CN101381110B - 一种碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法 - Google Patents
一种碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101381110B CN101381110B CN2008102241488A CN200810224148A CN101381110B CN 101381110 B CN101381110 B CN 101381110B CN 2008102241488 A CN2008102241488 A CN 2008102241488A CN 200810224148 A CN200810224148 A CN 200810224148A CN 101381110 B CN101381110 B CN 101381110B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- ferriferrous oxide
- oxide nano
- carbon source
- nanopowder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Compounds Of Iron (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Abstract
一种碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法,属于一种制备磁性纳米粉末的方法。该方法是向硝酸铁溶液中加入等体积、等摩尔浓度的柠檬酸溶液,制备得到α-Fe2O3纳米粉末;称取适量的有机碳源和α-Fe2O3纳米粉末进行混合,在空气中陈化8~24h,再在80℃~100℃的干燥箱中烘干后,置于保护气氛的热处理炉中,升温至450~650℃并保温0.5~2h,随炉冷却至室温,即得到四氧化三铁纳米粉末。本发明具有成本低、产量大、产品重现性好、操作简单安全、易于实现工业化生产等优点。
Description
技术领域
本发明属于一种制备磁性纳米粉末的方法,特别是涉及一种碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法。
背景技术
纳米Fe3O4作为一种磁性纳米微粒,不仅可以用来制作磁记录材料提高信噪比,改善图象质量,而且在医学方面也有一些新奇的应用,如磁性靶向药物载体、免疫测定、肿瘤的高热治疗、细胞磁分离、X射线造影剂、肿瘤的磁栓塞治疗、视网膜脱离的修复手术、血流的磁测量等。
目前用来制备四氧化三铁纳米的方法主要有化学共沉淀法、微乳液法、水热合成法、高能球磨法等。其中化学共沉淀法,一般是将Fe3+和Fe2+的可溶性盐按2:1的比例溶于去离子水中,然后在惰性气体的保护下滴加沉淀剂如NaOH或NH3·H2O,使Fe3+和Fe2+同时沉淀生成Fe3O4颗粒,经过洗涤和干燥就可得到四氧化三铁纳米粉末。化学共沉淀法虽然能够大量合成Fe3O4纳米粒子,但是颗粒表面由于容易吸附阴离子而带有电荷,导致硬团聚而不易分散,而且清洗过滤困难。孙康等人[ZL200510111014.1]利用胺作为沉淀剂改进了此方法,得到粒径约为10nm的四氧化三铁颗粒,但是得到的纳米四氧化三铁颗粒表面带有一定的正电荷。微乳液法[制备四氧化三铁的研究进展,2004Vol.12No.652~57]是利用表面活性剂、助表面活性剂、油类组成透明的、各向同性的热力学稳定的“微型反应器”,四氧化三铁纳米颗粒就是利用这个“微型反应器”进行制备。微乳液法制备的纳米粒子粒径小,单分散性好,但是其中的表面活性剂、助表面活性剂、油类要用有机溶剂反复清洗而且不易清除。水热法是在高压釜里的高温高压反应环境中,采用水作为反应介质,使得通常难溶或不溶的物质进行溶解反应,并重结晶得到纳米粒子。虽然水热法可以控制纳米颗粒的晶体结构,粉末纯度,但是由于反应是在高压反应釜中进行,所以对设备要求较高,导致成本偏高。机械球磨法[ZL01134340.0]制备纳米材料重现性好、操作简单,但生产周期长,粒径细化难以达到纳米级要求,而且由于强烈的塑性变形,会造成Fe3O4颗粒晶粒有较大的晶格畸变。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种对设备要求低,操作简单,易于实现大规模生产的碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法。此法可以得到无硬团聚的、具有超顺磁性的、粒径在10~80nm的四氧化三铁颗粒。
本发明所述碳热还原法制备四氧化三铁纳米粉末的工艺步骤如下:
1)纳米α-Fe2O3的制备
向1~10mol/L的硝酸铁溶液中加入等体积、等摩尔浓度的柠檬酸溶液,在40~60℃的水浴温度下,利用磁力搅拌充分搅拌混合2~8h,然后用纯氨水调节pH值至3.0~7.0,继续恒温搅拌4~8h后转入100~120℃的干燥箱中蒸发直至生成干凝胶,将此干凝胶在空气中点燃,即可得到α-Fe2O3纳米粉末。
