一种微米级橄榄球状氧化铁材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机材料的制备技术领域，具体涉及一种微米级橄榄球状氧化铁材料(a -Fe2O3)的制备方法。
【背景技术】
[0002]氧化铁是重要的磁性材料、催化剂、抛光材料、电池材料、红色颜料、着色剂、功能涂料、气敏材料。广泛用于电讯、仪表工业、油漆、橡胶、塑料、化妆品、搪瓷、皮革、磁性合金、催化工业和气敏传感器等领域。
[0003]目前氧化铁微米颗粒材料的制备方法主要是干法和湿法。干法通常采用硝酸与铁片反应生成硝酸亚铁，经冷却结晶，脱水干燥，经研磨后煅烧，再经水洗、干燥、粉碎制得氧化铁。湿法是将一定量的硫酸亚铁溶液迅速与过量烧碱溶液反应，在常温下通入空气使之全部变成氢氧化铁胶体溶液，在金属铁存在的条件下，硫酸亚铁与空气中氧作用，生成三氧化二铁沉积在晶核上，溶液中的硫酸根又与金属铁作用，重新生成硫酸亚铁，硫酸亚铁再被空气氧化成铁红继续沉积，如此循环到整个过程结束，生成氧化铁红。氧化铁的形貌和尺寸是其性能和应用的重要因素，因此形貌和尺寸的调控一直是氧化铁材料的研究重点。目前干法和湿法制备的微米级氧化铁材料的形状一般为简单的球形。虽然纳米氧化铁材料有棒形、纳米管、纤维状、四方体等特殊形状。
[0004]曾有报道采用以六水三氯化铁为铁源，以六亚甲基四胺为表面活性剂，在弱碱性下(pH值为9)下，120°C下水热反应5小时制备椭圆状的纳米氧化铁(Journal Of PhysicsD-Applied Physics, 2011年，第44卷，425401)。但是其颗粒尺寸为纳米级别，对于制备微米级橄榄球状的氧化铁材料目前没有报道。
【发明内容】
[0005]针对上述存在问题或不足，本发明的目的是提供一种微米级橄榄球状氧化铁微米颗粒材料(a -Fe2O3)及其制备方法。该橄榄球状氧化铁为微米级颗粒，纯度高，具有特殊的橄榄球形状，晶型为单相a -Fe203，长轴直径为1.5?1.9微米，短轴直径为0.9?1.4微米，颗粒致密无孔，比表面积小于5m2/g，颗粒大小形状均匀，分散性好。
[0006]其具体制备方法如下:
[0007]步骤1、配置反应溶液:
[0008]十二烷基磺酸钠加入去离子水中，加热至60°C，搅拌至完全溶解，得到浓度为0.05?0.1OmoI/L十二烷基磺酸钠溶液。
[0009]在去离子水中加入六水合三氯化铁，搅拌直至完全溶解，得澄清三氯化铁溶液，其中三氯化铁的浓度为0.lmol/L?lmol/L。
[0010]将制备的三氯化铁溶液加热至60°C，再于搅拌中加入制备的十二烷基磺酸钠溶液，十二烷基磺酸钠加入摩尔量为氯化铁摩尔量的2%?8%。然后加入0.3mol/L的NaOH溶液30?80ml，搅拌十分钟，得到澄清反应溶液。[0011 ] 步骤2、水热反应生成红褐色的氧化铁初始材料粉末:
[0012]将步骤I最终制得的澄清反应溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在150?200°C下水热反应6?20小时。将水热反应后的产物过滤后，再采用去离子水和乙醇分别洗涤2?5次，105?130°C烘干，得到红褐色的氧化铁初始材料粉末。
[0013]步骤3、焙烧得到橄榄球状氧化铁材料:
[0014]将步骤2制得的红褐色氧化铁初始材料粉末在300?600°C焙烧0.5?2小时，进一步去除残留表面活性剂和水分，即得红棕色微米级橄榄球状氧化铁粉末材料。
[0015]本发明首先在碱性条件下，采用氯化铁溶液水热反应制备氧化铁初始材料，最后进行热焙烧处理得到微米级橄榄球状氧化铁材料。制备的微米级橄榄球状氧化铁材料纯度高，为单相a -Fe2O3，尺度均匀，表面致密无孔，适合工业化大规模生产。可以用于磁性材料、催化剂、抛光材料、电池材料、红色颜料、着色剂、功能涂料、气敏材料等领域。
[0016]本发明以六水合三氯化铁为铁源，采用十二烷基磺酸钠为表面活性剂，在碱性条件下直接水热反应生成氧化铁初始材料，最后通过热处理得到纯净的微米级橄榄球状氧化铁材料。
[0017]综上所述本发明与现有技术相比具有如下优点:本发明制备橄榄球状氧化铁为微米级颗粒，具有特殊的橄榄球形状，晶型为单相a -Fe2O3,长轴直径为1.5?1.9微米，短轴直径为0.9?1.4微米，比表面积小于5m2/g，颗粒致密无孔、大小形状均匀，分散性好。其制备方法成本低，生产工艺简单，可控性强，易于工业化大规模生产。本发明制备的橄榄球状氧化铁材料可用于磁性材料、催化剂、分析试剂、抛光材料、电池材料、红色颜料、着色剂、功能涂料、气敏材料等领域。
【附图说明】
[0018]图1是实施例1制备的橄榄球状氧化铁材料的扫描电镜照片；
