一种高比表面积氧化铁黄的制备方法与流程

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种用于催化剂领域的高比表面积氧化铁黄的制备方法。

背景技术：

氧化铁黄又称羟基铁简称铁黄，是一种化学性质比较稳定的氧化物。化学分子式为fe2o3·h2o或feooh，呈黄色粉末状；色泽带有鲜明纯洁的赭黄色，并有从柠檬色到橙色一系列色光。它是针形的含水化合物，遮盖力强、着色力高、无毒、耐光性达6～7级、不溶于碱、微溶于酸。氧化铁黄广泛用于建材、涂料、油漆、塑料、橡胶、电子材料、工业催化剂、烟草、化妆品等行业。

氧化铁黄(feooh)是一种半导体材料，在材料领域有着很广泛的应用，其固有的电、磁等性质可通过掺杂而得到很大改善。氧化铁黄由于尺寸小，表面所占的体积百分数较大，比表面积的增加、表面的键态、电子态、原子配位等与颗粒内部不同，从而导致表面的活性位增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。因此，氧化铁黄在磁性材料、催化、颜料、陶瓷、橡胶和光气敏材料、磁流体材料及生物医学、化妆品，等高档特殊材料方面有着广泛的用途。目前市场上氧化铁黄主要用于着色颜料，而用于其他领域，比如催化剂领域的氧化铁黄较少，即使有用于催化剂领域的氧化铁黄，由于其比表面积较小，也存在一定的问题，比如说活性比较差。所以要想氧化铁黄更好的应用于催化剂领域，能够提供一种高比表面积的氧化铁黄的生产技术是目前研发的方向。

技术实现要素：

第一方面，本发明提供一种高比表面积氧化铁黄的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)晶种制作

a：原料配置：将硫酸亚铁溶液加入反应桶中，再加入体积为氢氧化钠溶液，同时控制反应温度为25-35℃；当反应完成，ph稳定后缓慢加入戊二酸溶液；

b：风量控制：控制晶种制备过程总的反应时间为14-17h，前5-7小时对反应液底部通入空气，空气量控制在200-250m³/h，后7-10h，空气量控制在400-500m³/h；反应最终物料作为晶种单独储备存放；

2)氧化过程

a：将已制作好的晶种投入反应桶内，然后加入水兑稀，控制亚铁含量在1.34mol/l～1.52mol/l之间；

b:对反应桶料液从底部通入空气，控制空气流量250～350m³/h，同时打开蒸汽阀门进行升温，当温度达到62±2℃时，停止升温，保证反应温度在62±2℃；

c：当温度稳定后，加入浓度为2.5mol/l的液碱，当ph达到4.0±0.3后停止加液碱，将反应温度控制在80℃～88℃之间；

d：当亚铁含量低于1.0mol/l时，补加硫酸亚铁，补加采用多次少量的方式操作，控制反应含量在1.0mol/l左右；

3)后道处理

a：反应达到规定时间之后，打开反应桶阀门，放出料液，对料液进行抽滤、漂洗、烘干、超细粉碎即得成品。

本发明提供的通过添加戊二酸(胶酸)和改变工艺控制晶型从而提高其比表面积的效果。普通氧化铁黄比表面积仅为10-14㎡/g,通过改进后的氧化铁黄其比表面积达到25-30㎡/g。

在一些实施方式中，在步骤1)晶种制作a：原料配置的具体步骤包括：将50m³浓度为1.5mol/l的硫酸亚铁溶液加入不锈钢反应桶中，再加入体积为7m³浓度为2.5mol/l的氢氧化钠溶液，同时控制反应温度为25-35℃；当反应完成，ph稳定后缓慢加入100l-160l摩尔浓度为13.1mol/l的戊二酸溶液，加入的速度控制在16l/min，总加入时间控制在6-10min，戊二酸加入过程必须保持匀速加入。

在一些实施方式中，在步骤1)晶种制作b风量控制的具体步骤包括：：控制晶种制备过程总的反应时间为14-17h，前5-7小时对反应液底部通入空气，空气量控制在230m³/h，后7-10h，空气量控制在460m³/h。反应最终物料作为晶种单独储备存放。

在一些实施方式中，在步骤2)氧化过程b的具体步骤包括:对反应桶料液从底部通入空气，控制空气流量300m³/h。

第二方面，本发明依据上述方法提供一种高比表面积氧化铁黄；在一些实施方式中，本发明获得的氧化铁黄其比表面积达到25-30㎡/g，该氧化铁黄具有高活性。

第三方面，本发明提供上述高比表面积氧化铁黄在催化剂中的应用；在一些实施方式中，本发明获得的氧化铁黄其比表面积达到25-30㎡/g，应用到催化剂时其具有高活性。

第四方面，本本发明提供高比表面积氧化铁黄在燃烧促进剂中的应用；在一些实施方式中，将本发明获得的氧化铁黄与炭黑颗粒混合进行燃烧试验发现，相较于普通的氧化铁黄，本发明获得的氧化铁黄由于其比表面积更大和粒径小，对炭颗粒燃烧的促进作用更为明显，从实验可以看出，本工艺所生产的氧化铁黄燃烧促进剂具有明显的效果。

附图说明

图1为本发明试验例2的燃烧试验模拟示意图。

具体实施方式

实施例1

1)晶种制作

a.：原料配置：将50m³浓度为1.5mol/l的硫酸亚铁溶液加入不锈钢反应桶中，再加入体积为7m³浓度为2.5mol/l的氢氧化钠溶液，同时控制反应温度为25-35℃；当反应完成，ph稳定后缓慢加入100l摩尔浓度为13.1mol/l的戊二酸(胶酸)溶液，加入的速度控制在16l/min，总加入时间控制在6min，戊二酸加入过程必须保持匀速加入；

b：风量控制：控制晶种制备过程总的反应时间为14-17h，前5-7小时对反应液底部通入空气，空气量控制在230m³/h，后7-10h，空气量控制在460m³/h。反应最终物料作为晶种单独储备存放；

2)氧化过程

a：将已制作好的晶种投入反应桶内，然后加入一定量的水兑稀，控制亚铁含量在1.34mol/l～1.52mol/l之间；

b:对反应桶料液从底部通入空气，控制空气流量300m³/h，同时打开蒸汽阀门进行升温，当温度达到62±2℃时，停止升温，保证反应温度在62±2℃。

c：当温度稳定后，加入浓度为2.5mol/l的液碱，当ph达到4.0±0.3后停止加液碱，将反应温度控制在80℃～88℃之间。

d：当亚铁含量低于1.0mol/l时，补加硫酸亚铁，补加采用多次少量的方式操作，控制反应含量在1.0mol/l左右。

3)后道处理

a：反应达到规定时间之后，打开反应桶阀门，放出料液，对料液进行抽滤、漂洗、烘干、超细粉碎即得成品a。

实施例2

1)晶种制作

a.：原料配置：将50m³浓度为1.5mol/l的硫酸亚铁溶液加入不锈钢反应桶中，再加入体积为7m³浓度为2.5mol/l的氢氧化钠溶液，同时控制反应温度为25-35℃；当反应完成，ph稳定后缓慢加入160l摩尔浓度为13.1mol/l的戊二酸(胶酸)溶液，加入的速度控制在16l/min，总加入时间控制在6min，戊二酸加入过程必须保持匀速加入。

b：风量控制：控制晶种制备过程总的反应时间为14-17h，前5-7小时对反应液底部通入空气，空气量控制在230m³/h，后7-10h，空气量控制在460m³/h。反应最终物料作为晶种单独储备存放。

