CN113247959A - 以机头灰为原料制备功能性铁氧化物纳米颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以烧结机机头除尘灰(机头灰)为原料，通过调节Fe3+在乙二醇溶剂中的浓度，制备功能性四氧化三铁纳米颗粒、三氧化二铁纳米颗粒以及四氧化三铁掺杂三氧化二铁纳米颗粒的方法。其方法包括步骤：S1：取机头灰加入超纯水洗涤，超声、离心后收集水洗渣，水洗渣用一定浓度的无机酸在一定温度下浸泡一段时间，离心分离收集含Fe3+上清液；S2:利用氢氧化钠调节上述含Fe3+上清液的pH值，加入无水醋酸钠和乙二醇，搅拌后转移到反应釜中密封，将反应釜置于鼓风干燥箱中加热反应则可获得铁氧化物纳米颗粒。本发明方法获得的铁氧化物纳米颗粒直径为50～100nm，具有优秀的降解性能和气敏性能，为进一步开发机头灰高效综合利用提供新的思路。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域，涉及一种以机头灰为原料制备功能性铁氧化物纳米颗粒的方法，尤其涉及以机头灰为原料制备四氧化三铁纳米颗粒、三氧化二铁纳米颗粒以及四氧化三铁掺杂三氧化二铁纳米颗粒的方法。
背景技术
我国现阶段正处于工业化发展的中后期阶段，对于钢铁的需求量巨大。所以钢铁工业成为我国工业化高速发展的一个重要支柱产业。但是它同时也伴随着高能耗和高污染。其中烧结这一过程中产生的烧结机头除尘灰是钢铁工业的主要污染源之一，其是在铁矿石烧结的过程中，利用烧结机头烟气除尘装置所收集的粉尘。根据相关统计，烧结机头除尘灰的量约占烧结矿产量的2％-4％，全国每年由此产生的机头尘灰高达1500万吨左右。
机头灰中主要元素是Fe、K、Na等碱金属元素以及Pb等重金属元素，某钢铁厂机头灰化学成分如下表1。由表1可以看出机头灰中除了Fe元素外，K、Na、Cl等碱金属元素较多。一些钢铁厂直接将机头灰返回烧结，会造成蓖条堵塞或风箱结块，使烧结矿产量降低强度下降。部分钢铁厂直接将机头灰堆积填埋处理，造成了严重的资源浪费并留下环境危害的隐患。因此烧结机头除尘灰的处理和综合利用具有重要的环境和经济意义。
表1机头灰化学成分(％)
机头灰由于成分受烧结原燃料影响大，具有粒度细、疏水性强、碱金属含量高等特点，目前采用的利用方式主要有直接参与烧结、制粒后参与烧结，制备颗粒团、肥料等方式。但是后续高附加值产品开发不足。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了提高机头灰的利用率，开发高附加值产品，本发明提供一种以机头灰为原料制备功能性铁氧化物纳米颗粒的方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
S1:取机头灰按照固液比为1：(8-20)加入超纯水洗涤，超声、离心后收集水洗渣，水洗渣按照固液比为1：(5-10)，用氢离子的浓度为3～9mol/L的无机酸在40～95℃温度下浸泡60～120min，离心分离收集含Fe3+上清液；
S2:利用氢氧化钠调节上述含Fe3+上清液的pH值，加入无水醋酸钠和乙二醇，搅拌后将混合溶液转移到反应釜中密封，并置于鼓风干燥箱中恒温下反应可获得铁氧化物纳米颗粒。
在一个优选的实施方案中，S1中，所用无机酸为盐酸、硫酸及硝酸中的任意一种。
在一个优选的实施方案中，S2中，利用氢氧化钠调节含Fe3+溶液的pH值范围为1.0～1.8；将含Fe3+溶液与无水醋酸钠分别溶于乙二醇中并充分混合均匀。Fe3+在乙二醇中的浓度为0.003～0.02mol/L，醋酸钠乙二醇溶液的浓度为0.02～0.10mol/L。
在一个优选的实施方案中，S2中，Fe3+在乙二醇中的浓度为0.003～0.006mol/L，可得到Fe3O4纳米颗粒。
在一个优选的实施方案中，S2中，Fe3+在乙二醇中的浓度为0.006～0.009mol/L，可得到Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒。