2)碳源与纳米α-Fe2O3的混合
称取适量的有机碳源和α-Fe2O3纳米粉末,加入相同质量的去离子水,混合粉末搅拌均匀并呈现湿泥土状,将此混合物在空气中陈化8~24h,然后在80℃~100℃的干燥箱中烘干。
3)碳热还原反应
碳热还原反应是在充有保护气氛的热处理炉中发生。将盛有有机碳源与α-Fe2O3混合物的烧舟放入热处理炉中,通入保护气氛,升温至450~650℃并保温0.5~2h,然后随炉冷却至室温,即可得到四氧化三铁纳米粉末。
所述的有机碳源是碳的有机物,可以选择任一种葡萄糖、果糖等单糖,也可以是蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维素等二糖或多糖。
所述适量的有机碳源和α-Fe2O3纳米粉末是有机碳源与α-Fe2O3纳米粉末的摩尔比为1:48~1:8。
本发明与现有技术相比有如下优点:
1.本发明在制备过程中无需任何洗涤,操作安全简单,所需设备简易;
2.该方法生产成本较低,而且在制备过程中只需控制有机碳源与氧化铁的比例,可控性强,容易实现大规模生产,方便实际工业应用;
3.由XRD结果可以看出所制备的粉末为纯相的四氧化三铁纳米粉末,产品纯度高,而且重现性好。
附图说明
图1:实施例1中所制备的α-Fe2O3纳米粉末的XRD图谱
图2:实施例1中所制备的Fe3O4纳米粉末的XRD图谱
图3:实施例1中所制备的Fe3O4纳米粉末的磁滞回线
图4:实施例2中所制备的Fe3O4纳米粉末的XRD图谱
图5:实施例2中所制备的Fe3O4纳米粉末的磁滞回线
图6:实施例3中所制备的Fe3O4纳米粉末的XRD图谱
图7:实施例3中所制备的Fe3O4纳米粉末的磁滞回线
具体实施方式:
实施例1
向10mol/L的硝酸铁溶液中加入等体积、等摩尔浓度的柠檬酸溶液,在60℃的水浴温度下,利用磁力搅拌充分搅拌混合8h,然后用纯氨水调节pH值至7.0,继续恒温搅拌4h后转入100℃的干燥箱中蒸发直至生成干凝胶,将此干凝胶在空气中点燃即可得到α-Fe2O3纳米粉末,用X射线衍射仪对所得粉末进行物相分析,衍射图谱如图1。
称取适量的蔗糖和α-Fe2O3纳米粉末,其中蔗糖与α-Fe2O3纳米粉末的摩尔比为1:48,加入相同质量的去离子水,搅拌混合直至混合均匀并呈现湿泥土状,将此混合物在空气中陈化8h,在干燥箱中90℃烘干后放入管式炉中,用真空泵对管式炉抽真空至真空度为10-3Pa,然后通入惰性气体至管式炉中的气压为一个大气压。升温至450℃,在该温度下保温2h,然后随炉冷却至室温,经研磨即可得到四氧化三铁纳米粉末。用X射线衍射仪对所得粉末进行分析,衍射图谱如图2;用振动样品磁强计对制备的四氧化三铁纳米粉末进行磁性表征,磁滞回线如图3所示。
实施例2
向8mol/L的硝酸铁溶液中加入等体积、等摩尔浓度的柠檬酸溶液,在50℃的水浴温度下,利用磁力搅拌充分搅拌混合6h,然后用纯氨水调节pH值至6.0,继续恒温搅拌5h。然后转入110℃的干燥箱中蒸发直至生成干凝胶,将凝胶在空气中点燃即可得到α-Fe2O3纳米粉末。
称取适量的乳糖和α-Fe2O3纳米粉末,其中乳糖与α-Fe2O3纳米粉末的摩尔比为1:36,加入相同质量的去离子水,搅拌混合直至混合均匀并呈现湿泥土状,将此混合物在空气中陈化12h,在干燥箱中100℃烘干后放入管式炉中,用真空泵对管式炉抽真空至真空度为10-3Pa,然后通入惰性气体至管式炉中的气压为一个大气压。升温至550℃,在该温度下保温1h,然后随炉冷却至室温,经研磨即可得到四氧化三铁纳米粉末。用X射线衍射仪对所得粉末进行分析,衍射图谱如图4;用振动样品磁强计对制备的四氧化三铁纳米粉末进行磁性表征,磁滞回线如图5所示。
实施例3
向6mol/L的硝酸铁溶液中加入等体积、等摩尔浓度的柠檬酸溶液,在40℃的水浴温度下,利用磁力搅拌充分搅拌混合5h,然后用纯氨水调节pH值至5.0,继续恒温搅拌6h后转入120℃的干燥箱中蒸发直至生成干凝胶,将凝胶在空气中点燃即可得到α-Fe2O3纳米粉末。
称取适量的麦芽糖和α-Fe2O3纳米粉末,其中麦芽糖与α-Fe2O3纳米粉末的摩尔比为1:20,加入相同质量的去离子水,搅拌混合直至混合均匀并呈现湿泥土状,将此混合物在空气中陈化16h,在干燥箱中100℃烘干后放入管式炉中,用真空泵对管式炉抽真空至真空度为10-3Pa,然后通入惰性气体至管式炉中的气压为一个大气压。升温至650℃,在该温度下保温0.5h,然后随炉冷却至室温,经研磨即可得到四氧化三铁纳米粉末。用X射线衍射仪对所得粉末进行分析,衍射图谱如图6;用振动样品磁强计对制备的四氧化三铁纳米粉末进行磁性表征,磁滞回线如图7所示。
实施例4
向4mol/L的硝酸铁溶液中加入等体积、等摩尔浓度的柠檬酸溶液,在40℃的水浴温度下,利用磁力搅拌充分搅拌混合4h,然后用纯氨水调节pH值至4.0,继续恒温搅拌7h后转入120℃的干燥箱中蒸发直至生成干凝胶,将凝胶在空气中点燃即可得到α-Fe2O3纳米粉末。