2)氧化过程

a：将已制作好的晶种投入反应桶内，然后加入一定量的水兑稀，控制亚铁含量在1.34mol/l～1.52mol/l之间；

b:对反应桶料液从底部通入空气，控制空气流量300m³/h，同时打开蒸汽阀门进行升温，当温度达到62±2℃时，停止升温，保证反应温度在62±2℃。

c：当温度稳定后，加入浓度为2.5mol/l的液碱，当ph达到4.0±0.3后停止加液碱，将反应温度控制在80℃～88℃之间。

d：当亚铁含量低于1.0mol/l时，补加硫酸亚铁，补加采用多次少量的方式操作，控制反应含量在1.0mol/l左右。

3)后道处理

a：反应达到规定时间之后，打开反应桶阀门，放出料液，对料液进行抽滤、漂洗、烘干、超细粉碎即得成品b。

实施例3

1)晶种制作

a：原料配置：将50m³浓度为1.5mol/l的硫酸亚铁溶液加入不锈钢反应桶中，再加入体积为7m³浓度为2.5mol/l的氢氧化钠溶液，同时控制反应温度为25-35℃；当反应完成，ph稳定后缓慢加入200l摩尔浓度为13.1mol/l的戊二酸(胶酸)溶液，加入的速度控制在16l/min，总加入时间控制在13min，戊二酸加入过程必须保持匀速加入。

b：风量控制：控制晶种制备过程总的反应时间为14-17h，前5-7小时对反应液底部通入空气，空气量控制在230m³/h，后7-10h，空气量控制在460m³/h。反应最终物料作为晶种单独储备存放。

2)氧化过程

a：将已制作好的晶种投入反应桶内，然后加入一定量的水兑稀，控制亚铁含量在1.34mol/l～1.52mol/l之间；

b:对反应桶料液从底部通入空气，控制空气流量300m³/h，同时打开蒸汽阀门进行升温，当温度达到62±2℃时，停止升温，保证反应温度在62±2℃。

c：当温度稳定后，加入浓度为2.5mol/l的液碱，当ph达到4.0±0.3后停止加液碱，将反应温度控制在80℃～88℃之间。

d：当亚铁含量低于1.0mol/l时，补加硫酸亚铁，补加采用多次少量的方式操作，控制反应含量在1.0mol/l左右。

3)后道处理

a：反应达到规定时间之后，打开反应桶阀门，放出料液，对料液进行抽滤、漂洗、烘干、超细粉碎即得成品c。

试验例1

通过对实施例1-3获得的样品进行表面积和粒径测试，结果详见表1。

表1样品比表面积和粒径表

通过表1可以看出，实施例1-3获得样品a、b、c相较于空白比对样品d，其比表面积获得了显著的提高。

试验例2

根据文献《氧化铁为载体的无烟燃烧技术》披露，作为氧化铁为氧载体时，比表面积参数非常关键，比表面积就是物质的分散程度和粒径已经晶型的综合体现，对于一定量的物质而言，分散度越高，粒径越小，其比表面积也就越大，所产生的表面效应和表面性质也就越显著；基于此理论，我们进行对比试验，

试验方法为：每组称取500g炭颗粒，分为五组试验，

第一组为炭颗粒不加氧化铁黄

第二组为炭颗粒加2ga样品

第三组为炭颗粒加2gb样品

第四组为炭颗粒加2gc样品

第五组为炭颗粒加2gd样品

每组样品均匀混合相同质量、相同规格的汽油作为引火剂，点燃样品进行燃烧收集燃烧时间、燃烧温度等相关参数，具体如下表2：

表2

通过上表看出，添加a、b、c、d燃烧促进剂的试验组，燃烧效果明显要比没有添加的要更好，而其中第三组、第四组添加的燃烧促进剂氧化铁黄由于其比表面积更大和粒径小，对炭颗粒燃烧的促进作用更为明显，从实验可以看出，本工艺所生产的氧化铁黄燃烧促进剂具有明显的效果。