CN103304228A

CN103304228A - 自蔓延燃烧合成钯铜铁氧体纳米粉体的方法

Info

Publication number: CN103304228A
Application number: CN2012100718111A
Authority: CN
Inventors: 杜正银; 张源民; 张雯雯; 魏小红
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明公开一种自蔓延燃烧法合成钯铜铁氧体纳米粉体的方法，包括：a、物料配比硝酸钯、硝酸铜、硝酸铁按原子摩尔比为Pd∶Cu∶Fe：＝x∶(1-x)∶2称取，其中0＜x≤1；柠檬酸与硝酸铁摩尔比1∶2；b、将原料各自配成水溶液，且各自水溶液的浓度相同，其中水溶液的浓度可变化范围为0.5～2.0M；c、将各自配成水溶液混合在坩埚中，然后置于加热炉中，常压下，在500℃～800℃的条件下自蔓延燃烧，燃烧合成所得产物经研磨粉碎后，得到钯铜铁氧体纳米粉体Pd_xCu_1-xFe₂O₄(0＜x≤1)。本发明反应速度快，成本低，通过控制原料组成、溶液的浓度、升温速度、冷却方式来控制钯铜铁氧体的颗粒大小和形貌特征，从而制备出平均粒径为30～150nm颗粒大小分布比较均匀，形状比较规则，活性高的超细钯铜铁氧体纳米粉体。

Description

自蔓延燃烧合成钯铜铁氧体纳米粉体的方法

技术领域

本发明涉及一种自蔓延燃烧合成钯铜铁氧体纳米粉体的方法。

背景技术

自蔓延燃烧是在高真空或介质气氛中点燃原料，引发的化学反应，反应放出的热量使得邻近的物料温度骤然升高而引起新的化学反应，并以燃烧波的形式蔓延至整个反应物，当燃烧波推进前移时，反应物充分反应快速得到产物。主要特点是：工艺简单、操作方便，产率高等。自蔓延技术应用在很多领域，如固体废物处理、处置中的应用；有机污染控制过程中的应用；合成环境功能材料的应用等。赵建社等人(赵建社，梁永庆，阎鸿君，顾爱萍，何水样，刘建宁，干凝胶自蔓延燃烧法制备纳米级的MnZn铁氧体，材料科学与工程学报，2003年21卷第1期，68-71)于2003年公开了用溶胶—凝胶法和干凝胶自蔓延燃烧工艺制备了纳米级的MnZn铁氧体，虽然通过溶胶—凝胶法和干凝胶自蔓延燃烧可以制得10～20nm粒径，但是该方法在550℃燃烧一小时才能得到纳米级的MnZn铁氧体，所需的时间较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自蔓延燃烧合成钯铜铁氧体纳米粉体的方法，得到的钯铜铁氧体纳米粉体是为了提高有机合成中C-C、C-N、C-O偶联反应的催化性能而提出的。

本发明的目的是这样实现的：

a、以硝酸钯、硝酸铜、硝酸铁和柠檬酸为原料，其中硝酸钯、硝酸铜、硝酸铁按原子摩尔比为Pd∶Cu∶Fe：＝x∶(1-x)∶2称取，其中0＜x≤1；柠檬酸与硝酸铁摩尔比1∶2；

b、将原料各自配成水溶液，且各自水溶液的浓度相同，其中水溶液的浓度可变化范围为0.5～2.0M；

c、将各自配成水溶液混合在坩埚中，然后置于加热炉中，常压下，温度可调节到500℃～800℃的条件下自蔓延燃烧，2～3分钟结束，冷却(自然冷却，或水浴冷却，或冰浴冷却)，燃烧合成所得产物在玛瑙研钵中研磨粉碎后，得到平均粒径为30～150nm的钯铜铁氧体纳米粉体。

其中当x＝0.2，原料水溶液的浓度可变化范围为0.9～1.2M，温度在550℃～650℃时，水浴冷却，燃烧合成所得产物在玛瑙研钵中研磨粉碎后，得到平均粒径为30～80nm的超细钯铜铁氧体纳米粉体；

尤其当温度在600℃时，水浴冷却，可得到平均粒径为30～45nm范围的超细钯铜铁氧体纳米粉体。

本发明的优点和产生的有益效果：

(1)本发明自蔓延燃烧反应完全燃烧2～3分钟就可以结束，时间较短，速度快。燃烧过程中形成大量气体如NO₂、CO₂、水蒸汽，气体的排出使燃烧产物呈蓬松的泡沫状，并带走体系中的热量，燃烧合成所得产物在玛瑙研钵中研磨粉碎后，得Pd_xCu_1-xFe₂O₄粉体，粉体中钯铜分散均匀，活性较高。

(2)本发明所用原料硝酸盐提供了金属源并和空气中的氧同时作为氧化剂，柠檬酸作为还原剂，而且柠檬酸是可燃性的有机物，自身燃烧所释放的能量可以维持反应的进行；其次所使用的原料均为硝酸盐的水溶液，它可以降低混合物体系的可爆性。

(3)本发明制备工艺简单，耗能和成本非常低，生产效率高；

(4)本发明得到的产物采用三种冷却方式(自然冷却，或水浴冷却，或冰浴冷却)，冷却方式不同，得到的纳米颗粒大小不同，而已报道的没有考虑通过这种方式来衡量纳米颗粒大小；

