CN103641176B - 片层状尖晶石型铁氧体的制备方法 - Google Patents
片层状尖晶石型铁氧体的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
片层状尖晶石型铁氧体的制备方法。水热法因其不可视性为制备过程中的控制带来困难，化学共沉淀法因生成沉淀多呈胶体状态不易过滤和洗涤。本发明方法步骤包括：（1）按尖晶石型铁氧体的化学计量比称取A，A′，B位的硝酸盐;（2）根据A，A′，B位金属离子价态的不同按比例称取柠檬酸；（3）将称取的硝酸盐和柠檬酸放入烧杯中加入蒸馏水溶解成混合溶液；（4）将混合溶液置于50℃水浴中，用氨水调节pH值，然后升高水浴温度到90℃，在恒温水浴中24h蒸干；（5）将蒸干后的溶胶放入烘箱中，得到干凝胶；（6）将得到的干凝胶放入陶瓷蒸发皿中，在电炉上进行灰化；（7）将灰化后的样品研磨后放入箱式电阻炉中焙烧，自然冷却后得样品粉末。本发明应用于无机非金属材料。
Description
技术领域：
本发明涉及本发明涉及一种片层状尖晶石型铁氧体的制备方法。
背景技术：
尖晶石型铁氧体具有良好的磁性、介电性、吸波性能、电磁性能，在生物医学、信息存储、军事屏蔽、催化磁流体等各个领域有广泛的应用，是当前材料科学领域研究的热门方向。其结构为面心立方结构，通式为A(
2+
)Fe
2
O
4
。这种结构的光电子被激发，从价带转移向导带，从而产生电子-空穴对，可以氧化有机物，具有催化性能而引起人们的兴趣与重视。
在以往的研究中，人们多数都以制备出尖晶石型结构的催化材料为目的，研究针对于使用不同化学元素组成，来提高催化效果，以至于制备出的材料形貌上一般都为纳米颗粒。然而光催化过程发生在催化材料的表面，材料的形貌在研究光催化时起到非常关键的作用。目前在该领域的报道中也出现了尖晶石结构催化材料的纳米线，纳米棒等的不同形态，研究发现不同的形貌与催化性质有很大关联。
尖晶石型铁氧体的制备方法很多，常见的有传统陶瓷工艺法、熔盐法、水热法、凝胶-溶胶法、高分子吸附法、共沉淀法、喷雾分解法、自蔓延燃烧法等。其中水热法不需要高温煅烧，避免了此过程中晶粒的长大、缺陷形成和杂质引入，但因其不可视性为制备过程中的控制带来困难。化学共沉淀法工艺简单，但是由于生成沉淀多呈胶体状态，因此不易过滤和洗涤，而且实际生长中需要耐高温的设备。
发明内容：
本发明的目的是提供一种片层状尖晶石型铁氧体的制备方法。
上述目的通过以下技术方案实现：
一种片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，该方法步骤包括：
（1）按尖晶石型铁氧体的化学计量比称取A，A′，B位的硝酸盐;
（2）根据A，A′，B位金属离子价态的不同按比例称取柠檬酸；
（3）将称取的硝酸盐和柠檬酸放入烧杯中加入蒸馏水溶解成混合溶液；
（4）将混合溶液置于50 ℃水浴中，用氨水调节pH值，然后升高水浴温度到90℃，在恒温水浴中24 h蒸干；
（5）将蒸干后的溶胶放入烘箱中，得到干凝胶；
（6）将得到的干凝胶放入陶瓷蒸发皿中，在电炉上进行灰化；
（7）将灰化后的样品研磨后放入箱式电阻炉中焙烧，自然冷却后得样品粉末。
一种片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，所述的步骤（1）中所述的A是Co和Zn等，所述的A′是Ca和Cu等，所述的B是Fe。
上述的片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，所述的步骤（2）中所述的柠檬酸用量为按化学计量比计算后摩尔量的120 %。
上述的片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，所述的步骤（3）中将所述的硝酸盐和柠檬酸置于烧杯中，一次加入一定量的蒸馏水，溶解后形成混合溶液。
上述的片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，所述的步骤（4）中所述的混合溶液在调节pH值时，要控制pH值为6～7。
上述的片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，所述的步骤（5）中将所述的烘箱温度调节为140 ℃，烘干时间为24 h。
上述的片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，所述的步骤（6）中所述的灰化温度为180～200 ℃，灰化时间为3～5 min。
上述的片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，所述的步骤（7）中所述的焙烧温度为750～1050℃，焙烧时间为3～7 h。
上述的制备片层状尖晶石型铁氧体的方法，所述的金属硝酸盐、柠檬酸和所述的氨水纯度均不低于化学纯。
有益效果：
1. 本发明是在传统的溶胶-凝胶法上，改进了其工艺过程，就是不将硝酸盐原料配成溶液使用，而是采取统一溶解配成混合溶液的形式，这样不仅使形成凝胶的时间大大缩短，而且得到的产物形貌均为片层状结构，且光催化效果极佳，3小时内超过95%。