在一个优选的实施方案中，S2中，Fe3+在乙二醇中的浓度为0.009～0.02mol/L，可得到Fe2O3纳米颗粒，甚至当Fe3+的浓度大于0.02mol/L时，不用乙二醇作溶剂，改换为水溶液也是可以得到Fe2O3纳米颗粒。
在一个优选的实施方案中，S2中，含Fe3+的乙二醇溶液与醋酸钠乙二醇溶液体积比为1：(1-5)。
在一个优选的实施方案中，其特征在于，S2中，充分搅拌混合后将搅拌溶液移入高压反应釜中在150℃～200℃温度下进行水热反应12～24h。
在一个优选的实施方案中，其特征在于，S2中，将沉淀离心分离，转速为3000～4000rpm、分离时间10～15min；除去上清液，收集沉淀。将沉淀置于干燥箱中在50～60℃温度下干燥10～24h。
按照本发明的方法，可获得尺寸均匀的铁氧化物纳米颗粒，直径约为50～100nm。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种以机头灰为原料制备功能性铁氧化物纳米颗粒的方法。该方法有如下特点：1.本发明有效解决了现有技术对烧结机头灰处理困难的情况，本发明工艺步骤简单，对于铁元素的回收率高，实现了资源的再生，变废为宝；2.该方法可得到纯度高、颗粒均匀、结晶良好、晶型可控、分散性好的铁氧化物纳米颗粒，具有较高的功能性应用及附加值；3.机头灰水洗后上清液可作为生产氯化钾的原料，有效节约生产工业用氯化钾产品的成本；4.工艺简单易操作，生产成本低，过程污染小，产品产率及纯度高，重复性好，适合大规模生产。
附图说明
图1为本专利制备铁氧化物纳米颗粒的流程图；
图2为本专利实施例1中机头灰的XRD图谱；
图3为实施例1中水洗上清液蒸干粉末的XRD图谱；
图4为实施例1中水洗渣的XRD图谱；
图5为实施例1中合成的Fe3O4纳米颗粒的XRD图谱；
图6为实施例2中合成的Fe2O3纳米颗粒的XRD图谱；
图7为本专利实施例3合成的Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒的XRD图谱以及半定量分析图；
图8为本专利实施例4合成的Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒的XRD图谱以及半定量分析图；
图9为本专利实施例1合成的Fe3O4纳米颗粒的SEM照片；
图10为本专利实施例2合成的Fe2O3纳米颗粒的SEM照片
图11为本专利实施例5中合成的Fe3O4纳米颗粒的SEM照片；
图12为本专利合成的Fe3O4纳米颗粒和商用Fe3O4的紫外可见光谱吸收图。
图13为本专利合成的Fe3O4纳米颗粒在模拟太阳光下降解30ppm亚甲基蓝的紫外可见光谱；
图14为商用Fe3O4在模拟太阳光下降解30ppm亚甲基蓝的紫外可见光谱；
图15为本专利合成的Fe3O4纳米颗粒、商用Fe3O4的光催化拟合动力学常数对比图；
图16为本专利合成Fe2O3纳米颗粒、Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒、商用Fe2O3、机头灰、水洗机头灰对100ppm丙酮气体在不同温度下气敏性能测试图。
具体实施方案
本专利用某钢厂机头灰为原料，经过一系列处理得到具有功能性高附加值的四氧化三铁磁性纳米颗粒和三氧化二铁纳米颗粒，这些铁氧化物纳米颗粒具有纯度高、比表面积大的显著特征，且不同的铁氧化物具有不同的特性。磁性Fe3O4纳米颗粒具有表面效应和超顺磁性，表面修饰可以使其拥有特定功能，在室温下通过外加磁场可实现磁选分离，因此其本身作为功能材料或功能材料的载体在生物医药、污水处理和催化等功能性领域具有良好的应用前景；Fe2O3纳米颗粒其电学性质非常敏感，当外界环境温度、光、湿度等因素改变时，会迅速引起界面离子电子输运的变化，利用其电阻的显著变化，可作成传感器，其特点是响应速度快、灵敏度高、稳定性好，在气体检测等领域具有良好的应用前景，这些都弥补了当前机头灰综合利用不足的问题。
