一种α-FeOOH纳米棒的制备方法

专利名称：一种α-FeOOH纳米棒的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种均一形貌a-FeOOH纳米棒的制备方法，属于无机非金属纳 米材料的制备技术领域。
背景技术：
a-FeOOH又称铁黄，是化工生产中的重要原料，在染料、催化、气体探测、 磁记录和软磁、硬磁材料等方面有广泛的应用。a-FeOOH —直被用作颜料或者 用作制备a-Fe203和？Fe203的原料。针状或棒状的a-FeOOH粒子被应用在基础 研究、化工及胶体与表面化学等许多领域中。例如，a-FeOOH纳米棒在无机液 晶材料研究中显示了良好的应用前景。在工业上，作为磁记录介质基本原料的磁 粉，目前使用最多是针状Y-Fe203及其包覆物， 一般由针状a-FeOOH脱水制得， 铁黄的形状、粒度和晶体结构的完整性决定了最终Y-Fe203磁粉的综合性能，故 制备针状外形、结晶完整、颗粒小而且无枝杈的a-FeOOH是获得高性能，Fe203 磁粉的关键所在。
铁黄的生产技术已有多种方法，经典的方法是以硫酸亚铁(FeS04)为原料， 通入空气氧化而制得铁黄。现已有一些专利涉及到铁黄的制备技术。例如中国 专利CN1766005提供了一种以钛白粉副产物硫酸亚铁为原料制备高纯氧化铁黄 的方法，该法在温度低于6(TC的条件下，对钛白粉副产物硫酸亚铁溶液进行精 制除杂，在有氧化剂存在的条件下，通过调整溶液的pH值，达到水解除钛和共 沉淀除去锌、锰等金属离子的目的，然后控制溶液的pH值，在常温条件下通空 气进行氧化，在不同的反应条件下，得到氧化铁黄，纯度达99.5%。中国专利 CN1056668提供了一种利用洗铁用过的废酸液直接制造铁黄的方法。中国专利 CN1143611提供了一种用生产硫酸的废渣即焙烧渣制造氧化铁黄颜料的生产方 法。中国专利CN1699476提供了一种纳米级氧化铁黄颜料的制备方法，该方法 将含三价铁离子Fe3+的溶液加入到含氢氧根离子OH-的溶液中，在加热同时不 断搅拌的碱性条件下充分反应，反应过程中，加热使反应液保持在微沸状态并且
3不断搅拌，搅拌速度为800 10000r/pm，当生成的沉淀稳定后，过滤、洗涤、 抽真空加热干燥制备成纳米级的氧化铁黄颜料。中国专利CN1415664提供了一 种纳米氧化铁黄的制备方法，该方法以精制净化的绿矾(FeS04)为原料，在一定 温度和搅拌速度下，将一定量的混合添加剂六偏磷酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚 (OP-10)加入到精制绿矾FeS04溶液中，滴加10%的Na2C03溶液至pH值 3.5-6.5，并保持一定的反应温度20-40'C，然后以0.12-0.18m3/h的通氧流量下通 入氧气进行反应，制备纳米氧化铁黄晶种；然后再升温至50-60°C，再以 0.12-0.18m3/h的流量通入氧气，向含晶种的溶液中滴加10%的Na2C03溶液， 维持体系pH值在3.0-5.5范围内，反应8小时，使晶种生长；反应结束后，将含 纳米氧化铁黄浮液过滤、干燥、粉碎得到纳米氧化铁黄颗粒。然而，上述方法均 未涉及均一形貌a-FeOOH纳米棒的制备。
基于一维结构所产生的独特性质，许多研究工作都关注于一维a-FeOOH纳 米棒的合成。纳米a-FeOOH的制备方法有多种，工业上主要有空气氧化法、氯 酸盐氧化法、羟基氧化法和胶溶法。前两者多以硫酸亚铁为原料，生产成本低， 但产品质量难以控制；后两者产品质量好，但生产成本高。因此，开发新的低成 本的、均一形貌的a-FeOOH纳米棒具有重大的实际意义。

发明内容
本发明的目的是提供一种形貌均一、简单易行的a-FeOOH纳米棒的制备方法。
为实现上述的目的，本发明通过有机添加剂的加入及溶剂组成的控制来实现 均一形貌a-FeOOH的形成，制备方法简易，a-FeOOH纳米棒的形貌均一， a-FeOOH纳米棒的直径约20nm，长度在200~300nm之间。本发明采用以下的 技术方案，现详细说明如下。
具体操作步骤
第一步原料准备
原料为FeCl3 6H20 (分析纯)，FeS04 7H20 (分析纯)，NaOH (分析 纯)，有机添加剂聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)三嵌段共聚物 Pl醒icF127 (简称F127)(分析纯)，乙醇(化学纯)。
第二步反应液的配制配制F^+和Fe^的铁盐混合水溶液，铁盐混合水溶液中F^+离子的浓度为 0.08 0.8mol/L， Fe2+离子的浓度为0.04~0.4mol/L， Fe3+离子与Fe2+离子的浓度比 为2，加入5倍体积的乙醇和少量的F127， F127的浓度为8 15 g/L，制得Fe3+ 和Fe^的铁盐/表面活性剂混合的水/乙醇溶液；配制NaOH水溶液，NaOH的浓 度为0.5~2mol/L;
第三步a-FeOOH纳米棒的制备
取第二步配制的铁盐混合水/乙醇溶液，在室温下向混合溶液中滴加浓度为 0.5~2mol/L的NaOH溶液，搅拌均匀，至混合溶液的pH=10~ll，继续搅拌约1 小时，将得到的溶液敞口置于空气中，室温下陈化24小时；