2. 溶胶-凝胶法合成温度低、成分容易控制，工艺、设备简单，容易获得组成、结构均匀、颗粒细小的粉体；凝胶-溶胶法还具有化学计量比准确、易于改性、掺杂量的范围宽等特点，也是目前使用最多的制备方法。
3. 本发明中所用的稀土氧化物，金属硝酸盐，柠檬酸，氨水纯度均不低于化学纯。
4.本发明采用改进后的溶胶-凝胶法制备尖晶石型铁氧体，再加入其余元素的原料，制备出片层状尖晶石型铁氧体，片层厚度为纳米级。
5. 本发明工艺相对与其它湿法化学合成片层状尖晶石型铁氧体的方法过程简单，易于控制，操作容易，大大降低了成本。
附图说明：
图1为实例1片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的XRD图谱；
图2为实例1片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的扫描电镜SEM照片；
图3为实例1片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的磁滞回线；
图4为实例1片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的光催化降解曲线；
图5为实例2片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的XRD图谱；
图6为实例2片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的扫描电镜SEM照片；
图7为实例2片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的磁滞回线；
图8为实例2片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的光催化降解曲线；
图9为实例3片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的XRD图谱；
图10为实例3片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的扫描电镜SEM照片；
图11为实例3片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的磁滞回线；
图12为实例3片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的光催化降解曲线。
具体实施方式：
实施例1：
一种片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，其步骤包括：
（1）按尖晶石型铁氧体的化学计量比称取A，A′，B位的硝酸盐;
（2）根据A，A′，B位金属离子价态，称取柠檬酸；
（3）将称取的硝酸盐和柠檬酸放入烧杯中加入蒸馏水溶解成混合溶液；
（4）将混合溶液置于50 ℃水浴中，用氨水调节pH值，然后升高水浴温度到90℃，在恒温水浴中24 h蒸干；
（5）将蒸干后的溶胶放入烘箱中，得到干凝胶；
（6）将得到的干凝胶放入陶瓷蒸发皿中，在电炉上进行灰化；
（7）将灰化后的样品研磨后放入箱式电阻炉中焙烧，自然冷却后得样品粉末。
实施例2：
实施例1所述的制备片层状尖晶石型铁氧体的方法，所述的步骤（1）中所述的A是Co和Zn，所述的A′是Ca和Cu，所述的B是Fe。
实施例3：
实施例1或2所述的制备片层状尖晶石型铁氧体的方法，所述的步骤（2）中所述的柠檬酸用量为按化学计量比计算后摩尔量的120 %。
实施例4：
实施例1或2或3所述的制备片层状尖晶石型铁氧体的方法，所述的步骤（3）中将所述的硝酸盐和柠檬酸置于烧杯中，加蒸馏水，溶解后形成混合溶液。
实施例5：
实施例1或2或3或4所述的制备片层状尖晶石型铁氧体的方法，所述的步骤（4）中所述的混合溶液在调节pH值时，要控制pH值为6～7。
实施例6：
实施例1或2或3或4或5所述的制备片层状尖晶石型铁氧体的方法，所述的步骤（5）中将所述的烘箱温度调节为140 ℃，烘干时间为24 h。
实施例7：
实施例1或2或3或4或5或6所述的制备片层状尖晶石型铁氧体的方法，所述的步骤（6）中所述的灰化温度为180～200 ℃，灰化时间为3～5 min。
实施例8：
实施例1或2或3或4或5或6或7或8所述的制备片层状尖晶石型铁氧体的方法，所述的步骤（7）中所述的焙烧温度为750～1050℃，焙烧时间为3～7 h。
实施例9：
实施例1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的制备片层状尖晶石型铁氧体的方法，所述的硝酸盐、柠檬酸和所述的氨水纯度化学纯以上。
实施例10：
制备片层状尖晶石型铁氧体的方法：
焙烧温度为850℃、焙烧时间为5h时，片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的制备步骤如下：
（1）按片层状尖晶石型铁氧体的化学计量比称取的Fe(NO
3
)
3
20.2g，Co(NO
3
)
2
3.64g ，Ca(NO
3
)
2
2.95g和柠檬酸 16.811g；
（2）将称取的Fe(NO
