一种花状α‑FeOOH多孔微纳米球及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料技术领域，具体是涉及一种花状α-FeOOH多孔微纳米球及其制备方法。

背景技术：

针铁矿(α-FeOOH)作为一种分布广泛的铁的氧化物，通常的晶体形状有针状，柱状和片状。作为一种常用的黄色无机颜料，它已用于水基涂料和油基涂料中，同时它是制备电极材料、电磁波屏蔽与吸收材料、高密度磁记录材料、高质量敏感元器件的重要原料。同时，α-FeOOH在重金属离子去除和有机污染物的分解方面也起着重要作用。

α-FeOOH的制备方法据已报道的有化学沉淀法、水热合成法、空气氧化法和溶胶凝胶法。上述方法通常所制得的α-FeOOH呈纺锤形、棒状、针状，再通过进一步组装呈花簇状、空心海胆状。这些方法制备的α-FeOOH的粒度分布较广，比表面积较低，因此，他们无法在电极材料、高密度磁记录材料、敏感元器件和有机污染物的催化降解等方面得到更好的应用。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种花状α-FeOOH多孔微纳米球及其制备方法，获得的多孔微纳米球具有粒度分布较窄、比表面积高和性能稳定等特性。

为实现该目的，本发明采用了以下技术方案：

一种花状α-FeOOH多孔微纳米球，由球直径为2μm的单晶态花状球组装而成，多孔微纳米球的比表面积为258m²/g。

一种制备花状α-FeOOH多孔微纳米球的方法，包括水解沉淀法，先将Fe₂SO₄·7H₂O溶解于水和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)混合体系中，然后经热处理水解反应得到花状α-FeOOH多孔微纳米球。

优选的，花状α-FeOOH多孔微纳米球的制备方法，包括如下步骤：

(1)、将去离子水和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)按体积比为0.8～1.2：0.8～1.2配制成溶液a，pH为4～5；

(2)、然后将Fe₂SO₄·7H₂O溶解在溶液a中，经过搅拌混合和超声分散得到溶液b，溶液b中Fe₂SO₄的质量浓度为0.10～0.20g/L；

(3)、将溶液b于35～45℃下经过4～6h热处理，得到溶液c和沉淀物d；

(4)、沉淀物d经过清洗、烘干即可获得目标产品即花状α-FeOOH多孔微纳米球。

本发明通过水解沉淀法成功的获得了一种花状α-FeOOH多孔微纳米球，具体是将去离子水和DMF配成溶液后再加入Fe₂SO₄·7H₂O进行水解反应，提高反应温度到40℃左右以促进反应，既增加了产物产量且不会改变晶体形态，经过超声洗涤得到具有粒度分布均匀、表面活性高、吸附性能优良的花状α-FeOOH多孔微纳米球。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

1)、本发明实现了通过水解沉淀法，在一定温度下经过热处理，快速得到具有粒度分布较窄、比表面积高和性能稳定的特性的花状α-FeOOH多孔微纳米球，为多孔结构的α-FeOOH合成提供了一种新的途径。

2)、本发明的制备工艺简单，整个制备体系容易构建、操作简便、条件易控、成本低廉、产物组成易控、产物分布均匀、不易团聚、适合于大规模工业生产。

3)、本发明采用常规可溶性铁盐作为反应物，在制备过程中产生的副产物少，对环境污染较小，是一种环保型合成工艺。

4)、本发明制备的产物具有较好的水溶性、环境友好、高比表面积和高吸附性，可以应用在电极材料、高密度磁记录材料、敏感元器件和有机污染物的催化降解等方面，有较为广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1所得产物的XRD谱图；

图2为实施例1所得产物的FE-SEM图，a为低倍率照片，b为高倍率照片；

图3为实施例1所得产物的TEM/SAED图；

图4为实施例1所得产物的BET-吸附脱附曲线；

图5为实施例4中分别加入罗丹明B溶液和亚甲基蓝溶液的吸附动力学曲线。

具体实施方式

以下结合实施例以及附图对本发明作进一步详细描述。

本发明方法所得产物的结构、形貌、组成进行表征，分别选用X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电境(TEM)、BET比表面分析仪(BET)。

