α型三氧化二铁的制备方法与流程

本发明属于金属氧化物制备技术领域，具体来讲，涉及一种α型三氧化二铁的制备方法。

背景技术：

α晶型三氧化二铁是一种普遍存在于自然界、并且在实验室条件下能容易获得的常见金属氧化物，其具有奇异的特性而被广泛地应用于半导体、磁记录材料、增强磁共振成像对比度、组织修复、癌症的诊断和治疗、生物流体的解毒、电致变色器件、锂电池电极、药物载体以及光催化制氢等诸多领域。

当前，α晶型三氧化二铁的制备方法已经成为材料科学领域的研究热点之一，传统α晶型三氧化二铁的制备主要为高温烧结，但对颗粒的大小和形貌不能进行有效的调控，一般需要加入模板剂或活性剂来进行表面形貌及生长的控制。为此，科研人员已经研究出许多制备α晶型三氧化二铁的方法，如氧化还原法、水热法、溶胶-凝胶法、离子交换法、共沉淀法等等。

对于不同形貌的α晶型三氧化二铁的制备，目前已有一些报道；如河北工业大学的李坤宇(李坤宇,李林,李银辉,李亮,陈建新.分级花状氧化铁微球的水热合成及吸附性能研究[J].广州化学.2016,04(41):18-22)进行了以六次甲基四胺、硫酸亚铁、柠檬酸钠为原料，采用水热合成方法制备了低结晶度的分级花状Fe₂O₃微球，并用于水中铅离子去除的模拟研究；但其制备所用原料种类较多，且制备过程较为复杂。同时，国内也有制备出核壳结构和棒状阵列结构的研究；如CN 201710120611.3披露了用硝酸铁溶解在乙二醇中水热反应后制备出α晶型三氧化二铁纳米片；其过程简单，但很难制备出分级结构的α晶型三氧化二铁颗粒。以上α晶型三氧化二铁的制备都是用了有机物添加剂来控制颗粒的生长和形貌。另外，国内也有用微波法制备片状颗粒自组装成花状颗粒用于吸附的报道(浙江大学学报(英文版)A辑:应用物理和工程:2014,15(8):671-680)；其过程简单，但很难制备出分级结构的α晶型三氧化二铁颗粒。

当α晶型三氧化二铁作为催化材料和红色颜料时，其会因为不同的形貌而影响其催化性质和外观颜色，从而影响其运用；但是，目前对于特定的α晶型三氧化二铁的生长及调控方法，却未见任何报道，如对于分级六方花状的氧化铁颗粒即未见任何报道。

技术实现要素：

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种α型三氧化二铁的制备方法，该制备方法的制备周期短、操作简单、产品纯度高、品质好。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种α型三氧化二铁的制备方法，包括步骤：

