一种锰铁氧体纳米粉体的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种锰铁氧体纳米粉体的制备方法，具体按照以下步骤实施：将MnCl2·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中配置成混合溶液；在上述混合溶液中加入表面改性剂十二烷基苯磺酸钠溶解，并混合均匀；调节微波水热反应体系的pH值；再将调好pH值的溶液加入微波消解罐中，密封后置于微波消解仪，进行微波水热反应；反应结束后，取出溶液，过滤，将沉淀用蒸馏水和无水乙醇多次洗涤后干燥，得到微波水热产物，即为锰铁氧体纳米粉体。本发明采用微波水热法合成锰铁氧体，缩短了微波反应时间，避免了煅烧过程，简化了实验工序，最终获得了结晶度良好、饱和磁化强度较高、矫顽力小的锰铁氧体。
【专利说明】一种锰铁氧体纳米粉体的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学化工【技术领域】，具体涉及一种锰铁氧体纳米粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002] 磁性材料是促进社会发展的关键材料之一，是国民经济和国防工业的重要支柱和 基础，广泛应用于电子信息元器件领域，在日常生活、国防、军事等方面有着广阔的应用前 景。
[0003] 纳米科技的飞速发展为磁性材料的更好应用提供了良好的机遇。纳米锰铁氧体是 具有高饱和磁化强度、高起始磁导率、低矫顽力等特点的优质软磁材料，广泛应用于各种电 子信息、电磁屏蔽、生物医药及核磁共振、水处理及磁性分离、磁流体等领域。因而纳米锰铁 氧体的制备方法备受关注。
[0004] 纳米氧化物粉体的制备方法很多，常见的有：溶胶-凝胶法、沉淀法、微乳液法、低 温固相化学法、水热法等。其中溶胶-凝胶法、沉淀法、微乳液法、低温固相化学法等方法在 制备锰铁氧体时会涉及到煅烧工序，使氧化物的制备过程复杂化。水热法合成法制备粉体 的反应温度低、粉体粒度和形貌可控，同时水热法制备的粉体具有结晶度好、化学组成均匀 等优点，但是传统水热法合成粉体所需反应时间较长。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种锰铁氧体纳米粉体的制备方法，该方法具有制备过程 简单、化学反应时间短的特点。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种锰铁氧体纳米粉体的制备方法，具体按照以下 步骤实施：
[0007] 步骤1、将MnCl2 · 4H20和Fe(NO3)3 · 9H20溶于去离子水中配置成混合溶液，其中， 该混合液中Mn2+的浓度为0· 12mol/L ;
[0008] 步骤2、在步骤1中得到的混合溶液中加入表面改性剂十二烷基苯磺酸钠溶解，并 混合均匀；
[0009] 步骤3、将氨水缓慢加入步骤2所得的混合溶液中，调节微波水热反应体系的pH 值；再将调好pH值的溶液加入微波消解罐中，密封后置于微波消解仪，进行微波水热反应；
[0010] 步骤4、反应结束后，停止加热，取出溶液，过滤，将沉淀用蒸馏水和无水乙醇多次 洗涤后干燥，得到微波水热产物，即为锰铁氧体纳米粉体。
[0011] 本发明的特点还在于，
[0012] 步骤1中混合溶液中的Mn2+与Fe 3+摩尔比为1:1. 9-1:2. 1。
[0013] 步骤2中十二烷基苯磺酸钠与MnCl2 · 4H20和Fe(NO3)3 · 9H20总量的质量比为 1:100-1:10〇
[0014] 步骤3中氨水的浓度为10wt% ;所述微波水热反应体系的pH值为9?13。
[0015] 微波水热反应的条件为：温度为100°C?145°C ;时间为8min-12min。
[0016] 步骤4中干燥条件为：干燥温度为65°C -75°C ;干燥时间为I. 5h-2. 5h。
[0017] 本发明的有益效果是：本发明将传统的水热合成法与微波场结合起来，利用微波 对水的介电作用进行能量传递，而且加热过程从物质内部开始，能产生与常规传热过程相 反的温度梯度。本发明具有加热速度快、反应灵敏、受热均匀、对很多反应体系具有加速化 学反应的优点，在制备均匀、粒度分布窄的纳米粉体方面具有独特的优势。本发明采用微波 水热法合成锰铁氧体，缩短了微波反应时间，避免了煅烧过程，简化了实验工序，最终获得 了结晶度良好、饱和磁化强度较高、矫顽力小的锰铁氧体。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明不同微波水热体系pH值下所得产物的XRD谱图（T = 130°C，t = IOmin)；
[0019] 图2是本发明不同微波水热体系pH值时所得锰铁氧体的VSM曲线（T = 130 °C，t =IOmin)；
[0020] 图3是本发明不同微波水热反应温度下所得产物的XRD谱图（pH = 12, t = IOmin)；
[0021] 图4是本发明不同微波水热反应温度下所得锰铁氧体的VSM曲线（pH = 12, t = IOmin)；
[0022] 图5是本发明实施例1合成MnFe2O4的SEM照片。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0024] 本发明提供一种锰铁氧体纳米粉体的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0025] 步骤 1、按 Mn2+与 Fe 3+摩尔比为 I: L 9-1:2. 1，将 MnCl 2 · 4H20 和 Fe (NO3) 3 · 9H20 溶 于去离子水中配置成混合溶液，其中，该混合液中Mn2+的浓度为0. 12mol/L ;
