法机理
以F^+和有机萃取剂(磷酸三丁酯或二(2-乙基已基)磷酸或平均分子量在200-350 的环烷酸)为原料，其方法机理如下
① 首先通过萃取剂萃取水相中的铁离子制备负载铁的有机相。
② 将负载铁的有机相和碱性水溶液混合，在加热的条件下，发生水热反萃取反应得到 FeOOH结晶物料，同时有机萃取剂又重新释放出来并循环使用。
③结晶物料形成晶核并进一步长大成为产品。 通过控制工艺条件温度、压力、浓度和碱性水溶液的pH能够控制产品的粒度和形貌。 下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。 实施例1
一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，包括如下步骤
(1) 在搅拌下，按体积比为2: i : l :4的比例，将磷酸三丁酯、异辛醇、煤油和o.2moH;1
的F^+的水溶液混合(选三氯化铁水溶液配制)，调节pl^2.5，继续搅拌0.5小时后，将混 合液放入分液装置中，静止10分钟，分出负载金属铁的有机相和水相，用蒸馏水洗涤所述 负载金属铁的有机相3次，再分液，收集负载金属铁的有机相；
(2) 将所述负载金属铁的有机相与p^8的氨水水溶液按体积比为1 : 1的比例混合均匀后 引入高压斧中，在搅拌速率为500转/分，温度为130°C，压力为0.5Mpa，进行水热反萃取 反应30分钟；
(3) 将反应体系自然冷却至25°C，打开高压斧，取出物料，进行固液分离，所得固体用 无水乙醇洗涤3次，6(TC干燥，即获得球形FeOOH纳米粉体。 '
球形FeOOH纳米粉体在JEM-100OII型透射电子显微镜(日本电子JEOL)下观察产 品的形貌和粒径见图2，产品为球形、产品的平均粒度约为IOO nm。实施例2
一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，包括如下步骤
(1) 在搅拌下，按体积比为4:1:1的比例，将磷酸三丁酯、B液体和0.05 mol丄-1的Fe3+ 的水溶液混合(选三氯化铁水溶液配制)，调节？11=3.0，继续搅拌0.5小时，放入分液装置 中，静止60分钟，分出负载金属铁的有机相和水相，用蒸馏水洗涤所述负载金属铁的有机 相2次，再分液，收集负载金属铁的有机相，所述B液体为体积比为1 : 3的异辛醇和煤油；
(2) 将所述负载金属铁的有机相与pH-7的氨水按体积比为1 : 1的比例混合均匀后引入高 压斧中，在搅拌速率为100转/分，温度为IO(TC，压力为4.0Mpa，进行水热反萃取反应 60分钟；
(3) 将反应体系自然冷却至20°C，打开高压斧，取出物料，进行固液分离，所得固体用 无水丙酮洗涤3次，干燥，即获得球形FeOOH纳米粉体。
产品为球形、产品的平均粒度约为96 nm。 实施例3
一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，包括如下步骤
(1) 在搅拌下，按体积比为4 : 2 : 1的比例，将二(2-乙基已基)磷酸、B液体和l.Omol丄-1 的FeS+的水溶液混合(选硝酸铁水溶液配制)，调节pftK)，继续搅拌1.0小时，放入分液 装置中，静止40分钟，分出负载金属铁的有机相和水相，用蒸馏水洗涤所述负载金属铁的 有机相3次，再分液，收集负载金属铁的有机相，所述B液体为体积比为1: l的异辛醇和 煤油；
(2) 将所述负载金属铁的有机相与pH=10的氢氧化钾水溶液按体积比为4 : 1的比例混合 均匀后引入高压斧中，在搅拌速率为1000转/分，温度为10(TC，压力为4.0Mpa，进行水 热反萃取反应30分钟；
(3) 将反应体系自然冷却至35°C，打开高压斧，取出物料，进行固液分离，所得固体用 无水丙酮洗涤3次，干燥，即获得球形FeOOH纳米粉体。
产品为球形、产品的平均粒度约为83 nm。 实施例4
一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，包括如下步骤
(1) 在搅拌下，按体积比为4:1:2的比例，将平均分子量在200的环烷酸、B液体和0.1 mol丄"的Fe^的水溶液混合(选硫酸铁水溶液配制)，调节pH=1.0，继续搅拌0.6小时， 放入分液装置中，静止30分钟，分出负载金属铁的有机相和水相，用蒸馏水洗涤所述负载 金属铁的有机相2次，再分液，收集负载金属铁的有机相，所述B液体为体积比为1: 5 的异辛醇和煤油；
(2) 将所述负载金属铁的有机相与pH=14的氢氧化钠水溶液按体积比为4 : 1的比例混合均匀后引入高压斧中，在搅拌速率为400转/分，温度为120°C，压力为0.5Mpa，进行水 热反萃取反应180分钟； (3)将反应体系自然冷却至25°C，打开高压斧，取出物料，进行固液分离，所得固体用 无水丙酮洗涤2次，干燥，即获得球形FeOOH纳米粉体。 实施例5
一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，包括如下步骤
