CN109574082B - 一种原位核壳结构钼酸铁粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种原位核壳结构钼酸铁粉体及其制备方法。其技术方案是：取两份体积相同的去离子水，按铁盐∶钼酸盐的摩尔比为1∶(1.3～1.8)，将所述铁盐和所述钼酸盐分别溶于所述去离子水中，得到相应的铁盐溶液和钼酸盐溶液。在水浴和搅拌条件下，将所述铁盐溶液均匀加入到所述钼酸盐溶液中，得到混合溶液；将所述混合溶液液转入不锈钢反应釜中，在130～210℃条件下保温1～24h，得到含有沉淀物的溶液。用去离子水将所述含有沉淀物的溶液洗涤至中性，于90～110℃条件下干燥20～30h，制得具有原位核壳结构钼酸铁粉体。本发明工艺简单、成本低和反应易于控制，所制得的原位核壳结构钼酸铁粉体粒径可控，催化效果好。
Description
技术领域
本发明属于钼酸铁粉体技术领域。具体涉及一种原位核壳结构钼酸铁粉体及其制备方法。
背景技术
含碳耐火材料具有优异的物理和化学性能，如优异的高温力学性能、抗热震性和抗渣侵蚀能力，被广泛应用于钢包中的滑动水口系统的滑板砖、钢包上下水口、中间包水口以及连铸三大件中。随着钢铁冶金技术的发展，对含碳耐火材料提出更高的要求。比如连铸工艺对耐火材料的主要要求是：耐高温、不与钢水发生反应、抗渣性强和高的抗热震稳定性等，普通的含碳耐火材料已不能满足新型工艺的需求。因此，在含碳耐火材料中原位生成不同种类以及不同形貌的陶瓷结合相，进而提高含碳材料的强度、抗氧化性、热震稳定性及抗侵蚀性等高温性能是研究的重点。
为在含碳耐火材料中原位生成陶瓷结合相，主要是添加过渡族金属催化剂，如Fe、Co和Ni等过渡元素中的一种或者多种。如朱伯铨等(朱伯铨，李享成，陈平安.一维或二维结合相对含碳耐火材料强度和韧性的影响.耐火材料，2017，51(3)：161～171)通过添加金属镍，在含碳耐火材料中原位生成碳纳米管和MgO晶须，提高了耐火材料的强度和韧性。过渡族金属催化剂中，钼酸铁中的钼能够夺取铁的电子，使铁成为失电子状态，从而提高催化剂的催化效果。
目前，钼酸铁的制备方法受到越来越多的关注。“一种具有片层结构的钼酸铁纳米锥材料的制备方法”(CN201110347429.4)专利技术，采用微波辐射法虽制得厚度为20～40纳米和长度为5～15微米的钼酸铁纳米锥材料，但该方法工艺难度大，需要专业微波辐射设备进行，难以规模化应用；“一种钼酸铁(II)纳米立方体的制备方法”(CN201410051059.3)专利技术，以乙酸钠和聚乙烯吡咯烷酮作为辅助剂，采用一步液相法制得钼酸铁(II)纳米立方体，该方法虽获得了纳米级的钼酸铁立方体，但聚乙烯吡咯烷酮是一种致癌物质，对环保和人体健康不利；“钼酸铁粉末的合成方法”(CN201610947035.5)采用Fe粉、Fe2O3粉和MoO3粉为原料，在1000～1200℃条件下虽获得了钼酸铁粉末，但合成温度高，粉体形貌难以控制；“一种高活性、晶面暴露的单斜晶型钼酸铁纳米片的制备方法”(CN107213904A)专利技术，采用硝酸铁、钼酸钠和硝酸钠为原料，通过水热反应虽制得(100)面的钼酸铁粉末，但该方法难以大规模应用；“一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂及制备方法”(CN201810163420.X)专利技术，采用溶胶-凝胶法制备片状钼酸铁粉体，虽比表面积大和分散性好，但工艺复杂，需要持续的加热烘干等处理工艺。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低廉和反应易于控制的原位核壳结构钼酸铁粉体的制备方法，用该方法制得的原位核壳结构钼酸铁粉体粒径可控，催化效果好。
为实现上述目地，本发明采用的技术方案是：
步骤一、取两份体积相同的去离子水，按铁盐∶钼酸盐的摩尔比为1∶(1.3～1.8)，将所述铁盐和所述钼酸盐分别溶于所述去离子水中，得到相应的铁盐溶液和钼酸盐溶液。
步骤二、在35～90℃的水浴和搅拌条件下，将所述铁盐溶液均匀加入到所述钼酸盐溶液中，得到混合溶液。
步骤三、将所述混合溶液液转入不锈钢反应釜中，在130～210℃条件下保温1～24h，得到含有沉淀物的溶液。
步骤四、用去离子水将所述含有沉淀物的溶液洗涤至中性，于90～110℃条件下干燥20～30h，制得具有原位核壳结构钼酸铁粉体。
所述铁盐为氯化铁、硝酸铁和硫酸铁中的一种以上；所述铁盐的纯度为工业纯以上。