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方案，对本发明作详细描述。
本实施方案提出一种以机头灰为原料制备功能性铁氧化物纳米颗粒的方法，该纳米材料的制备方法包括以下步骤：
S1:取机头灰加入超纯水洗涤，超声、离心后收集水洗渣，水洗渣用无机酸在恒温条件下浸泡，离心分离收集含Fe3+上清液；
S2:利用氢氧化钠调节上述含Fe3+上清液的pH值，加入无水醋酸钠和乙二醇，搅拌后转移到反应釜中密封，将反应釜置于鼓风干燥箱中加热反应获得铁氧化物纳米颗粒。
具体地，S1包括如下步骤：
S1.1：将机头灰溶于超纯水中配制成溶液后充分混合均匀，超声后离心收集沉淀，得到水洗渣。
S1.2：向水洗渣中加入无机酸，在加热条件下充分搅拌均匀，离心分离收集上清液，得到含铁离子溶液。
S1.3：用NaOH溶液调节含铁离子溶液的pH值，然后收集备用。
在步骤S1.1中机头灰与超纯水的固液比例为1：(8-20)，例如，固液比例为1：8、1：10、1：20中的任一个。
在步骤S1.2中无机酸选用盐酸、硫酸以及硝酸中的任一种；无机酸中氢离子的浓度3～9mol/L，例如加入的盐酸浓度为3mol/L、4.5mol/L、6mol/L、9mol/L等；水洗渣与无机酸的固液比例为1:(5-10)，例如，水洗渣与无机酸的固液比例可为1：5、1：6、1：8中的任一个；无机酸浸泡温度为40～95℃，可优选为40℃、60℃、90℃中任一个；浸泡时间为60～120min，可优选为60min、90min、120min中任一个。
在步骤S1.3中用NaOH溶液调节含铁离子溶液的pH值为1.0～1.8，可优选为1.0、1.3、1.5、1.8中任一个。
步骤S2包括以下步骤：
S2.1：将上述S1中含铁离子溶液和无水醋酸钠分别溶于乙二醇中配制成溶液后充分混合均匀，得到混合溶液。
S2.2：将混合溶液移入反应釜中进行水热反应。
S2.3：收集水热反应产物，洗涤干燥。
在步骤S2.1中无水醋酸钠在乙二醇溶剂中的浓度为0.02～0.10mol/L，例如醋酸钠乙二醇溶液浓度可为0.02mol/L、0.08mol/L、0.10mol/L等；Fe3+在乙二醇溶剂中的浓度为0.003～0.006mol/L，例如Fe3+含量为0.003mol/L、0.004mol/L、0.006mol/L等，可得到Fe3O4纳米颗粒；Fe3+在乙二醇溶剂中的浓度为0.006～0.009mol/L，例如Fe3+含量为0.007mol/L、0.008mol/L、0.009mol/L等，可得到Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒；Fe3+在乙二醇溶剂中的浓度为0.009～0.02mol/L，例如Fe3+含量为0.01mol/L、0.015mol/L、0.02mol/L等，可得到Fe2O3纳米颗粒；含Fe3+的乙二醇溶液与醋酸钠乙二醇溶液体积比为1：(1-5)，可优选为1：1、1：3、1：5中任一个。
在步骤S2.2中，水热反应温度为160～200℃，可优选为160℃、180℃、200℃中任一个。水热时间为12～24h，可优选为12h、18h、20h、24h中任一个。
在步骤S2.3中，离心机中转速为3000～4000rpm，可优选为3000rpm、3500rpm、4000rpm中任一个；离心时间为10～15min，可优选为10min、12min、15min中任一个；干燥温度为50～60℃，可优选为50℃、60℃中任一个；干燥时间为10～24h，可优选为10h、16h、18h、24h中任一个。
本发明首先通过水洗机头灰将其中碱金属去除，然后水洗渣经过盐酸浸泡将铁元素富集到溶液中，通过调节反应体系中的无水醋酸钠，溶剂乙二醇的含量控制铁氧化物纳米颗粒的产生。本发明的方法工艺简单易操作，生产成本低，过程污染小，产品产率及纯度高，重复性好，适合大规模生产。
通过以下实施例进一步说明本发明。
实施例1