3
)
3
，Co(NO
3
)
2
，Ca(NO
3
)
2
和柠檬酸放入烧杯中，加入100 mL蒸馏水溶解；
（3）将完全溶解的混合溶液在50℃水浴中进行充分反应，待完全溶解后用氨水调节pH值至7左右，然后将水浴调节至90℃，水浴24h；
（4）再将反应物放入干燥箱中在140℃下烘干24h；
（5）对烘干后的凝胶进行灰化，灰化温度180℃，3min;
（6）将灰化后的产物研磨后放入箱式电阻炉中，焙烧850℃，5h，自然冷却后得Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
样品粉末；
（7）测试粉末样品的XRD如图1；
（8）测试粉末样品的扫描电镜SEM如图2；
（9）测试粉末样品的磁性如图3；
（10）测试粉末样品的光催化性能如图4。
实施例11：
制备片层状尖晶石型铁氧体的方法：
焙烧温度为750℃、焙烧时间为5h时，片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的制备如下：
（1）按片层状尖晶石型铁氧体的化学计量比称取的Fe(NO
3
)
3
20.2g，Co(NO
3
)
2
3.64g ，Ca(NO
3
)
2
2.95g和柠檬酸 16.811g；
（2）将称取的Fe(NO
3
)
3
，Co(NO
3
)
2
，Ca(NO
3
)
2
和柠檬酸放入烧杯中，加入100 mL蒸馏水溶解；
（3）将完全溶解的混合溶液在50℃水浴中进行充分反应，待完全溶解后用氨水调节pH值至7左右，然后将水浴调节至90℃，水浴24h；
（4）再将反应物放入干燥箱中在140℃下烘干24h；
（5）对烘干后的凝胶进行灰化，灰化温度180℃，3min;
（6）将灰化后的产物研磨后放入箱式电阻炉中，焙烧750℃，5h，自然冷却后得Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
样品粉末；
（7）测试粉末样品的XRD如图5；
（8）测试粉末样品的扫描电镜SEM如图6；
（9）测试粉末样品的磁性如图7；
（10）测试粉末样品的光催化性能如图8。
实施例12：
焙烧温度为850℃、焙烧时间为3h时，片层状尖晶石型铁氧体Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
的制备步骤如下：
（1）按片层状尖晶石型铁氧体的化学计量比称取的Fe(NO
3
)
3
20.2g，Co(NO
3
)
2
3.64g ，Ca(NO
3
)
2
2.95g和柠檬酸 16.811g；
（2）将称取的Fe(NO
3
)
3
，Co(NO
3
)
2
，Ca(NO
3
)
2
和柠檬酸放入烧杯中，加入100 mL蒸馏水溶解；
（3）将完全溶解的混合溶液在50℃水浴中进行充分反应，待完全溶解后用氨水调节pH值至7左右，然后将水浴调节至90℃，水浴24h；
（4）再将反应物放入干燥箱中在140℃下烘干24h；
（5）对烘干后的凝胶进行灰化，灰化温度180℃，3min;
（6）将灰化后的产物研磨后放入箱式电阻炉中，焙烧850℃，3h，自然冷却后得Ca
0.5
Co
0.5
Fe
2
O
4
样品粉末；
（7）测试粉末样品的XRD如图9；
（8）测试粉末样品的扫描电镜SEM如图10；
（9）测试粉末样品的磁性如图11；
（10）测试粉末样品的光催化性能如图12。
Claims (1)
1.一种片层状尖晶石型铁氧体的制备方法，其特征是：其方法步骤包括：
（1）按尖晶石型铁氧体的化学计量比称取A，A′，B 位的硝酸盐;
（2）根据A，A′，B 位金属离子价态，称取柠檬酸；
（3）将称取的硝酸盐和柠檬酸放入烧杯中加入蒸馏水溶解成混合溶液；
（4）将混合溶液置于50 ℃水浴中，用氨水调节pH 值，然后升高水浴温度到90℃，在恒温水浴中24 h 蒸干；
（5）将蒸干后的溶胶放入烘箱中，得到干凝胶；
（6）将得到的干凝胶放入陶瓷蒸发皿中，在电炉上进行灰化；
（7）将灰化后的样品研磨后放入箱式电阻炉中焙烧，自然冷却后得样品粉末；
所述的步骤（1）中所述的A 是Co，所述的A′是Ca，所述的B 是Fe；
所述的步骤（2）中所述的柠檬酸用量为按化学计量比计算后摩尔量的120 %；
所述的步骤（3）中将所述的硝酸盐和柠檬酸置于烧杯中，加蒸馏水，溶解后形成混合溶液；
所述的步骤（4）中所述的混合溶液在调节pH 值时，要控制pH 值为6 ～ 7；
所述的步骤（5）中将所述的烘箱温度调节为140 ℃，烘干时间为24 h；
所述的步骤（6）中所述的灰化温度为180 ～ 200 ℃，灰化时间为3 ～ 5 min；
所述的步骤（7）中所述的焙烧温度为750 ～ 1050℃，焙烧时间为3 ～ 7 h；
所述的硝酸盐、柠檬酸和所述的氨水纯度化学纯以上。
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|---|
| 亓淑艳等.尖晶石型铁氧体AgxZn1-xFe2O4(x＝0.1～0.5)的制备及光催化性能的研究.《化学工程师》.2013,(第11期),第8-10页. * |
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