所述钼酸盐为钼酸铵和钼酸钠中的一种以上；所述钼酸盐的纯度为工业纯以上。
所述原位核壳结构钼酸铁粉体粒径为10～100μm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明采用共沉淀法制备前驱粉，制备过程没有有毒物产生，工艺简单，反应易于控制。
本发明采用铁盐和钼酸盐作为原料，通过改变水浴温度和水热合成温度调控原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径大小，如随着水浴温度和水热合成温度的升高，得到原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径变大。故本发明通过改变工艺参数能有效地调控原位核壳结构钼酸铁粉体粒径的大小，显著提高催化效果。
本发明克服了单一形貌钼酸铁粉体晶粒大、比表面积小、催化效果低的问题，通过调控前驱粉的粒径，在水热合成过程中为晶粒提供形核点，使钼酸铁产生两次形核生长过程，从而细化钼酸铁的晶粒，增加比表面积，使原位核壳结构钼酸铁粉体能更好地发挥催化效果。
本发明制备的原位核壳结构钼酸铁粉体粒径为10～100μm。
因此，本发明工艺简单、成本低和反应易于控制，所制得的原位核壳结构钼酸铁粉体粒径可控，催化效果好。
附图说明
图1为本发明制备的一种原位核壳结构钼酸铁粉体的XRD图；
图2为本发明制备的一种原位核壳结构钼酸铁粉体的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对本发明保护范围的限定。
为避免重复，先将本具体实施方式所用原料统一描述如下，实例中不再赘述。
所述铁盐的纯度为工业纯以上。
所述钼酸盐的纯度为工业纯以上。
实施例1
一种原位核壳结构钼酸铁粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
步骤一、取两份体积相同的去离子水，按铁盐∶钼酸盐的摩尔比为1∶(1.3～1.5)，将所述铁盐和所述钼酸盐分别溶于所述去离子水中，得到相应的铁盐溶液和钼酸盐溶液。
步骤二、在35～60℃的水浴和搅拌条件下，将所述铁盐溶液均匀加入到所述钼酸盐溶液中，得到混合溶液。
步骤三、将所述混合溶液液转入不锈钢反应釜中，在130～170℃条件下保温14～24h，得到含有沉淀物的溶液。
步骤四、用去离子水将所述含有沉淀物的溶液洗涤至中性，于90～100℃条件下干燥20～28h，制得具有原位核壳结构钼酸铁粉体。
所述铁盐为氯化铁。
所述钼酸盐为钼酸铵。
通过扫描电镜观察可知，本实施例制备的原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径为10～30μm。
实施例2
一种原位核壳结构钼酸铁粉体及其制备方法。本实施例除下述外，其余同实施例1：
所述铁盐为硝酸铁和硫酸铁的混合物。
所述钼酸盐为钼酸钠。
通过扫描电镜观察可知，本实施例制备的原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径为20～40μm。
实施例3
一种原位核壳结构钼酸铁粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
步骤一、取两份体积相同的去离子水，按铁盐∶钼酸盐的摩尔比为1∶(1.4～1.6)，将所述铁盐和所述钼酸盐分别溶于所述去离子水中，得到相应的铁盐溶液和钼酸盐溶液。
步骤二、在50～75℃的水浴和搅拌条件下，将所述铁盐溶液均匀加入到所述钼酸盐溶液中，得到混合溶液。
步骤三、将所述混合溶液液转入不锈钢反应釜中，在150～190℃条件下保温8～18h，得到含有沉淀物的溶液。
步骤四、用去离子水将所述含有沉淀物的溶液洗涤至中性，于95～105℃条件下干燥22～26h，制得具有原位核壳结构钼酸铁粉体。
所述铁盐为硝酸铁。
所述钼酸盐为钼酸钠。
通过扫描电镜观察可知，本实施例制备的原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径为30～60μm。
实施例4
一种原位核壳结构钼酸铁粉体及其制备方法。本实施例除下述外，其余同实施例3：
所述铁盐为氯化铁和硫酸铁的混合物。
所述钼酸盐为钼酸铵。
通过扫描电镜观察可知，本实施例制备的原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径为40～70μm。