称取5g机头灰，加入超纯水洗涤，机头灰与超纯水的固液比为1：8，充分搅拌超声30min，然后通过4000rpm离心分离收集水洗渣沉淀，水洗上清液蒸干收集粉末。按照固液比1：5向水洗渣沉淀中加入4.5mol/L的盐酸，在90℃温度下搅拌90min，然后通过4000rpm离心分离收集上清液，记为溶液A。用NaOH溶液调节溶液A的pH值为1.3，加乙二醇使溶液A中铁离子浓度为0.0058mol/L，取一定量的无水醋酸钠溶于乙二醇中配置成浓度为0.0294mol/L的溶液，按照体积比1：1把溶液A和醋酸钠乙二醇溶液混合，在室温下搅拌30min直至均匀，形成混合溶液B。将混合溶液B移入反应釜进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为24h。将水热反应得到的沉淀在4000rpm的转速下离心15min，并在60℃温度下干燥12h得到Fe3O4纳米颗粒。
图2为实施例1中机头灰的XRD图谱，从图中可以看出机头灰中主要成分为Fe2O3，杂质有SiO2、KCl、Al2O3等；图3为实施例1中水洗上清液蒸干粉末的XRD图谱，该粉末为氯化钾和氯化钠晶体，可以看出水洗机头灰可以除去其中KCl等碱性氯化物杂质。图4为实施例1中水洗渣的XRD图谱，可以看出机头灰经过水洗主要留下Fe2O3、SiO2两种物质。图5为实施例1中合成的Fe3O4纳米颗粒的XRD图谱，从图中可以看出没有杂峰，说明产物比较纯净；图9为实施例1中合成Fe3O4纳米颗粒的SEM照片，从图中可以看出四氧化三铁纳米颗粒尺寸均匀，为50nm左右，分散度良好且表面光滑。
在实施例1中，溶液中的醋酸根与Fe3+反应生成前驱体醋酸铁，乙二醇作为溶剂和还原剂，在高压反应釜的高温高压条件下，将Fe3+还原生成Fe3O4纳米颗粒；乙二醇作为溶剂，为生成各向同性且尺寸均匀的球形颗粒提供了有利条件。
实施例2
称10g机头灰，加入超纯水洗涤，机头灰与超纯水的固液比为1：8，充分搅拌超声30min，然后通过4000rpm离心分离收集水洗渣沉淀，水洗上清液蒸干收集粉末。按照固液比1：5向水洗渣沉淀中加入3mol/L的盐酸，在85℃温度下搅拌90min，然后通过4000rpm离心分离收集上清液，记为溶液A。用NaOH溶液调节溶液A的pH值为1.3，加乙二醇使溶液A中铁离子浓度为0.0143mol/L，取一定量的无水醋酸钠溶于乙二醇中配置成浓度为0.0714mol/L的溶液，按照体积比1：2把溶液A和醋酸钠乙二醇溶液混合，在室温下搅拌30min直至均匀，形成混合溶液B。将混合溶液B移入高压反应釜进行水热反应，水热温度为160℃，水热时间为15h。将水热反应得到的沉淀在4000rpm的转速下离心15min，并在60℃温度下干燥12h得到Fe2O3纳米颗粒。
图6为实施例2中合成的Fe2O3纳米颗粒的XRD图谱，从图中可以看出没有杂峰，说明产物比较纯净；图10为实施例2中合成Fe2O3纳米颗粒的SEM照片，从图中可以看出三氧化二铁纳米颗粒尺寸均匀，为100nm左右，分散度良好且表面光滑。
在实施例2中，溶液中的醋酸根与Fe3+反应生成前驱体醋酸铁，乙二醇作为溶剂，在反应釜的高温高压条件下，生成Fe2O3纳米颗粒；乙二醇作为溶剂，为生成各向同性且尺寸均匀的球形颗粒提供了有利条件。
实施例3
称5g机头灰，加入超纯水洗涤，机头灰与超纯水的固液比为1：6，充分搅拌超声30min，然后通过4000rpm离心分离收集水洗渣沉淀。按照固液比1：10向水洗渣沉淀中加入4.5mol/L的硫酸，在40℃温度下搅拌120min，然后通过4000rpm离心分离收集上清液，记为溶液A。用NaOH溶液调节溶液A的pH值为1.8，加乙二醇使溶液A中铁离子浓度为0.0083mol/L，取一定量的无水醋酸钠溶于乙二醇中配置成浓度为0.0416mol/L的溶液，按照体积比1：3把溶液A和醋酸钠乙二醇溶液混合，在室温下搅拌30min直至均匀，形成混合溶液B。将混合溶液B移入反应釜进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为24h。将水热反应得到的沉淀在4000rpm的转速下离心15min，并在60℃温度下干燥12h得到Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒。
图7为实施例3中合成的Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒的XRD图谱以及半定量分析，从图中可以看出所制备的为三氧化二铁和四氧化三铁的混合物，而且没有其他杂峰，说明产物比较纯净；由半定量分析可得四氧化三铁占总量的83％，三氧化二铁占17％。
在实施例3中，Fe3+在溶剂乙二醇中浓度较小，乙二醇作为还原剂，将部分Fe3+还原生成Fe3O4纳米颗粒，而另一部分Fe3+未还原，生成Fe2O3纳米颗粒。
实施例4
称取1g的机头灰，加入超纯水洗涤，机头灰与超纯水的固液比为1：10，充分搅拌超声30min，然后通过4000rpm离心分离收集水洗渣沉淀。按照固液比1：8向水洗渣沉淀中加入6mol/L的硝酸，在60℃温度下搅拌60min，然后通过4000rpm离心分离收集上清液，记为溶液A。用NaOH溶液调节溶液A的pH值为1.0，加乙二醇使溶液A中铁离子浓度为0.009mol/L，取一定量的无水醋酸钠溶于乙二醇中配置成浓度为0.05mol/L的溶液，按照体积比1：3把溶液A和醋酸钠乙二醇溶液混合，在室温下搅拌30min直至均匀，形成混合溶液B。将混合溶液B移入高压反应釜进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为24h。将水热反应得到的沉淀在3000rpm的转速下离心10min，并在50℃温度下干燥24h得到Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒。
图8为实施例4中合成的Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒的XRD图谱以及半定量分析，从图中可以看出所制备的为三氧化二铁和四氧化三铁的混合物，而且没有其他杂峰，说明产物比较纯净；由半定量分析可得四氧化三铁占总量的42％，三氧化二铁占58％。
调节Fe3+在溶剂乙二醇中浓度能控制生成氧化铁纳米颗粒中Fe3O4和Fe2O3的比例，随着Fe3+浓度的增大，Fe2O3占的比例逐渐增大。
实施例5
称取2g的机头灰，加入超纯水洗涤，机头灰与超纯水的固液比为1：10，充分搅拌超声30min，然后通过4000rpm离心分离收集水洗渣沉淀。按照固液比1：10向水洗渣沉淀中加入4.5mol/L的硫酸，在40℃温度下搅拌120min，然后通过4000rpm离心分离收集上清液，记为溶液A。用NaOH溶液调节溶液A的pH值为1.8，加乙二醇使溶液A中铁离子浓度为0.006mol/L，取一定量的无水醋酸钠溶于乙二醇中配置成浓度为0.06mol/L的溶液，按照体积比1：3把溶液A和醋酸钠乙二醇溶液混合，在室温下搅拌30min直至均匀，形成混合溶液B。将混合溶液B移入高压反应釜进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为24h。将水热反应得到的沉淀在4000rpm的转速下离心15min，并在60℃温度下干燥12h得到Fe3O4纳米颗粒。
图11为实施例5中制得的Fe3O4纳米颗粒的SEM照片，从照片上可以看出纳米颗粒的尺寸与实施例1中相比没有明显变化为50nm左右，而仅仅变粗糙，这是由于用NaOH溶液调节溶液A的pH为1.8，使得部分铁离子沉淀在生成颗粒表面。
应用例1
在模拟太阳光照射下，使用30ppm的亚甲基蓝(MB)溶液作为指示剂，利用紫外可见分光光度计检测本专利制备的Fe3O4纳米颗粒的光催化性能，在不同时间下取样，检测样品的吸光度。作为对比，使用商用Fe3O4在模拟太阳光照射下进行光催化降解30ppm MB测试。根据朗伯-比尔定律，在同一波长下，有机染料吸收峰的强度与其浓度成正比。图12是实施例1制得的Fe3O4纳米颗粒和商用Fe3O4的紫外-可见吸收光谱图，从图中可以看出Fe3O4纳米颗粒在全光谱范围内对太阳光均有响应，并且本专利制备的Fe3O4纳米颗粒比商用Fe3O4在紫外可见光谱范围内有更强的吸收，说明本专利制备的Fe3O4纳米颗粒光催化性能应该优于商用Fe3O4。