称取适量的果糖和α-Fe2O3纳米粉末,其中果糖与α-Fe2O3纳米粉末的摩尔比为1:16,加入相同质量的去离子水,搅拌混合直至混合均匀并呈现湿泥土状,将此混合物在空气中陈化20h,在干燥箱中100℃烘干后放入管式炉中,用真空泵对管式炉抽真空至真空度为10-3Pa,然后通入惰性气体至管式炉中的气压为一个大气压。升温至650℃,在该温度下保温0.5h,然后随炉冷却至室温,经研磨即可得到四氧化三铁纳米粉末。用X射线衍射仪对所得粉末进行物相分析,结果显示纯的四氧化三铁相。
实施例5
向1mol/L的硝酸铁溶液中加入等体积、等摩尔浓度的柠檬酸溶液,在40℃的水浴温度下,利用磁力搅拌充分搅拌混合2h,然后用纯氨水调节pH值至5.0,继续恒温搅拌8h后转入120℃的干燥箱中蒸发直至生成干凝胶,将凝胶在空气中点燃即可得到α-Fe2O3纳米粉末。
称取适量的葡萄糖和α-Fe2O3纳米粉末,其中一水葡萄糖与α-Fe2O3纳米粉末的摩尔比为1:8,加入相同质量的去离子水,搅拌混合直至混合均匀并呈现湿泥土状,将此混合物在空气中陈化24h,在干燥箱中100℃烘干后放入管式炉中,用真空泵对管式炉抽真空至真空度为10-3Pa,然后通入惰性气体至管式炉中的气压为一个大气压。升温至650℃,在该温度下保温0.5h,然后随炉冷却至室温,经研磨即可得到四氧化三铁纳米粉末。用X射线衍射仪对所得粉末进行物相分析,结果显示纯的四氧化三铁相。
Claims (1)
1.一种碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法,其特征在于,包含如下步骤:
1)向1~10mol/L的硝酸铁溶液中加入等体积、等摩尔浓度的柠檬酸溶液,在40~60℃的水浴温度下,利用磁力搅拌充分搅拌混合2~8h,然后用纯氨水调节pH值至3.0~7.0,继续恒温搅拌4~8h后转入100~120℃的干燥箱中蒸发直至生成干凝胶,将此干凝胶在空气中点燃,得到α-Fe2O3纳米粉末;
2)称取适量的有机碳源和α-Fe2O3纳米粉末,加入相同质量的去离子水,混合粉末搅拌均匀并呈现湿泥土状,将此混合物在空气中陈化8~24h,然后在80℃~100℃的干燥箱中烘干,所述有机碳源是碳的有机物,为葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维素中的任一种,有机碳源与α-Fe2O3纳米粉末的摩尔比为1∶48~1∶8;
3)将盛有有机碳源与α-Fe2O3混合物的烧舟放入充有保护气氛的热处理炉中,通入保护气氛,升温至450~650℃,并保温0.5~2h,然后随炉冷却至室温,得到四氧化三铁纳米粉末。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2008102241488A CN101381110B (zh) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | 一种碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2008102241488A CN101381110B (zh) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | 一种碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101381110A CN101381110A (zh) | 2009-03-11 |
CN101381110B true CN101381110B (zh) | 2010-07-21 |
Family
ID=40461195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2008102241488A Expired - Fee Related CN101381110B (zh) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | 一种碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101381110B (zh) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101891257B (zh) * | 2010-07-30 | 2012-03-14 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种具有化学活性四氧化三铁的生产方法 |
CN102956891A (zh) * | 2011-08-26 | 2013-03-06 | 比亚迪股份有限公司 | 一种锂离子电池负极活性材料Fe3O4/C的制备方法、负极及锂离子电池 |