实施例5
一种原位核壳结构钼酸铁粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
步骤一、取两份体积相同的去离子水，按铁盐∶钼酸盐的摩尔比为1∶(1.5～1.8)，将所述铁盐和所述钼酸盐分别溶于所述去离子水中，得到相应的铁盐溶液和钼酸盐溶液。
步骤二、在65～90℃的水浴和搅拌条件下，将所述铁盐溶液均匀加入到所述钼酸盐溶液中，得到混合溶液。
步骤三、将所述混合溶液液转入不锈钢反应釜中，在170～210℃条件下保温1～12h，得到含有沉淀物的溶液。
步骤四、用去离子水将所述含有沉淀物的溶液洗涤至中性，于100～110℃条件下干燥20～24h，制得具有原位核壳结构钼酸铁粉体。
所述铁盐为硫酸铁。
所述钼酸盐为钼酸铵和钼酸钠的混合物。
通过扫描电镜观察可知，本实施例制备的原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径为60～80μm。
实施例6
一种原位核壳结构钼酸铁粉体及其制备方法。本实施例法除下述外，其余同实施例5：
所述铁盐为氯化铁、硝酸铁和硫酸铁的混合物。
所述钼酸盐为钼酸铵和钼酸钠的混合物。
通过扫描电镜观察可知，本实施例制备的原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径为80～100μm。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明采用共沉淀法制备前驱粉，制备过程没有有毒物产生，工艺简单，反应易于控制。
本发明采用铁盐和钼酸盐作为原料，通过改变水浴温度和水热合成温度调控原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径大小，如随着水浴温度和水热合成温度的升高，得到原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径变大。故本发明通过改变工艺参数能有效地调控原位核壳结构钼酸铁粉体粒径的大小，显著提高催化效果。
本发明克服了单一形貌钼酸铁粉体晶粒大、比表面积小、催化效果低的问题，通过调控前驱粉的粒径，在水热合成过程中为晶粒提供形核点，使钼酸铁产生两次形核生长过程，从而细化钼酸铁的晶粒，增加比表面积，使原位核壳结构钼酸铁粉体能更好地发挥催化效果。
本具体实施方式制备的原位核壳结构钼酸铁粉体的粒径为10～100μm。所制备的原位核壳结构钼酸铁粉体附图所示：图1为实施例1制备的原位核壳结构钼酸铁粉体的XRD图谱；图2为实施例6制备的原位核壳结构钼酸铁粉体的SEM图。从图1可以看出，所制制品中只有单相钼酸铁；从图2可以看出，所制制品的粒径为80～90μm。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、成本低和反应易于控制，所制得的原位核壳结构钼酸铁粉体粒径可控和催化效果好。
Claims (4)
1.一种原位核壳结构钼酸铁粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法是：
步骤一、取两份体积相同的去离子水，按铁盐∶钼酸盐的摩尔比为1∶(1.3～1.8)，将所述铁盐和所述钼酸盐分别溶于所述去离子水中，得到相应的铁盐溶液和钼酸盐溶液；
步骤二、在35～90℃的水浴和搅拌条件下，将所述铁盐溶液均匀加入到所述钼酸盐溶液中，得到混合溶液；
步骤三、将所述混合溶液转入不锈钢反应釜中，在130～210℃条件下保温1～24h，得到含有沉淀物的溶液；
步骤四、用去离子水将所述含有沉淀物的溶液洗涤至中性，于90～110℃条件下干燥20～30h，制得具有原位核壳结构钼酸铁粉体；
所述铁盐为氯化铁、硝酸铁和硫酸铁中的一种以上；
所述钼酸盐为钼酸铵和钼酸钠中的一种以上。
2.根据权利要求1所述原位核壳结构钼酸铁粉体的制备方法，其特征在于所述铁盐的纯度为工业纯以上。
3.根据权利要求1所述原位核壳结构钼酸铁粉体的制备方法，其特征在于所述钼酸盐的纯度为工业纯以上。
4.一种原位核壳结构钼酸铁粉体，其特征在于所述原位核壳结构钼酸铁粉体是根据权利要求1～3项中任一项所述原位核壳结构钼酸铁粉体的制备方法所制备的原位核壳结构钼酸铁粉体；
所述原位核壳结构钼酸铁粉体粒径为10～100μm。
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