[0026] 步骤2、在上述溶液中加入表面改性剂十二烷基苯磺酸钠，其中，十二烷基苯磺酸 钠与MnCl 2 · 4H20和Fe (NO3) 3 · 9H20总量的质量比为1:100-1:10,溶解并混合均匀；
[0027] 步骤3、将浓度为IOwt %的氨水缓慢加入步骤2所得的混合溶液中，调节微波水热 反应体系的pH值至9-13 ;再将调好pH值的溶液加入微波消解罐中，密封后置于微波消解 仪，升温至l〇〇°C?145°C进行微波水热反应，反应时间为8min-12min ;
[0028] 步骤4、反应结束后，停止加热，取出溶液，过滤，将沉淀用蒸馏水和无水乙醇多次 洗涤后干燥，得到微波水热产物，即为锰铁氧体纳米粉体，其中，干燥温度为65°C _75°C ;干 燥时间为I. 5h-2. 5h。
[0029] 采用微波加热比传统水热法加热速度更快、更均匀、效率更高，反应时间只需要 8-12min，并且微波水热产物即为目标产物锰铁氧体，无需高温煅烧，简化了实验工序并减 少了能耗；微波水热反应环境是一种超临界状态，在该状态下，原料分子、离子在微波加热 作用下快速重组，有利于瞬间形成大量的晶核，从而降低产物的粒度，最终获得粒度小而结 晶度好的纳米颗粒。
[0030] 本发明中MnCl2 · 4H20、Fe (NO3) 3 · 9H20分别为微波水热产物MnFe2O4提供Mn 2+与 Fe3+;氨水一方面与Mn 2+和Fe 3+反应生成锰铁氧体的中间产物，一方面用以调节微波反应体 系的pH值；十二烷基苯磺酸钠是一种表面改性剂，其作用是对微波水热反应体系中所生成 的MnFe2O4颗粒进行表面改性，阻止或减弱颗粒之间的团聚。
[0031] 采用微波水热反应法在80°C?150°C温度范围都可生成ZnO产物，其中较低温度 时的产物粒度较大。当微波水热反应体系的pH值低于10时，不能得到结晶度良好的MnFe 2O4 纳米粉体，当制备的MnFe2O4的反应体系的pH值过高时，会使微波水热产物MnFe 204的晶粒 度变大。
[0032] 下面结合实验结果来说明本发明制备得到的锰铁氧体纳米粉体的有益效果：
[0033] 采用D/max - RB II型X射线衍射仪（XRD)分析微波水热产物的物相；采用德国蔡 司ULTRA55型场发射扫描电子显微镜（SEM)观察微波产物的形貌；BKT-4500Z型振动样品 磁强计（VSM)测量微波水热产物的磁滞回线。
[0034] 通过谢乐公式计算微波水热产物的晶粒度。
[0035] 1、微波水热反应体系pH值对其产物性能的影响
[0036] 在微波水热温度为130°C、保温时间为IOmin时，改变反应体系pH值所得微波水热 产物的XRD谱图及实验结果数据如图1和表1所示。
[0037] 当微波水热温度为130°C、微波保温时间为IOmin时，改变反应体系pH值所得微波 水热产物的磁滞回线及实验结果数据如图2和表2所示。
[0038] 表1不同pH值时所得微波水热产物的晶粒度和物相分析结果
【权利要求】
1. 一种锰铁氧体纳米粉体的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施： 步骤1、将MnCl2 ? 4H20和Fe(N03)3 ? 9H20溶于去离子水中配置成混合溶液，其中，该混 合液中Mn2+的浓度为0? 12mol/L ; 步骤2、在步骤1中得到的混合溶液中加入表面改性剂十二烷基苯磺酸钠溶解，并混合 均匀； 步骤3、将氨水缓慢加入步骤2所得的混合溶液中，调节微波水热反应体系的pH值；再 将调好pH值的溶液加入微波消解罐中，密封后置于微波消解仪，进行微波水热反应； 步骤4、反应结束后，停止加热，取出溶液，过滤，将沉淀用蒸馏水和无水乙醇多次洗涤 后干燥，得到微波水热产物，即为锰铁氧体纳米粉体。
2. 根据权利要求1所述的锰铁氧体纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中混 合溶液中的Mn2+与Fe 3+摩尔比为1:1. 9-1:2. 1。
3. 根据权利要求1所述的锰铁氧体纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤2中 十二烷基苯磺酸钠与MnCl2 ? 4H20和Fe(N03)3 ? 9H20总量的质量比为1:100-1:10。
4. 根据权利要求1所述的锰铁氧体纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤3中氨 水的浓度为l〇wt % ;所述微波水热反应体系的pH值为9?13。
5. 根据权利要求1所述的锰铁氧体纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述微波水热 反应的条件为：温度为l〇〇°C?145°C ;时间为8min-12min。
6. 根据权利要求1所述的锰铁氧体纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤4中干 燥条件为：干燥温度为65°C -75°C ;干燥时间为1. 5h-2. 5h。
【文档编号】B82Y30/00GK104495943SQ201410737543
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】刘桂香, 罗庆平, 徐光亮, 白玉洁, 孟平原, 李胜男, 赖振宇 申请人:西南科技大学