CN102557151B (zh) * | 2011-12-30 | 2014-02-19 | 西安建筑科技大学 | 一步还原制备纳米四氧化三铁粉末的方法 |
CN102786097A (zh) * | 2012-07-26 | 2012-11-21 | 天津大学 | 碳包覆四氧化三铁纳米颗粒的水热制备方法 |
CN102800858A (zh) * | 2012-08-03 | 2012-11-28 | 浙江大学 | 铁氧化物基锂离子电池负极材料的制备方法及用途 |
CN105271431B (zh) * | 2015-10-12 | 2017-04-12 | 南京大学 | 一种制备四氧化三铁磁性材料及其复合材料的方法 |
CN107151834A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-09-12 | 吉林大学 | 一种磁性Fe3O4纳米纤维材料、制备方法及其在类过氧化物酶催化反应中的应用 |
CN109231279A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-01-18 | 河南师范大学 | 一步热还原法制备C/Fe3O4磁性复合材料的方法 |
CN115676898B (zh) * | 2022-10-31 | 2024-05-07 | 昆明理工大学 | 一种一步碳热还原制备Fe3O4的方法 |
-
2008
- 2008-10-24 CN CN2008102241488A patent/CN101381110B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101381110A (zh) | 2009-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101381110B (zh) | 一种碳热还原制备四氧化三铁纳米粉末的方法 | |
CN101717122B (zh) | 一种微波法制备四氧化三铁纳米片的方法 | |
CN103785859B (zh) | 一种纳米介孔材料的制备方法 | |
CN101117241B (zh) | 一种铁的氧化物纳米磁性材料及其制备方法 | |
CN101890354B (zh) | 一种铁酸铋光催化剂的制备方法 | |
CN105399150B (zh) | 一种钴酸镍纳米材料及其制备方法和应用 | |
CN102936050B (zh) | 一种四氧化三铁纳米片的制备方法 | |
CN104538145A (zh) | 一种多尺度、均一、单分散磁性微球及其制备方法 | |
CN102826593A (zh) | 一种氧化铟纳米材料的制备方法 | |
CN108636407B (zh) | 基于石墨烯负载铜纳米粒子的制备方法 | |
CN105668647A (zh) | 一种高比表面积钙钛矿型纳米LaCoO3多孔空心球材料及其制备方法 | |
CN110921708B (zh) | 一种MoO3自组装六棱柱结构的制备方法及其应用 | |
CN105536791B (zh) | 合成甲基氯硅烷单体的八面体氧化亚铜催化剂的制备方法 | |
Cao et al. | CTAB-assisted synthesis of mesoporous CoFe2O4 with high carbon monoxide oxidation activity | |
CN110436529B (zh) | 一种可用于磁热疗的Fe3O4纳米棒材料的制备方法 | |
Yan et al. | A facile template-free synthesis of large-scale single crystalline Pr (OH) 3 and Pr6O11 nanorods | |
CN108557863A (zh) | 一种氧化镧的制备方法 | |
CN102274977B (zh) | 一种合成钴金双金属合金纳米粒子的制备方法 | |
CN102557151B (zh) | 一步还原制备纳米四氧化三铁粉末的方法 | |
CN105289456B (zh) | 一种超顺磁Fe3O4纳米材料的制备方法和应用 | |
CN102259935A (zh) | 一种制备鸟巢形Co3O4的表面活性剂辅助的水热方法 | |
CN106495223A (zh) | 一种单斜三氧化钨纳米带的制备方法 | |
CN107416913B (zh) | 一种球形四氧化三钴粉体的制备方法 | |
CN104098144B (zh) | 四氧化三铁空心球的制备方法 | |
CN106186081A (zh) | 四氧化三铁磁性载体的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100721 Termination date: 20141024 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |