CN101723468A - 一种纳米氧化铁红的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米氧化铁红的制备方法，是在亚铁盐溶液中加入适量的H2C2O4，煮沸搅拌形成黄色沉淀，静置后弃去上清液，在不断搅拌下加入3％H2O2溶液并通入O2，维持合适温度及pH至反应完全氧化，除去过量H2O2后趁热过滤。过滤后沉淀物经洗涤、干燥后与适量的碳酸氢铵混合，混合物经灼烧、研磨后得到纳米级粉末状氧化铁红。本发明操作简单，原料成本低廉，产品粒径小，分散性能好。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料的制备技术领域，特别是涉及了一种纳米氧化铁红的制备技术。
背景技术
氧化铁红其化学式为α-Fe2O3。纳米氧化铁具有表面效应、体积效应以及量子尺寸等效应，表现出独特的光学、磁学、热学、催化等性质，广泛应用于磁性材料、颜料、精细陶瓷以及塑料制品的制备和催化剂工业中，在声学、电子学、光学、热学，尤其是医学和生物工程等方面也有广泛的应用价值和前景，因此具有重要的研究价值。
在科技论文报道中，常见的单分散纳米粒子的制备方法有溶胶-凝胶法、水热法、辐射合成法、水解法、附着法、火焰燃烧分解法等。现已有的合成纳米氧化铁的方法中大部分能满足工业生产的要求，各有独到之处，但也有不足。如1998年Tadao Sugimoto等用溶胶-凝胶法制备出了平均粒径约30nm的粒子，但生产周期过长，需耗时几天。2001年Hiroaki Katsuki等利用微波辐射法合成了约30nm粒径的纳米氧化铁粒子，但产率仅为18.9％。在专利方面，不少研究者都发明了不同的制备方法，都基本能达到纳米级水平，但仍存在的一个问题，即粒子的团聚问题。因为团聚现象不仅存在于反应过程中，同样存在于后处理过程中，如干燥、研磨等。中国专利公开号CN1364730提出了一种纳米氧化铁的制备方法，是将铁盐与碱加入络合剂混合，反应产物在100～120℃干燥5h制得了平均粒径12nm的粒子，但产品分散性较差，且合成周期较长。因此抑制团聚现象的发生极为重要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有制备方法中存在的工作周期长、分散性较差等不足，提供了一种粒径小，原料易得，污染低，周期短，分散性好的纳米氧化铁红粒子的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供一种纳米氧化铁红的制备方法，制备步骤如下：
1、在亚铁盐溶液中加入饱和H2C2O4溶液，加热并搅拌至沸腾，形成黄色沉淀，静置后弃去上清液；再用温热的去离子水洗涤沉淀，静置后弃去上清液，重复2～3次；
2、在不断搅拌下缓慢加入质量浓度3％的H2O2溶液，并通入O2，维持合适的温度和pH至反应完全氧化为Fe3+，加热至沸腾除去过量的H2O2，趁热过滤，得沉淀物；
3、过滤后所得沉淀物经去离子水洗涤、干燥后与适量碳酸氢铵混合，混合物经高温灼烧，研磨后得到纳米材料氧化铁红。
如上所述的纳米氧化铁红的制备方法的步骤A中所用亚铁盐为硫酸亚铁或硫酸亚铁铵，Fe2+的浓度为0.2～0.6mol/L，亚铁盐溶液用硫酸调pH至0.5～2.5，加入的饱和H2C2O4溶液与亚铁盐溶液的体积比为0.5～1.5。
如上所述的纳米氧化铁红的制备方法的步骤A中洗涤时所用温热的去离子水温度为30～50℃。
如上所述的纳米氧化铁红的制备方法的步骤B中加入的质量浓度3％的H2O2与步骤A中加入的饱和H2C2O4溶液体积比为0.5～2，反应温度控制在40～50℃，pH控制在3.5～5，反应时间为20～40min。
如上所述的纳米氧化铁红的制备方法的步骤B中O2通入量为0.12～0.20m3/h。
如上所述的纳米氧化铁红的制备方法的步骤C中加入的碳酸氢铵质量为所得沉淀物总质量的5～10％。
如上所述的纳米氧化铁红的制备方法的步骤C中沉淀物在25～50℃干燥1.5～2.5h，混合物在600～800℃煅烧1～2h。
本发明的优点是：
1)本发明利用的是低温干燥的方法，温度控制在50℃以下，有效地避免了粒子间的硬团聚，以保证粒子的分散性。
2)本发明对反应条件控制，如：反应温度、pH及各反应物质之间的配比等，制备工艺简单，工艺参数易控制，干燥时间短、温度低也缩短了生产周期，降低了生产成本。
3)本发明加入了碳酸氢铵来抑制团聚现象，使得产品在煅烧时由于碳酸氢铵分解的作用，可以得到疏松的纳米氧化铁红。
4)本发明制备的纳米氧化铁红粒子大小在40～80nm之间，且产率可达90％以上，能很好符合工业生产的要求。
具体实施方式
下面用实施例进一步说明本发明并通过权利要求更具体地确定，但在任何条件下不要把实施例看成是对本发明的范围限制：
实施例1
