专利名称：制备超细均匀纳米Fe的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备纳米Fe3O4的方法，特别是一种液相快速制备超细均匀纳米Fe3O4的方法。
背景技术：
Fe3O4是一种古老、传统的磁性材料，也是应用最早的非金属磁性材料，由于它的诸多优点和特殊性质，在磁性材料的研究和应用领域一直受到重视。随着社会的信息化和纳米技术的应用，人们对它的合成也逐步从微米、亚微米向纳米尺寸过渡，这种细微化的纳米技术已为许多领域的发展创造了条件。由于纳米粒子的尺寸效应，不同尺寸的Fe3O4磁性纳米颗粒常常表现出不同的磁特性。因此，对于粒径可控的Fe3O4的合成成为磁性材料的研究热点和发展方向。T.Hyeon等用Fe(CO)5为原料，以(CH3)3NO为氧化剂制得高分散纳米Fe3O4粒子，(J.Am.Chem.Soc.2001，123，12798-12801)S.H.Sun等通过热分解[Fe(acac)3]在乙酰丙酮、油胺等存在下，也得到高质量分散型较好的纳米Fe3O4(J.Am.Chem.Soc.2004，126，273-279)，Zhen Li等将FeCl3.6H2O置于吡咯烷酮中沸腾回流不同时间获得粒径在4～60nm的单分散Fe3O4(Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，123-126)；同时，在碱溶液中以一定比例的FeCl3.6H2O和FeCl2.H2O为原料，在通N2的气氛下对纳米Fe3O4的制备也进行了大量的研究。比如D.K.Kim.用共沉淀法，经油酸钠表面处理得到粒度为13～60nm，具有不同磁特性的纳米Fe3O4(J.Magnetism MagneticMater.2001，225，30-36)；安丽娟等用共沉淀法，并用油酸和十二烷基苯磺酸钠为双层表面活性剂进行表面修饰，制得了粒径为10nm的稳定的水分散性纳米Fe3O4(高等学校化学学报，2005，26(2)，366-369)；汪汉斌等也采用共沉淀法，加入柠檬酸盐来控制纳米Fe3O4的生长，制备出粒径小于5nm的Fe3O4-粒子，但是样品的晶化不太理想(无机化学学报，2004，20(11)，1279-1283)；另外，Shufeng Si等以FeCl3.6H2O和Fe粉为前驱物，在油酸及十二烷基酰胺存在下，用水热法经180℃水热合成不同时间，获得粒径在5.2～12.7nm单分散Fe3O4粉；Lai Qiong Yu等以Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O为原料，用H2O2作氧化剂，并经表面活性剂处理，得到了粒径为8～10nm的Fe3O4粒子；但是以Fe2+为原料，加入碱控制pH值，用空气氧化得到的Fe3O4粒径一般较大。近年来，虽然在Fe3O4纳米制备及改性方面取得了明显的进步，但仍存在两个典型的问题(1)制备的原料较贵，成本较高，制备工艺相对较复杂；(2)对纳米Fe3O4的表面进行修饰可降低样品的晶粒大小，并提高样品的分散性，但会由此导致纳米Fe3O4磁性能的下降。因此，寻找新的反应工艺，尤其是低成本的绿色工艺合成粒度分布均匀可控、具有良好分散性的纳米Fe3O4粉体具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速、经济、简单方便、环保、低成本制备粒度分布均匀可控，具有良好分散性及均匀性的超细均匀纳米Fe3O4的方法。
本发明提供了制备纳米Fe3O4不同粒径产物的反应条件及改善其分散性的条件。
本发明的目的是这样实现的。一种制备超细均匀纳米Fe3O4的方法，以亚铁盐溶液或含亚铁离子废酸液为初始物，用氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为8.7～10，加入双氧水，制得δ-FeOOH前驱物，再按δ-FeOOH前驱物与Fe(II)的摩尔数比为(1.32～1.92)∶1加入Fe(II)盐溶液，用氢氧化钠溶液将混合液pH值调节至8～13，沸腾回流1.5～2.5h，产物经过滤、水洗后再经稀氨水洗涤，烘干，得到超细均匀纳米Fe3O4粉体。