[0019]图2是实施例1制备的橄榄球状氧化铁材料的X射线衍射谱图。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021]1.36g十二烷基磺酸钠加入20ml去离子水中，加热到60°C搅拌完全溶解，得到浓度为0.25mol/L十二烷基磺酸钠溶液。称取8.109g FeCl3.6H20加入10ml去离子水中，充分搅拌，得到0.3mol/L的氯化铁溶液。然后在搅拌下逐滴加入3ml的十二烷基磺酸钠溶液。接着在搅拌下逐滴加入0.3mol/L的NaOH溶液50ml，再次搅拌十分钟，得到谈红色透明溶液。将上述所得的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在170°C下反应8小时，得到氧化铁红褐色沉淀物。将水热反应后的产物过滤，去离子水和乙醇分别洗涤三次，然后在110°C下烘干，得到氧化铁红褐色粉末。将氧化铁红褐色粉末在400°C焙烧I小时，即得红棕色的橄榄球状氧化铁颗粒。扫描电子显微镜下观察橄榄球状氧化铁颗粒长轴直径1.7微米，短轴直径为1.2微米，表面致密无孔，比表面积为2.28m2/g，颗粒大小形状均匀一致，分散性好。XRD测量结果表明其为具有纯净晶型的单相a-Fe203。
[0022]实施例2
[0023]1.36g十二烷基磺酸钠加入20ml去离子水中，加热到60°C搅拌完全溶解，得到浓度为0.25mol/L十二烷基磺酸钠溶液。称取16.218g FeCl3.6Η20加入10ml去离子水中，充分搅拌，得到0.6mol/L的氯化铁溶液。然后在搅拌下逐滴加入5ml的十二烷基磺酸钠溶液。然后逐滴加入0.3mol/L的NaOH溶液100ml，再次搅拌十分钟，得到谈红色透明溶液。将上述所得的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在180°C下反应6小时，得到氧化铁红褐色沉淀物。将水热反应后的产物过滤，去离子水和乙醇分别洗涤三次，然后在110°C下烘干、得到氧化铁红褐色粉末。将氧化铁红褐色粉末在350°C焙烧I小时，即得红棕色的橄榄球状氧化铁颗粒。扫描电子显微镜下观察其长轴直径1.5微米，短轴直径为1.1微米，表面致密无孔，比表面积为2.86m2/g，颗粒大小形状均匀一致，分散性好。XRD测量结果表明为具有纯净晶型的单相a-Fe2O3。
【主权项】
1.一种微米级橄榄球状氧化铁微米颗粒材料，其特征在于:该橄榄球状氧化铁为微米级橄榄球形状颗粒，晶型为单相a -Fe2O3,长轴直径为1.5?1.9微米，短轴直径为0.9?.1.4微米，颗粒致密无孔，比表面积小于5m2/g。2.如权利要求1所述微米级橄榄球状氧化铁微米颗粒材料的制备方法，包括以下步骤: 步骤1、配置反应溶液: 十二烷基磺酸钠加入去离子水中，加热至60°C，搅拌至完全溶解，得到浓度为0.05?.0.1OmoI/L十二烷基磺酸钠溶液； 在去离子水中加入六水合三氯化铁，搅拌直至完全溶解，得澄清三氯化铁溶液，其中三氯化铁的浓度为0.lmol/L?lmol/L ； 将制备的三氯化铁溶液加热至60°C，再于搅拌中加入制备的十二烷基磺酸钠溶液，十二烷基磺酸钠加入摩尔量为氯化铁摩尔量的2%?8%，然后加入0.3mol/L的NaOH溶液.30?80ml，搅拌十分钟，得到澄清反应溶液； 步骤2、水热反应生成红褐色的氧化铁初始材料粉末: 将步骤I最终制得的澄清反应溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在150?200°C下水热反应6?20小时，将水热反应后的产物过滤后，再采用去离子水和乙醇分别洗涤.2?5次，105?130°C烘干，得到红褐色的氧化铁初始材料粉末； 步骤3、焙烧得到橄榄球状氧化铁材料: 将步骤2制得的红褐色氧化铁初始材料粉末在300?600°C焙烧0.5?2小时，进一步去除残留表面活性剂和水分，即得红棕色微米级橄榄球状氧化铁粉末材料。
【专利摘要】本发明属于无机材料技术领域，涉及一种微米级橄榄球状氧化铁材料及其制备方法。本发明以六水合三氯化铁为铁源，采用十二烷基磺酸钠为表面活性剂，在碱性条件下水热反应制备氧化铁材料初始粉末，最后进行热焙烧处理得到橄榄球状氧化铁粉末材料。本发明制备的微米级橄榄球状氧化铁材料，为单相α-Fe2O3，长轴直径为1.5～1.9微米，短轴直径为0.9～1.4微米，颗粒致密无孔，比表面积小，颗粒大小形状均匀，分散性好。适用于磁性材料、催化剂、分析试剂、抛光材料、电池材料、红色颜料、着色剂、功能涂料、气敏传感器气敏材料等领域。
【IPC分类】C01G49/06
【公开号】CN105129864
【申请号】CN201510512699
【发明人】王治国, 李志杰, 林志杰
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月20日