在250mL0.3mol/L的FeSO4溶液中加入10mLH2SO4，调pH至4，然后加入饱和H2C2O4溶液200mL，搅拌并加热至沸腾，形成黄色沉淀，静置后倾去上清液，用40℃的去离子水洗涤沉淀，重复3次以除去可溶性杂质。缓慢加入200mL3％的H2O2溶液并以0.12m3/h的流量通入O2，维持温度在40℃，pH为4，不断搅拌至反应完全氧化为Fe3+，反应20min。煮沸除去残留的H2O2，趁热过滤。过滤后沉淀物用去离子水洗涤，于30℃干燥1.5h后与含沉淀物总质量5％的碳酸氢铵混合，混合物在700℃下煅烧1.5h，研磨后得到纳米材料氧化铁红。
实施例2
在250mL0.4mol/L的FeSO4溶液中加入10mLH2SO4，然后加入饱和H2C2O4溶液250mL，搅拌并加热至沸腾，形成黄色沉淀，静置后倾去上清液，用40℃的去离子水洗涤沉淀，重复2次以除去可溶性杂质。缓慢加入250mL3％的H2O2溶液并以0.15m3/h的流量通入O2，维持温度在40℃，pH为5.0，不断搅拌至反应完全氧化为Fe3+，反应20min。煮沸除去残留的H2O2，趁热过滤。过滤后沉淀物用去离子水洗涤，于30℃干燥1.5h后与含沉淀物总质量6％的碳酸氢铵混合，混合物在750℃下煅烧1.5h，研磨后得到纳米材料氧化铁红。
实施例3
在250mL0.5mol/L的FeSO4溶液中加入10mLH2SO4，然后加入饱和H2C2O4溶液250mL，搅拌并加热至沸腾，形成黄色沉淀，静置后倾去上清液，用40℃的去离子水洗涤沉淀，重复3次以除去可溶性杂质。缓慢加入200mL3％的H2O2溶液并以0.16m3/h的流量通入O2，维持温度在50℃，pH为5.0，不断搅拌至反应完全氧化为Fe3+，反应30min。煮沸除去残留的H2O2，趁热过滤。过滤后沉淀物用去离子水洗涤，于40℃干燥1.5h后与沉淀物质量8％的碳酸氢铵混合，混合物在750℃下煅烧1h，研磨后得到纳米材料氧化铁红。
实施例4
在250mL0.5mol/L的FeSO4溶液中加入10mLH2SO4，然后加入饱和H2C2O4溶液250mL，搅拌并加热至沸腾，形成黄色沉淀，静置后倾去上清液，用40℃的去离子水洗涤沉淀，重复3次以除去可溶性杂质。缓慢加入250mL3％的H2O2溶液并以0.16m3/h的流量通入O2，维持温度在45℃，pH为5.0，不断搅拌至反应完全氧化为Fe3+，反应30min。煮沸除去残留的H2O2，趁热过滤。过滤后沉淀物用去离子水洗涤，于30℃干燥2h后与沉淀物质量8％的碳酸氢铵混合，混合物在750℃下煅烧1.5h，研磨后得到纳米材料氧化铁红。
实施例5
在250mL0.6mol/L的FeSO4溶液中加入12mLH2SO4，然后加入饱和H2C2O4溶液300mL，搅拌并加热至沸腾，形成黄色沉淀，静置后倾去上清液，用40℃的去离子水洗涤沉淀，重复3次以除去可溶性杂质。缓慢加入200mL3％的H2O2溶液并以0.18m3/h的流量通入O2，维持温度在40℃，pH为4.0，不断搅拌至反应完全氧化为Fe3+，反应40min。煮沸除去残留的H2O2，趁热过滤。过滤后沉淀物用去离子水洗涤，于35℃干燥2h后与沉淀物质量10％的碳酸氢铵混合，混合物在800℃下煅烧1h，研磨后得到纳米材料氧化铁红。
Claims (6)
1.一种纳米氧化铁红的制备方法，制备步骤如下：
(1)在亚铁盐溶液中加入饱和H2C2O4溶液，所述Fe2+的浓度为0.2～0.6mol/L，饱和H2C2O4溶液与亚铁盐溶液的体积比为0.5～1.5；加热并搅拌至沸腾，形成黄色沉淀，静置后弃去上清液；再用温热去离子水洗涤沉淀，静置后弃去上清液，重复2～3次；
(2)在搅拌并通入O2下缓慢加入质量浓度3％的H2O2溶液，所述H2O2溶液与饱和H2C2O4溶液体积比为0.5～2；反应温度控制在40～50℃，pH控制在3.5～5，不断搅拌至反应完全氧化为Fe3+；加热至沸腾除去过量的H2O2，趁热过滤，得沉淀物；
(3)将过滤后沉淀物经去离子水洗涤、干燥后与适量碳酸氢铵混合，所述加入的碳酸氢铵质量为过滤后沉淀物总质量的5～10％；过滤后沉淀物与碳酸氢铵的混合物经高温灼烧，研磨后得到纳米氧化铁红。
2.根据权利要求1所述的纳米氧化铁红的制备方法，其特征在于亚铁盐为硫酸亚铁或硫酸亚铁铵，亚铁盐溶液用硫酸调pH至0.5～2.5。
3.根据权利要求1所述的纳米氧化铁红的制备方法，其特征在于温热去离子水温度为30～40℃。
4.根据权利要求1所述的纳米氧化铁红的制备方法，其特征在于完全氧化反应时间为20～40min。
5.根据权利要求1所述的纳米氧化铁红的制备方法，其特征在于通入O2量为0.12～0.20m3/h。
6.根据权利要求1所述的纳米氧化铁红的制备方法，其特征在于过滤后沉淀物在25～50℃干燥1.5～2.5h，混合物在600-800℃煅烧1～2h。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110706 Termination date: 20121229 |