一种粒径可调型气凝胶骨架结构的四氧化三铁的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及一种利用不同的溶剂热反应制备具有气凝胶骨架结构的磁性四氧化三铁纳米材料的方法。
【背景技术】
[0002]气凝胶是一种以气体为分散介质的具有三维网络结构的多孔性凝聚态物质，其孔隙率可达80%~99.8%，孔洞尺寸一般在lnm~100nm之间，比表面可达1000m2/g。气凝胶的制备过程通常包括溶胶-凝胶和超临界干燥过程。四氧化三铁气凝胶具有粒径小，比表面积大，化学稳定性好，价格低廉等诸多优点被广泛应用于各个领域，如传感器，光学材料，催化剂，磁流体等领域。申请号为200810181688.2的中国发明专利报道了环氧丙烷法制备金属氧化物气凝胶的方法，此方法通过溶胶凝胶技术和水热法合成了不同系列金属氧化物气凝胶，但此专利存在一些不足:通过高温煅烧制得氧化物气凝胶，成本高，凝胶骨架容易坍塌；申请号为200810033022.2、200810033022.2和200810124076.X的中国发明专利分别报道了环氧丙烷法制备过渡金属基气凝胶及纳米Fe3O4复合气凝胶的方法，反应过程简单，解决了很多过渡金属氧化物气凝胶难以制备的难题，但其仍然存在一定的不足:其干燥工艺结合二氧化碳超临界干燥和热处理工艺，反应温度高，压力大，条件苛刻，成本高，危险性大，不利于Fe3O4纳米材料的制备。
[0003]综合已有专利技术，现有Fe3O4气凝胶的制备主要包括溶胶一凝胶、超临界干燥和高温煅烧过程，从而得到性能良好的纯度和结晶度较高的具有气凝胶骨架结构的磁性四氧化三铁纳米材料。超临界干燥技术与高温煅烧条件苛刻，不利于气凝胶的制备，针对这一问题，本发明采用溶剂热法，以不同的溶剂做热反应溶剂制备磁性四氧化三铁纳米材料，溶剂热反应后的湿凝胶用乙腈浸泡洗涤，利用有机溶剂易挥发的特点，低温真空干燥，制备Fe3O4气凝胶纳米材料。
【发明内容】
[0004]本发明针对以往制备气凝胶纳米材料需采用超临界干燥，高温煅烧等难题而提出的一种低温溶剂热制备具有气凝胶骨架结构的磁性四氧化三铁纳米材料的方法。
[0005]一种粒径可调型气凝胶骨架结构的四氧化三铁的制备方法，包括如下步骤:
(1)将无机金属盐FeCl3.6H20溶解在乙醇中，形成金属盐醇溶液为反应前驱体；再向该金属盐醇溶液中加入去离子水，搅拌均匀后加入环氧丙烷，强力搅拌，静置，形成棕红色凝胶；
(2)将步骤(I)中所得的凝胶置于乙醇中浸泡老化，每12h更换一次溶剂，共3~4次，制得湿凝胶；
(3)向步骤(2)中湿凝胶中加入适量的热反应溶剂，置于25ml不锈钢高压釜中进行热反应，得到Fe3O4湿凝胶；
(4)将步骤(3)中所得的Fe3O4湿凝胶置于乙腈中浸泡洗涤，每12h更换一次溶剂，共3-4次；洗涤后将Fe3O4湿凝胶真空干燥，制得具备粒径可调型气凝胶骨架结构的磁性Fe 304纳米材料。
[0006]上述步骤(I)中，所述FeCl3.6H20，乙醇，去离子水和环氧丙烷的用量之比为1.0g:5.8—7.0 ml:1.2—1.7 ml:2.3 go
[0007]上述步骤(I)中，所述强力搅拌时间为2min，静置时间为3 ~5min。
[0008]上述步骤(2)中，所述凝胶在乙醇中浸泡老化的温度为40°C，
上述步骤(3)中，所述的热反应溶剂为乙醇，乙二醇或叔丁醇；所述热反应溶剂与湿凝胶的体积比为1:3~4，且不同的热反应溶剂所制得的纳米颗粒尺寸不同，粒子直径在10 nm~50nm范围内。
[0009]上述步骤(3)中，所述热反应的温度为200°C，时间为12~24h。
[0010]上述步骤(4)中，所述Fe3O4湿凝胶在乙腈中浸泡洗涤的温度为40°C，真空干燥温度为30~60°C分阶段干燥，干燥时间为4~6h。
[0011]利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等对产物进行形貌结构分析。
[0012]本发明具有以下优点:
(I)本发明制备的具有气凝胶骨架结构的磁性四氧化三铁纳米材料，其创新在于制备方法的创新，无需添加表面活性剂和模板剂，通过环氧丙烷法合成粒径可调、具有气凝胶骨架结构的磁性Fe3O4纳米材料。
[0013](2)本方法工艺简单，制备过程易控，乙醇，乙二醇，叔丁醇等做溶剂热反应溶剂，制得的纳米颗粒微观尺寸逐渐变小，在10nm~50nm范围内，形貌有所不同，分布均勾，使用不同的溶剂，制得不同颗粒尺寸和形貌的具有气凝胶骨架结构的磁性Fe3O4纳米材料。
[0014](3)用乙腈浸泡溶剂热反应后的湿凝胶36 h ~48h，置于30°C -60°C的真空干燥箱中干燥，在乙腈氛围下无需高温高压，方法简单，改变了传统的条件苛刻、成本高、危险性大的超临界干燥方法。
[0015](4)以乙醇，乙二醇，叔丁醇做溶剂进行溶剂热反应，制得的具有气凝胶骨架结构的磁性Fe3O4纳米材料纯度和结晶度很高，改变了传统的通过高温煅烧改变气凝胶无定型相的方法。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1和实施例4所制备样品的XRD图；
图2为本发明实施例4所制备的具有气凝胶骨架结构的磁性Fe3O4在扫描电镜成像期间收集的EDS图；
图3为本发明实施例2所制备的磁性Fe3O4的扫描电镜图；
图4为本发明实施例3所制备的磁性Fe3O4的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但是本发明的保护范围并不仅限于此。
[0018]实施例1 称取0.433g FeCl3.6H20溶于3mL乙醇中，搅拌至FeCl3.6H20完全溶解，向溶液中加入0.537g H2O,然后加入1.(^环氧丙烷，强力搅拌211^11，静置3 min ~5min，形成棕红色凝胶。将凝胶在40°C温度下用乙醇浸泡老化，每12h换一次乙醇，共3次。老化后的湿凝胶用乙腈浸泡洗涤，每12h洗涤一次，共3次。将洗涤后的湿凝胶置于真空干燥箱中控制温度30 0C，50 °0和60°C各干燥2h，制得具备气凝胶骨架结构的磁性四氧化三铁纳米材料。
[0019]实施例2
称取0.433g FeCl3.6H20溶于3mL乙醇中，搅拌至FeCl3.6H20完全溶解，向溶液中加入0.537g H20，然后加入1.0g环氧丙烷，强力搅拌2min，静置3~5 min，形成棕红色凝胶。将凝胶在40°C温度下用乙醇浸泡老化36h，每12h换一次。将湿凝胶置于25 ml聚四氟乙烯高压反应釜中溶剂热反应，加入15mL乙醇热