(1) 在搅拌下，按体积比为1:2:4的比例，将平均分子量在350的环垸酸、B液体和 0.5mol七"的F^+的水溶液混合(选硝酸铁水溶液配制)，调节pl^2.0，继续搅拌0.8小时， 放入分液装置中，静止20分钟，分出负载金属铁的有机相和水相，用蒸馏水洗涤所述负载 金属铁的有机相3次，再分液，收集负载金属铁的有机相，所述B液体为体积比为1: 4 的异辛醇和煤油；
(2) 将所述负载金属铁的有机相与pH=9的氢氧化钾水溶液按体积比为2 : 1的比例混合均 匀后引入高压斧中，在搅拌速率为600转/分，温度为110'C，压力为2.0Mpa，进行水热 反萃取反应100分钟；
(3) 将反应体系自然冷却至3(TC，打开高压斧，取出物料，进行固液分离，所得固体用 无水乙醇洗涤3次，干燥，即获得球形FeOOH纳米粉体。
实施例6
一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，包括如下步骤
(1) 在搅拌下，按体积比为2:2:1的比例，将平均分子量在300的环垸酸、B液体和0.25 mol，L—1的Fe^的水溶液混合(选硫酸铁水溶液配制)，调节pH=3.0，继续搅拌0.6小时， 放入分液装置中，静止30分钟，分出负载金属铁的有机相和水相，用蒸馏水洗涤所述负载 金属铁的有机相2次，再分液，收集负载金属铁的有机相，所述B液体为体积比为1: 3 的异辛醇和煤油；
(2) 将所述负载金属铁的有机相与pH=12的氢氧化钠水溶液按体积比为3 : 1的比例混合 均匀后引入高压斧中，在搅拌速率为800转/分，温度为14(TC，压力为0.3Mpa，进行水 热反萃取反应60分钟；
(3) 将反应体系自然冷却至25'C，打开高压斧，取出物料，进行固液分离，所得固体用 无水乙醇洗涤2次，干燥，即获得球形FeOOH纳米粉体。
权利要求
1. 一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，其特征是包括如下步骤(1)在搅拌下，按体积比为4～1∶1～2∶1～4的比例；将A液体、B液体和0.05～1.0mol·L-1的Fe3+的水溶液混合，调节pH＝0～3.0，继续搅拌0.5～1.0小时，放入分液装置中，静止5～60分钟，分出负载金属铁的有机相和水相，用蒸馏水洗涤所述负载金属铁的有机相2～3次，再分液，收集负载金属铁的有机相，所述A液体为磷酸三丁酯或二(2-乙基已基)磷酸或平均分子量在200-350的环烷酸，所述B液体为体积比为1∶1～5的异辛醇和煤油；(2)将所述负载金属铁的有机相与pH＝7～14的无机碱水溶液按体积比为1～4∶1的比例混合均匀后引入高压斧中，在搅拌速率为100～1000转/分，温度为100～200℃，压力为0.1～4.0Mpa，进行水热反萃取反应30～180分钟；(3)将反应体系自然冷却至20-35℃，打开高压斧，取出物料，进行固液分离，所得固体用无水乙醇或无水丙酮洗涤2～3次，干燥，即获得球形FeOOH纳米粉体。
2. 根据权利要求l所述的一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，其特征是所述A液体、 B液体和0.05 1.0 mol-U1的Fe"的水溶液的体积比为2:2:1。
3. 根据权利要求1所述的一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，其特征是所述F^+的 水溶液的浓度为0.1 0.5 mol七"。
4. 根据权利要求3所述的一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，其特征是所述F^+的 水溶液的浓度为0.25 mol丄—1。
5. 根据权利要求l 4之一所述的一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，其特征是所述 F^+的水溶液为三氯化铁水溶液或硫酸铁水溶液或硝酸铁水溶液。
6. 根据权利要求1所述的一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，其特征是所述无机碱 水溶液为氨水或氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
全文摘要
本发明公开了一种球形FeOOH纳米粉体的制备方法，包括如下步骤在搅拌下，将A液体、B液体和Fe<sup>3+</sup>的水溶液混合，调节pH，搅拌，分液，分出负载金属铁的有机相和水相，A液体为磷酸三丁酯，B液体为体积异辛醇和煤油；将有机相与无机碱水溶液混合，搅拌，在100～200℃，进行水热反萃取反应；冷却至20-35℃，打开高压斧，取出物料，进行固液分离，固体用无水乙醇洗涤，干燥，即获得球形FeOOH纳米粉体。本发明只消耗铁盐原料，成本低；产品的纯度高；平均粒度在100nm左右；反应温和，反应时间短，无须高温煅烧，工艺简单、能耗低；萃取剂能直接循环使用，无废液排放，属于绿色合成工艺。
文档编号C01G49/02GK101428863SQ20081015355
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者张辉平, 王兴尧, 王艳明, 翠 苗 申请人:天津大学