專(zhuān)利名稱(chēng)：納米Fe的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米Fe3O4的制備方法，特別是一種液相制備超細(xì)均勻納米Fe3O4的方法。
背景技術(shù)：
納米Fe3O4在磁、催化、生物等方面具有優(yōu)異性能，不僅在傳統(tǒng)領(lǐng)域顯示出新的應(yīng)用價(jià)值而且又成為磁性液體、磁性微珠、磁性藥物等新型材料的重要組成部分。由于納米粒子的尺寸效應(yīng)，不同尺寸的Fe3O4磁性納米顆粒常常表現(xiàn)出不同的磁特性。但是Fe3O4在生成過(guò)程中極易團(tuán)聚影響了其應(yīng)用，因而制備單分散粒度可控的納米Fe3O4粉體成為各國(guó)的研究重點(diǎn)。S.H.Sun等通過(guò)熱分解[Fe(acac)3]在乙酰丙酮、油胺等存在下，得到高質(zhì)量分散型較好的納米Fe3O4(J.Am.Chem.Soc.2004，126，273-279)；Zhen Li等將FeCl3.6H2O置于吡咯烷酮中沸騰回流不同時(shí)間獲得粒徑在4-60nm的單分散Fe3O4(Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，123-126)；孫康等將FeCl3.6H2O和FeCl2.4H2O溶于非極性有機(jī)溶劑中，制得10nm左右超順磁Fe3O4粉(ZL200510111014.1)；同時(shí)，Shufeng Si等以FeCl3.6H2O和Fe粉為前驅(qū)物，在油酸及十二烷基酰胺存在下，用水熱法經(jīng)180℃水熱合成不同時(shí)間，獲得粒徑在5.2-12.7nm單分散Fe3O4粉；熊信勇等通過(guò)控制原電池電動(dòng)勢(shì)控制三價(jià)鐵鹽與二價(jià)鐵鹽濃度比，制得粒徑為2-20nm的Fe3O4粉(ZL200310103713.2)；任吉存等用亞鐵鹽和鐵鹽為原料，采用微波反應(yīng)，得到3-40nm Fe3O4，其飽和磁化強(qiáng)度為70～120emu/g(ZL200610025662.X)。另外，在堿溶液中以一定比例的FeCl3.6H2O和FeCl2.H2O為原料，在通N2的氣氛下對(duì)納米Fe3O4的制備也進(jìn)行了大量的研究。比如D.K.Kim.用共沉淀法，經(jīng)油酸鈉表面處理得到粒度為13-60nm，有不同磁特性的納米Fe3O4(J.Magnetism Magnetic Mater.2001，225，30-36)；安麗娟等用共沉淀法，并用油酸和十二烷基苯磺酸鈉為雙層表面活性劑進(jìn)行表面修飾，制得了粒徑為10nm的穩(wěn)定的水分散性納米Fe3O4(高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2005，26(2)，366-369)；汪漢斌等也采用共沉淀法，加入檸檬酸鹽來(lái)控制納米Fe3O4的生長(zhǎng)，制備出粒徑小于5nm的Fe3O4粒子，但是樣品的晶化不太理想(無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2004，20(11)，1279-1283)；但是以Fe2+為原料，加入堿控制pH值，用空氣氧化得到的Fe3O4粒徑一般較大，目前尚無(wú)粒徑小于20nm的報(bào)道，且均勻性欠佳。近年來(lái)，雖然在Fe3O4納米制備及改性方面取得了明顯的進(jìn)步，但仍存在兩個(gè)典型的問(wèn)題(1)制備的原料較貴，成本較高，相對(duì)的制備工藝較復(fù)雜；(2)對(duì)納米Fe3O4的表面進(jìn)行修飾可降低樣品的晶粒大小，并提高樣品的分散性，但會(huì)由此導(dǎo)致納米Fe3O4磁性能的下降。因此，尋找新的反應(yīng)工藝，低成本合成粒度分布均勻可控、具有良好分散性的納米Fe3O4粉體具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單方便、低成本制備粒度分布均勻可控，具有良好分散性及均勻性的納米Fe3O4的方法。
本發(fā)明還給出了制備納米Fe3O4不同粒徑及提高其分散性的條件，并提供了反應(yīng)物和添加劑的濃度。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。一種制備具有粒度分布均勻可控，單分散性好的納米Fe3O4的方法，將二價(jià)鐵鹽溶液加堿后，再加入氨羧絡(luò)合劑，在可見(jiàn)光照射下，空氣氧化，控制反應(yīng)溫度20～50℃，光強(qiáng)0～80000lux，反應(yīng)時(shí)間1～5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過(guò)濾使產(chǎn)物和母液分離，再用蒸餾水洗滌，烘干，得到Fe3O4粉體；本發(fā)明中，二價(jià)鐵鹽溶液的濃度在0.1～1.0mol/L范圍內(nèi)，二價(jià)鐵鹽溶液與氨羧絡(luò)合劑的混合摩爾比為1∶(0.003～0.03)。
本發(fā)明通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間和溫度可以控制樣品的粒度大小。反應(yīng)在反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)期間沒(méi)有物種的加入和取出。
本發(fā)明中，所述氨羧絡(luò)合劑是乙二胺二乙酸(EDTA)、乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)、氨三乙酸(NTA)、乙二胺(EDA)其中的一種。
在本發(fā)明中，加入NaOH溶液控制反應(yīng)溶液pH值為9～11；可通過(guò)在反應(yīng)液中加入表面活性劑控制樣品的分散性。
本發(fā)明制備的Fe3O4粉體為球型，粒徑在10～50nm可以調(diào)控，單分散性好；Fe3O4的飽和磁化強(qiáng)度在50～90emu/g；Fe3O4收率和純度在98％以上。
本發(fā)明取得的積極效果是本發(fā)明以易得的亞鐵鹽為原料，氨羧絡(luò)合劑作誘導(dǎo)劑，制備出粒度可控，具有良好的分散性及均勻性的納米Fe3O4粉體，工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，為工業(yè)生產(chǎn)高純度、高收率的Fe3O4提供了生產(chǎn)方法和操作條件。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1反應(yīng)釜中加入30ml濃度為1mol/L的FeSO4，加入濃度為6mol/L的NaOH溶液使溶液pH值＝11，加入2ml濃度為0.05mol/L的EDTA，用普通燈光照射(照度12000Lux)，通入空氣(空氣流量0.132m3/h)氧化，控制反應(yīng)溫度為30℃，持續(xù)反應(yīng)1.5h，反應(yīng)結(jié)束后先過(guò)濾，再用蒸餾水洗滌數(shù)次，得到產(chǎn)品2.31g，產(chǎn)品粒徑約為20nm。
實(shí)施例2反應(yīng)釜中加入30ml濃度為1mol/L的FeSO4，加入濃度為6mol/L的NaOH溶液使pH值＝10，加入2ml濃度為0.05mol/L的EDTA，用普通燈光照射(照度12000Lux)，通入空氣(空氣流量0.132m3/h)氧化，控制反應(yīng)溫度為50℃，持續(xù)反應(yīng)1.2h，反應(yīng)結(jié)束后先過(guò)濾，再用蒸餾水洗滌數(shù)次，得到產(chǎn)品Fe3O4粒徑約為40nm，其飽和磁化強(qiáng)度為70emu/g。
實(shí)施例3反應(yīng)釜中加入30ml濃度為1mol/L的FeSO，加入濃度為6mol/L的NaOH溶液使pH值＝11，加入2ml濃度為0.05mol/L的EDTA，加入10ml濃度為0.01mol/L的十二烷基磺酸鈉表面活性劑，用普通燈光照射(照度12000Lux)，鼓空氣(空氣流量0.132m3/h)，控制反應(yīng)溫度為30℃，持續(xù)反應(yīng)1.5h，反應(yīng)結(jié)束后先過(guò)濾，再用蒸餾水洗滌數(shù)次，得到產(chǎn)品2.31g，產(chǎn)品的均勻性較好，粒徑約為16nm。
實(shí)施例4反應(yīng)釜中加入30ml濃度為1mol/L的FeSO4，加入濃度為6mol/L的NaOH溶液使pH＝11，加入2ml濃度為0.05mol/L的EDTA，加入10ml濃度為0.01mol/L的十二烷基磺酸鈉表面活性劑，用普通燈光照射(照度80000Lux)，鼓空氣(空氣流量0.132m3/h)，控制反應(yīng)溫度為30℃，持續(xù)反應(yīng)1.5h，反應(yīng)結(jié)束后先過(guò)濾，再用蒸餾水洗滌數(shù)次，得到單分散Fe3O4產(chǎn)品的粒徑約為13nm，其飽和磁化強(qiáng)度為52emu/g。
實(shí)施例5反應(yīng)釜中加入30ml濃度為1mol/L的FeCl2，加入濃度為6mol/L的NaOH使pH值＝11，加入2ml濃度為0.05mol/L的EDTA，加入10ml濃度為0.01mol/L的十二烷基磺酸鈉表面活性劑，用普通燈光照射(照度12000Lux)，鼓空氣(空氣流量0.132m3/h)，控制反應(yīng)溫度為20℃，持續(xù)反應(yīng)1.5h，反應(yīng)結(jié)束后先過(guò)濾，再用蒸餾水洗滌數(shù)次，得到單分散Fe3O4產(chǎn)品的粒徑約為13nm。
權(quán)利要求
1.一種納米Fe3O4的制備方法，其特征在于將二價(jià)鐵鹽溶液加堿后，再加入氨羧絡(luò)合劑，在可見(jiàn)光照射下，空氣氧化，控制反應(yīng)溫度20～50℃，光強(qiáng)0～80000lux，反應(yīng)時(shí)間1～5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過(guò)濾使產(chǎn)物和母液分離，用蒸餾水洗滌，烘干，得到Fe3O4粉體；其中，二價(jià)鐵鹽溶液的濃度在0.1～1.0mol/L范圍內(nèi)，二價(jià)鐵鹽溶液與氨羧絡(luò)合劑的混合摩爾比為1∶(0.003～0.03)。
2.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所說(shuō)的二價(jià)鐵鹽是硫酸亞鐵或氯化亞鐵，氨羧絡(luò)合劑是EDTA，EGTA，NTA，乙二胺其中的一種。
3.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所加堿為NaOH溶液，控制反應(yīng)溶液pH值為9～11。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種液相制備超細(xì)均勻納米Fe
文檔編號(hào)B82B3/00GK101049977SQ20071006188
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者候登錄, 魏雨, 陳汝芬 申請(qǐng)人:河北師范大學(xué)