S1、配制铁氰化钾水溶液；其中，铁氰化钾的物质的量浓度为0.013mol/L～0.1mol/L；

S2、将所述铁氰化钾水溶液于170℃～220℃下进行微波水热反应至少0.5h，获得固液混合体；

S3、将所述固液混合体进行固液分离，所得固体经清洗干燥获得α型三氧化二铁。

进一步地，所述步骤S1的具体方法为：将0.35g～2.0g铁氰化钾溶于60mL～80mL去离子水中，磁力搅拌均匀，获得所述铁氰化钾水溶液。

进一步地，在所述步骤S2中，所述铁氰化钾水溶液于聚四氟乙烯高压反应釜中进行微波水热反应。

进一步地，所述制备方法包括步骤：

S11、将0.35g铁氰化钾溶于60mL的去离子水中，磁力搅拌获得所述铁氰化钾水溶液；

S21、将所述铁氰化钾水溶液置于聚四氟乙烯高压反应釜中，并于170℃下进行微波水热反应0.5h，获得所述固液混合体；

S31、将所述固液混合体进行固液分离，所得固体经清洗干燥获得α型三氧化二铁。

进一步地，所述制备方法包括步骤：

S12、将2.0g铁氰化钾溶于80mL的去离子水中，磁力搅拌获得所述铁氰化钾水溶液；

S22、将所述铁氰化钾水溶液置于聚四氟乙烯高压反应釜中，并于170℃下进行微波水热反应1h，获得所述固液混合体；

S32、将所述固液混合体进行固液分离，所得固体经清洗干燥获得α型三氧化二铁。

进一步地，所述制备方法包括步骤：

S13、将0.35g铁氰化钾溶于80mL的去离子水中，磁力搅拌获得所述铁氰化钾水溶液；

S23、将所述铁氰化钾水溶液置于聚四氟乙烯高压反应釜中，并于220℃下进行微波水热反应1h，获得所述固液混合体；

S33、将所述固液混合体进行固液分离，所得固体经清洗干燥获得α型三氧化二铁。

进一步地，所述制备方法包括步骤：

S14、将2.0g铁氰化钾溶于60mL的去离子水中，磁力搅拌获得所述铁氰化钾水溶液；

S24、将所述铁氰化钾水溶液置于聚四氟乙烯高压反应釜中，并于220℃下进行微波水热反应0.5h，获得所述固液混合体；

S34、将所述固液混合体进行固液分离，所得固体经清洗干燥获得α型三氧化二铁。

本发明选用简单的铁氰化钾作为原料，在原料溶解于水后，其中铁氰根离子为铁源用于α型三氧化二铁颗粒生长的同时，其氰根中的氮原子由于带有孤对电子而选择性吸附在颗粒的表面，从而得到六方花状α型三氧化二铁晶体。相比于传统方法中一般运用硫酸盐和氯化物等可溶性铁源为原料，同时加入至少一种改性剂来调节颗粒生长的方法，本发明制备工艺简单，有效地降低了反应步骤及制备成本，而且反应条件易控制，有利于实现规模化工业生产；同时所得产品纯度高、收率高，且粒径均匀、性能稳定。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例1的α型三氧化二铁的制备方法获得的α型三氧化二铁的XRD图片；

图2是根据本发明的实施例1的α型三氧化二铁的制备方法获得的α型三氧化二铁的SEM图片；

图3是根据本发明的实施例2的α型三氧化二铁的制备方法获得的α型三氧化二铁的SEM图片；

图4是根据本发明的对比例1获得的α型三氧化二铁的XRD图片；

图5是根据本发明的对比例1获得的α型三氧化二铁的SEM图片；

图6是根据本发明的对比例2获得的α型三氧化二铁的SEM图片；

图7是根据本发明的对比例3获得的α型三氧化二铁的SEM图片；

图8是根据本发明的对比例4获得的α型三氧化二铁的SEM图片。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

本发明公开了一种α型三氧化二铁的制备方法；具体来讲，其包括下述步骤：

在步骤S1中，配制铁氰化钾水溶液。

具体来讲，在该铁氰化钾水溶液中，铁氰化钾的物质的量浓度为0.013mol/L～0.1mol/L。

以100mL的反应容器为例，则对应将0.35g～2.0g铁氰化钾溶于60mL～80mL去离子水中，磁力搅拌均匀即获得铁氰化钾水溶液。

在步骤S2中，将铁氰化钾水溶液于170℃～220℃下进行微波水热反应至少0.5h，获得固液混合体。

优选地，可将铁氰化钾水溶液置于聚四氟乙烯高压反应釜中，以进行微波水热反应。

在步骤S3中，将固液混合体进行固液分离，所得固体经清洗干燥获得α型三氧化二铁。

根据该制备方法获得的产物外表呈暗红色。

在本发明的α型三氧化二铁的制备方法中，一方面，以铁氰化钾中的铁氰根离子作为铁源，另一方面，其中氰根中的氮原子由于带有孤对电子而选择性吸附在颗粒的表面，从而得到六方花状α型三氧化二铁晶体。相比于传统方法中一般运用硫酸盐和氯化物等可溶性铁源为原料，同时加入至少一种改性剂来调节颗粒生长的方法，本发明制备工艺简单，添加原料少，有效地降低了反应步骤及制备成本，而且反应条件易控制，有利于实现规模化工业生产；同时所得产品纯度高、收率高，且粒径均匀、性能稳定。

以下，将通过具体的实施例来描述本发明的上述α型三氧化二铁的制备方法，但以下实施例并不能限定本发明的制备方法，而仅是具体示例。

下述实施例1-4的工艺参数列于表1。

表1实施例1-4的制备方法的工艺参数

对实施例1获得的产物分别进行了X射线衍射测试(以下简称XRD)和扫描电镜测试(以下简称SEM)。其XRD图片如图1所示，通过与α型三氧化二铁的标准衍射图谱(PDF No.33-0664)比对，可以看出各个峰的位置吻合良好，无其他杂质峰存在，说明所得产物为α型三氧化二铁，且其纯度高、品质好。其SEM图片如图2所示，从图2中可以看出，所得产物为六方花状晶体。同时，对实施例2所获得的产物也进行了SEM测试，其SEM图片如图3所示，从图3中可以看出，所得产物也为六方花状晶体。

由此可知，根据本发明的制备方法获得的产物为暗红色六方花状α型三氧化二铁，与现有报道中属于完全不同的结晶形状，属于一种首次制备获得的全新的结晶形状。

值得说明的是，在本发明的上述制备方法中，为了获得六方花状α型三氧化二铁，控制铁氰化钾的浓度尤为重要，为此相应进行了对比实验。

在对比实验中，铁氰化钾的用量发生了变化。

以下对比例1-4的工艺参数列于表2。

表2对比例1-4的制备方法的工艺参数

对对比例1获得的产物分别进行了XRD和SEM测试。其XRD图片如图4所示，通过与α型三氧化二铁的标准衍射图谱(PDF No.33-0664)比对，可以看出各个峰的位置吻合良好，无其他杂质峰存在，说明所得产物为α型三氧化二铁，且其纯度高、品质好。其SEM图片如图5所示，从图5中可以看出，所得产物为树叶状晶体。同时，分别对对比例2、3、4所获得的产物进行了SEM测试，其SEM图片分别如图6-图8所示，从图6-图8中可以看出，所得产物均为树叶状晶体。由此可知，根据上述对比例获得的产物虽然均为暗红色α型三氧化二铁，但其由于铁氰化钾的用量不同而呈现与本发明完全不同的形貌。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。