附图说明

图1是本发明自蔓延燃烧合成钯铜铁氧体纳米粉体电镜图

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的技术方案再作进一步的说明：

实施例1：

一种自蔓延燃烧合成钯铜铁氧体纳米粉体的方法，其步骤是：

a、以硝酸钯、硝酸铜、硝酸铁和柠檬酸为原料，其中硝酸钯、硝酸铜、硝酸铁按原子摩尔比为Pd∶Cu∶Fe：＝x∶(1-x)∶2称取，其中0＜x≤1；柠檬酸与硝酸铁摩尔比为1∶2；

c、将各自配成水溶液混合后倒入坩埚中，然后置于加热炉中，常压下，温度可调节范围500℃～800℃的条件下自蔓延燃烧，2～3分钟结束，冷却(自然冷却，水浴冷却，冰浴冷却)，燃烧合成所得产物在玛瑙研钵中研磨粉碎后，得到平均粒径为30～150nm范围的超细钯铜铁氧体纳米粉体。

实施例2：以制备Pd_0.2Cu_0.8Fe₂O₄为例，其燃烧方程式为：

0.2Pd(NO₃)₂+0.8Cu(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₃+C₆H₈O₇·H₂O+2.5O₂→Pd_0.2Cu_0.8Fe₂O₄+8NO₂+6CO₂+5H₂O

具体步骤是：

a、将原料以硝酸钯、硝酸铜、硝酸铁和柠檬酸为原料，按原子摩尔比为Pd∶Cu∶Fe＝0.2∶0.8∶2称取，柠檬酸与硝酸铁摩尔比为1∶2；

b、将原料各自配成水溶液，且各自水溶液的浓度相同，其中水溶液的浓度可变化范围为0.9～1.2M；

c、将各自配成水溶液混合后倒入坩埚中，然后置于加热炉中，常压600℃的条件下自蔓延燃烧，2～3分钟结束，水浴冷却，燃烧合成所得产物经研磨粉碎后，得到30～45nm超细钯铜铁氧体纳米粉体。

将本实施方式得到的钯铜铁氧体纳米粉体进行XRD和SEM性能表征，发现本实施例得到的钯铜铁氧体纳米粉体纯度达到85-95％。颗粒大小分布比较均匀，形状呈比较规则的多边形，颗粒粒径大都在30～45nm之间(见图1)。

本发明以实施例2-实施例9在不同温度、浓度和冷却方式制备不同粒径超细钯铜铁氧体纳米粉体，用列表方式来说明：

表1：实施例2-实施例9列表

如表中所示，就实施例2、实施例5、实施例6、实施例7比较而言，当温度在550℃～650℃时，水浴冷却，燃烧合成所得产物在玛瑙研钵中研磨粉碎后，得到平均粒径为30～80nm范围的超细钯铜铁氧体纳米粉体；当温度在600℃时，可得到平均粒径为30～45nm范围的超细钯铜铁氧体纳米粉体。但是当用加热炉常压700℃～800℃高温处理之后，颗粒之间不但有团聚现象而且颗粒的尺寸会变大。这是由于温度过高，纳米颗粒就会烧结在一起，使其纳米颗粒团聚形成更大粒径的的颗粒。

如表中所示：就实施例2、实施例8比较而言，发现实施例2水浴冷却的方式所得到的纳米颗粒小，范围是30～45nm，而实施例8自然冷却和冰浴冷却得到的纳米颗粒的尺寸为80～150nm。这是由于水浴冷却比自然冷却速度快，能形成较细的颗粒；虽然冰浴冷却相对于水浴冷却速度更快，但是冰浴冷却得到的纳米颗粒并不是均匀的，颗粒较大，因而水浴冷却能获得较小的颗粒。

从表1中可知：实施例2为实施例1-9中的最佳实施方案，缘于原料配比、温度、浓度、时间和冷却方式的条件，故得到30～45nm超细钯铜铁氧体纳米粉体。

Claims

1.一种自蔓延燃烧合成钯铜铁氧体纳米粉体的方法，其特征在于按如下步骤进行：

b、将上述原料各自配成水溶液，且各自水溶液的浓度相同，其中水溶液的浓度可变化范围为0.5～2.0M；

c、将各自配成水溶液混合在坩埚中，然后置于加热炉中，常压下，温度可调节范围500℃～800℃的条件下自蔓延燃烧，2～3分钟结束，冷却，燃烧合成所得产物在玛瑙研钵中研磨粉碎后，得到平均粒径为30～150nm的超细钯铜铁氧体纳米粉体。

2.如权利要求1所述一种自蔓延燃烧合成钯铜铁氧体纳米粉体的方法，其特征在于当x＝0.2时，以硝酸钯、硝酸铜、硝酸铁和柠檬酸为原料，各自配成水溶液，且各自水溶液的浓度相同，其中水溶液的浓度变化范围为0.9～1.2M时，在常压600℃的条件下自蔓延燃烧后，水浴冷却，燃烧合成所得产物在玛瑙研钵中研磨粉碎，得到平均粒径为30～45nm的超细钯铜铁氧体纳米粉体。