本发明中，制备δ-FeOOH前驱物时亚铁溶液的初始浓度为0.1～0.9mol/L。
本发明中，所说的亚铁盐是氯化亚铁或硫酸亚铁。
在本发明中，反应产物经水洗后，再用少量稀氨水洗涤，不仅可以完全除去颗粒表面吸附的阴离子尤其是SO42-离子，还可显著改善粉体的分散性。产物的尺寸控制是通过改变制备前驱物时Fe(II)盐溶液的初始浓度和初始pH值以及改变制备Fe3O4时δ-FeOOH与Fe(II)的比例和该混合体系的初始pH值实现的。
本发明所制备的Fe3O4粉体为球型，粒径在30～70nm人为可控，单分散性好；Fe3O4的饱和磁化强度在60～80emu/g；Fe3O4收率和纯度在98％以上。
本发明取得的积极效果是本发明以易得的亚铁盐或含亚铁离子废酸液为初始物、氢氧化钠为沉淀剂，制备出粒度可控，具有良好分散性及均匀性的纳米Fe3O4粉体，工艺简单，经济实用，无环境污染物排放。本发明为工业生产高纯度、高收率的Fe3O4提供了生产方法和操作条件。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1反应釜中加入浓度为1.0mol/L的FeSO4溶液50ml，在搅拌下，用6.0mol/L氢氧化钠溶液调节pH＝9，同时将生成的混悬液的体积定容为100ml，室温下加入质量分数为30％的H2O22.4ml，氧化30min，可制得不定形δ-FeOOH悬浮液，按δ-FeOOH前驱物与Fe(II)的物质的量比为1.85∶1的比例加入FeSO4溶液，再用氢氧化钠溶液调节体系的pH值至10，在100℃下沸腾回流2h，产物过滤，水洗数次后用稀氨水洗涤，干燥后可得产物约18g，产物粒径为51nm。
实施例2反应釜中加入浓度为1.0mol/L的FeSO4溶液10ml，加入40ml水，在搅拌下，用6mol/l氢氧化钠溶液调节pH＝8.7，同时将生成的混悬液的体积定容为100ml，室温下加入质量分数为30％H2O20.48ml，氧化30min，可制得不定形δ-FeOOH悬浮液；按δ-FeOOH前驱物与Fe(II)的物质的量比为1.47∶1的比例加入FeSO4溶液，再用氢氧化钠溶液调节体系的pH值至8，在100℃下沸腾回流2h，产物过滤，水洗数次后用稀氨水洗涤，干燥后可得产物3.3g，产物粒径为68nm。
实施例3反应釜中加入浓度为1.0mol/L的FeCl2溶液10ml，加入40ml水，在搅拌下，用6mol/l氢氧化钠溶液调节pH＝8.7，同时将生成的混悬液的体积定容为100ml，室温下加入质量分数为30％的H2O20.48ml，，氧化30min，可制得不定形δ-FeOOH悬浮液；按δ-FeOOH前驱物与Fe(II)的物质的量比为1.47∶1的比例加入FeCl2溶液，再用氢氧化钠溶液调节体系的pH值至13，在100℃下沸腾回流2h，产物过滤，水洗数次后用稀氨水洗涤，干燥后可得产物3.4g，产物粒径为29nm。
权利要求
1.一种制备超细均匀纳米Fe3O4的方法，其特征在于以亚铁盐溶液为初始物，用氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为8.7-10，加入双氧水，制得δ-FeOOH前驱物，再按δ-FeOOH前驱物与Fe(II)的摩尔数比为(1.32～1.92)∶1加入Fe(II)盐溶液，用氢氧化钠溶液将混合液pH值调节至8～13，沸腾回流1.5～2.5h，产物经过滤、水洗后再经稀氨水洗涤，烘干，得到超细均匀纳米Fe3O4粉体。
2.按权利要求1所述的制备超细均匀纳米Fe3O4的方法，其特征在于制备δ-FeOOH前驱物时亚铁溶液的初始浓度为0.1～0.9mol/L。
3.按权利要求1所述的制备超细均匀纳米Fe3O4的方法，其特征在于所说的亚铁盐是氯化亚铁或硫酸亚铁。
全文摘要
本发明公开了一种液相快速制备超细均匀纳米Fe
文档编号B82B3/00GK101049976SQ200710061879
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月15日 优先权日2007年5月15日
发明者刘辉, 魏雨 申请人:河北师范大学