第四步产物的分离和洗涤
将第三步制得的悬浊液抽滤或离心得到固体沉淀，用去离子水洗涤，重复 2~3次；
第五步产物的干燥
收集第四步得到的固体沉淀物，放入真空干燥箱，30 5(TC下烘干，得到粉 末产品，直径约20nm,长度在200 300nm之间的均一形貌的a-FeOOH纳米棒。
与背景技术相比，本发明有以下有益效果
1、 发明的a-FeOOH纳米棒形貌均一，直径约20nm，长度在200~300nm之 间，可用于染料、催化、气体探测、磁记录等领域。
2、 本发明的制备方法简单易行，在常温常压下即可制备，可显著的降低生 产成本。
下面结合具体的实施例，对本发明作进一步的阐述。本发明不限于这些具体 的实施例。
具体实施方式
所有的实施例均按上述的制备方法的操作步骤操作。 实施例1
配制10mL Fe3lB Fe^的铁盐混合水溶液，铁盐混合水溶液中Fe^离子的浓 度为0.08mol/L， Fe2+的浓度为0.04mol/L，加入50mL乙醇和0.5gF127，搅拌均匀，在室温下向混合溶液中滴加浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，至混合溶液的 pH-10 ll，继续搅拌约l小时，将反应体系敞口置于空气中，室温下陈化24小 时。样品经抽滤或离心洗漆收集得到产品，即直径约20nm，长度在200~300nm 之间的均一形貌的a-FeOOH纳米棒。 实施例2
配制lOmL Fe^和FeS+的铁盐混合水溶液，铁盐混合水溶液中Fe^离子的浓 度为0.2mol/L, Fe"的浓度为0.1mol/L，加入50mL乙醇和0.8gF127，搅袢均匀， 在室温下向混合溶液中滴加浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，至混合溶液的 pH=10~ll，继续搅拌约l小时，将反应体系敞口置于空气中，室温下陈化24小 时。样品经抽滤或离心洗涤收集得到产品，即直径约20nm，长度在200 300nm 之间的均一形貌的a-FeOOH纳米棒。
实施例3
配制20mL Fe》和F^+的铁盐混合水溶液，铁盐混合水溶液中Fe^离子的浓 度为0.48mol/L， Fe"的浓度为0.24mol/L，加入lOOmL乙醇和1.0gF127，搅拌 均匀，在室温下向混合溶液中滴加浓度为lmol/L的NaOH溶液，至混合溶液的 pH=10~ll，继续搅拌约l小时，将反应体系敞口置于空气中，室温下陈化24小 时。样品经抽滤或离心洗涤收集得到直径约20nm，长度在200 300nm之间的均 一形貌的a-FeOOH纳米棒。
实施例4
配制30mL Fe31n F^+的铁盐混合水溶液，铁盐混合水溶液中F^+离子的浓度为 0.8mol/L， Fe"的浓度为0. 4mol/L，加入150mL乙醇和2.0g F127,搅拌均匀， 在室温下向混合溶液中滴加浓度为lmol/L的NaOH溶液，至混合溶液的 pH=10~ll，继续搅拌约l小时，将反应体系敞口置于空气中，室温下陈化24小 时。样品经抽滤或离心洗涤收集得到直径约20nm，长度在200 300nm之间的均 一形貌的a-FeOOH纳米棒。
权利要求
1. 一种α-FeOOH纳米棒的制备方法，其特征在于包括如下步骤第一步在浓度为0.08～0.8mol/L的Fe3+和浓度为0.04～0.4mol/L的Fe2+的混合水溶液中加入5倍体积的乙醇，以及浓度为8～15g/L的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)三嵌段共聚物，其中Fe3+离子与Fe2+离子的浓度比为2，配制得Fe3+和Fe2+的铁盐/表面活性剂混合的水/乙醇溶液；第二步在第一步配制的Fe3+和Fe2+的铁盐/表面活性剂混合的水/乙醇溶液中，滴加浓度为0.5～2mol/L的NaOH溶液，至混合溶液的pH＝10～11，搅拌，室温下陈化24小时得悬浊液，抽滤或离心得到固体沉淀，洗涤，30～50℃下烘干得到α-FeOOH纳米棒。
全文摘要
本发明涉及一种均一形貌α-FeOOH纳米棒的制备方法，属于无机非金属纳米材料的制备技术领域。本发明提供的α-FeOOH纳米棒的制备方法，Fe³⁺和Fe²⁺的混合水溶液中加入乙醇和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)三嵌段共聚物，然后加入NaOH溶液，至混合溶液的pH＝10～11，搅拌，室温下陈化24小时得悬浊液，抽滤或离心得到固体沉淀，洗涤，30～50℃下烘干得到α-FeOOH纳米棒。该α-FeOOH纳米棒形貌均一，直径约20nm，长度在200～300nm之间，可用于染料、催化、气体探测、磁记录等领域。本发明的制备方法简单易行，在常温常压下即可制备，可显著的降低生产成本。
文档编号C01G49/02GK101434412SQ200810042869
公开日2009年5月20日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者姜继森, 勇 杨 申请人:华东师范大学