实施例1

花状α-FeOOH多孔微纳米球的制备方法，包括如下步骤：

(1)、将50ml的去离子水和50ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)配制成呈浅黄色的溶液a，pH为4.5。

(2)、然后称取0.014g的Fe₂SO₄·7H₂O溶解在溶液a中，经过1分钟的搅拌混合和超声分散得到体积为100ml的呈深黄色的溶液b。

(3)、将溶液b放进恒温干燥箱里，于40℃下经过5h热处理，得到溶液c和沉淀物d。

(4)、沉淀物d经离心收集后用去离子水和无水乙醇超声清洗，最后进行烘干处理即可获得呈褐色的目标产品即花状α-FeOOH多孔微纳米球。

图1为实施例1所得产物的XRD谱图。与标准的α-FeOOH谱图(JCPDS：29-0713)相比可得，所得的产物为高纯度α-FeOOH，此外，从扫描电镜图片可以看出α-FeOOH花状球直径为2μm左右。

图2为实施例1所得产物的FE-SEM图，a为低倍率照片，b为高倍率照片。图3为实施例1所得产物的TEM/SAED图。由图可得：产物的形态为球形，且结晶程度高、分散性好，颗粒的直径约2μm；每个颗粒都是由单晶组装的。

图4为实施例1所得产物的BET-吸附脱附曲线。产物的比表面积达到258m²/g，综合BET测试结果和SEM图来看，本发明合成的α-FeOOH晶体经长大再组装后的产物球形度较好，同时具有高比表面积和高吸附性能。

实施例2

花状α-FeOOH多孔微纳米球的制备方法，包括如下步骤：

(1)、将40ml的去离子水和60ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)配制成呈浅黄色的溶液a，pH为4～5。

(2)、然后称取0.010g的Fe₂SO₄·7H₂O溶解在溶液a中，经过3分钟的搅拌混合和超声分散得到体积为100ml的呈深黄色的溶液b。

(3)、将溶液b放进恒温干燥箱里，于35℃下经过6h热处理，得到溶液c和沉淀物d。

(4)、沉淀物d经离心收集后用去离子水和无水乙醇超声清洗，最后进行烘干处理即可获得呈褐色的目标产品即花状α-FeOOH多孔微纳米球。

实施例3

花状α-FeOOH多孔微纳米球的制备方法，包括如下步骤：

(1)、将55ml的去离子水和45ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)配制成呈浅黄色的溶液a，pH为4～5。

(2)、然后称取0.020g的Fe₂SO₄·7H₂O溶解在溶液a中，经过5分钟的搅拌混合和超声分散得到体积为100ml的呈深黄色的溶液b。

(3)、将溶液b放进恒温干燥箱里，于45℃下经过4h热处理，得到溶液c和沉淀物d。

(4)、沉淀物d经离心收集后用去离子水和无水乙醇超声清洗，最后进行烘干处理即可获得呈褐色的目标产品即花状α-FeOOH多孔微纳米球。

实施例4

图5是分别将罗丹明B和亚甲基蓝作为有机污染物，用产物作为吸附剂，模拟环境中有机物去除过程的吸附动力学曲线。首先，分别取罗丹明B和亚甲基蓝10ml加去离子水各配制成100ml溶液，分别加入0.05g的α-FeOOH吸附剂，常温搅拌均匀，然后，分别在0分钟、5分钟、15分钟、30分钟和60分钟取样用紫外可见光谱来检测随时间变化去除的效果。

通过图5可知，亚甲基蓝原始污染物浓度经过1小时的吸附，浓度降低了3％；罗丹明B原始污染物浓度经过5分钟，即降低了62％，经过1小时反应浓度降低了84％，表明实验结果和本发明合成的α-FeOOH产物结构特点是一致的。