专利名称：纳米Fe的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米Fe3O4的制备方法，特别是一种液相制备超细均匀纳米Fe3O4的方法。
背景技术：
纳米Fe3O4在磁、催化、生物等方面具有优异性能，不仅在传统领域显示出新的应用价值而且又成为磁性液体、磁性微珠、磁性药物等新型材料的重要组成部分。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。但是Fe3O4在生成过程中极易团聚影响了其应用，因而制备单分散粒度可控的纳米Fe3O4粉体成为各国的研究重点。S.H.Sun等通过热分解[Fe(acac)3]在乙酰丙酮、油胺等存在下，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)；孙康等将FeCl3.6H2O和FeCl2.4H2O溶于非极性有机溶剂中，制得10nm左右超顺磁Fe3O4粉(ZL200510111014.1)；同时，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；熊信勇等通过控制原电池电动势控制三价铁盐与二价铁盐浓度比，制得粒径为2-20nm的Fe3O4粉(ZL200310103713.2)；任吉存等用亚铁盐和铁盐为原料，采用微波反应，得到3-40nm Fe3O4，其饱和磁化强度为70～120emu/g(ZL200610025662.X)。另外，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，有不同磁特性的纳米Fe3O4(J.Magnetism Magnetic Mater.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)；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，目前尚无粒径小于20nm的报道，且均匀性欠佳。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，相对的制备工艺较复杂；(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，低成本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高效、经济、简单方便、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纳米Fe3O4的方法。
本发明还给出了制备纳米Fe3O4不同粒径及提高其分散性的条件，并提供了反应物和添加剂的浓度。
本发明的目的是这样实现的。一种制备具有粒度分布均匀可控，单分散性好的纳米Fe3O4的方法，将二价铁盐溶液加碱后，再加入氨羧络合剂，在可见光照射下，空气氧化，控制反应温度20～50℃，光强0～80000lux，反应时间1～5小时，反应结束后，经过滤使产物和母液分离，再用蒸馏水洗涤，烘干，得到Fe3O4粉体；本发明中，二价铁盐溶液的浓度在0.1～1.0mol/L范围内，二价铁盐溶液与氨羧络合剂的混合摩尔比为1∶(0.003～0.03)。
本发明通过控制反应时间和温度可以控制样品的粒度大小。反应在反应釜中进行，反应期间没有物种的加入和取出。
本发明中，所述氨羧络合剂是乙二胺二乙酸(EDTA)、乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)、氨三乙酸(NTA)、乙二胺(EDA)其中的一种。
在本发明中，加入NaOH溶液控制反应溶液pH值为9～11；可通过在反应液中加入表面活性剂控制样品的分散性。
本发明制备的Fe3O4粉体为球型，粒径在10～50nm可以调控，单分散性好；Fe3O4的饱和磁化强度在50～90emu/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为原料，氨羧络合剂作诱导剂，制备出粒度可控，具有良好的分散性及均匀性的纳米Fe3O4粉体，工艺简单，经济实用，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30ml浓度为1mol/L的FeSO4，加入浓度为6mol/L的NaOH溶液使溶液pH值＝11，加入2ml浓度为0.05mol/L的EDTA，用普通灯光照射(照度12000Lux)，通入空气(空气流量0.132m3/h)氧化，控制反应温度为30℃，持续反应1.5h，反应结束后先过滤，再用蒸馏水洗涤数次，得到产品2.31g，产品粒径约为20nm。
实施例2反应釜中加入30ml浓度为1mol/L的FeSO4，加入浓度为6mol/L的NaOH溶液使pH值＝10，加入2ml浓度为0.05mol/L的EDTA，用普通灯光照射(照度12000Lux)，通入空气(空气流量0.132m3/h)氧化，控制反应温度为50℃，持续反应1.2h，反应结束后先过滤，再用蒸馏水洗涤数次，得到产品Fe3O4粒径约为40nm，其饱和磁化强度为70emu/g。
实施例3反应釜中加入30ml浓度为1mol/L的FeSO，加入浓度为6mol/L的NaOH溶液使pH值＝11，加入2ml浓度为0.05mol/L的EDTA，加入10ml浓度为0.01mol/L的十二烷基磺酸钠表面活性剂，用普通灯光照射(照度12000Lux)，鼓空气(空气流量0.132m3/h)，控制反应温度为30℃，持续反应1.5h，反应结束后先过滤，再用蒸馏水洗涤数次，得到产品2.31g，产品的均匀性较好，粒径约为16nm。
实施例4反应釜中加入30ml浓度为1mol/L的FeSO4，加入浓度为6mol/L的NaOH溶液使pH＝11，加入2ml浓度为0.05mol/L的EDTA，加入10ml浓度为0.01mol/L的十二烷基磺酸钠表面活性剂，用普通灯光照射(照度80000Lux)，鼓空气(空气流量0.132m3/h)，控制反应温度为30℃，持续反应1.5h，反应结束后先过滤，再用蒸馏水洗涤数次，得到单分散Fe3O4产品的粒径约为13nm，其饱和磁化强度为52emu/g。
实施例5反应釜中加入30ml浓度为1mol/L的FeCl2，加入浓度为6mol/L的NaOH使pH值＝11，加入2ml浓度为0.05mol/L的EDTA，加入10ml浓度为0.01mol/L的十二烷基磺酸钠表面活性剂，用普通灯光照射(照度12000Lux)，鼓空气(空气流量0.132m3/h)，控制反应温度为20℃，持续反应1.5h，反应结束后先过滤，再用蒸馏水洗涤数次，得到单分散Fe3O4产品的粒径约为13nm。
权利要求
1.一种纳米Fe3O4的制备方法，其特征在于将二价铁盐溶液加碱后，再加入氨羧络合剂，在可见光照射下，空气氧化，控制反应温度20～50℃，光强0～80000lux，反应时间1～5小时，反应结束后，经过滤使产物和母液分离，用蒸馏水洗涤，烘干，得到Fe3O4粉体；其中，二价铁盐溶液的浓度在0.1～1.0mol/L范围内，二价铁盐溶液与氨羧络合剂的混合摩尔比为1∶(0.003～0.03)。
2.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于所说的二价铁盐是硫酸亚铁或氯化亚铁，氨羧络合剂是EDTA，EGTA，NTA，乙二胺其中的一种。
3.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于所加碱为NaOH溶液，控制反应溶液pH值为9～11。
全文摘要
本发明公开了一种液相制备超细均匀纳米Fe
文档编号B82B3/00GK101049977SQ20071006188
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
发明者候登录, 魏雨, 陈汝芬 申请人:河北师范大学