Fe3O4纳米颗粒在模拟太阳光照射下降解亚甲基蓝溶液的吸收图谱如图13所示。由图中可见，亚甲基蓝在可见区域(600nm到700nm)的吸收峰随着时间降低，结果表明4.75h模拟太阳光照射下光催化过程中总降解率为89.04％。降解率的定义为：(初始浓度C0-某时刻浓度Ci)/C0×100％。作为对比的商用Fe3O4在模拟太阳光照射下降解亚甲基蓝溶液的吸收图谱如图14所示。结果表明4.75h模拟太阳光照射下光催化过程中总降解率为18.09％。两种光催化剂的动力学拟合图如图15所示。图中线性拟合曲线的斜率反应吸附效率(吸附动力学常数)，即斜率越大，光催化性能越好。由图中可以看出Fe3O4纳米颗粒的斜率(0.00566cm-1)大于商用Fe3O4的斜率(0.00154cm-1)，说明制备的Fe3O4纳米颗粒比商用Fe3O4对MB的光催化降解性能好。另外，处于纳米尺度的Fe3O4颗粒比商用Fe3O4颗粒具有更大的比表面积，为亚甲基蓝的降解提供了更多的反应位点，从而提高了降解效率。
应用例2
采用河南炜盛公司生产的WS-30A气敏元件测试系统检测本专利制备的Fe2O3纳米颗粒和Fe3O4/Fe2O3纳米颗粒对100ppm丙酮气体在不同温度下的气敏性能。作为对比，使用机头灰、水洗机头灰、商用Fe2O3纳米颗粒进行气敏性能测试。Fe2O3纳米颗粒是n型半导体，当半导体材料暴露在空气中时，空气中的氧分子吸附在材料表面成为吸附氧，当加热时，吸附氧从Fe2O3导带中捕获自由电子成为O-、O2-等活性基团，这导致材料中载流子浓度变小，电子耗尽层结构电子传输的屏障增加，传感器电阻增大，当还原性气体接触Fe2O3纳米颗粒表面时，会与吸附氧反应，会释放出氧负离子所束缚的电子，从而使传感器电阻降低。通过电阻的变化可以得到Fe2O3纳米颗粒气体传感器最佳工作温度、灵敏度、选择性等数据。
各材料制备的气敏元件的最佳工作温度如图16所示。由图中可见，本专利制备氧化铁纳米颗粒的最佳工作温度为300℃，Fe3O4/Fe2O3的最高响应值(Response＝Rair/Rgas，Rair代表气敏元件在空气中的阻值，Rgas代表气敏元件在测试气体中的阻值)达到了5.74，Fe2O3峰值达到了3.8，远高于商用Fe2O3纳米颗粒，而机头灰和水洗机头灰则没有气敏性能。说明制备的氧化铁纳米颗粒比商用Fe2O3纳米颗粒气敏性能好。Fe3O4/Fe2O3气敏性优于其他材料，原因是低价态的铁离子存在形成多余的氧空位，有助于表面氧分子离子化，从而增强气敏性能。本专利制备的氧化铁纳米颗粒气敏性能比商用Fe2O3大的原因是因为制备的氧化铁属于纳米尺度，具有更大的比表面积，有利于气体向材料表面吸附及扩散，从而使其对目标气体表现出高的响应度。
以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种以机头灰为原料制备功能性铁氧化物纳米颗粒的方法。其特征在于，包括步骤：
S1:取机头灰按照固液比为1：(8-20)加入超纯水洗涤，超声、离心后收集水洗渣，水洗渣按照固液比为1：(5-10)，用氢离子的浓度为3～9mol/L的盐酸、硫酸和硝酸等无机酸在40～95℃温度下浸泡60～120min，离心分离收集含Fe3+上清液；
S2:利用氢氧化钠调节上述含Fe3+上清液的pH值，加入无水醋酸钠和乙二醇，搅拌后将混合溶液转移到反应釜中密封，并置于鼓风干燥箱中恒温下反应获得铁氧化物纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，所用无机酸为盐酸、硫酸及硝酸中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，用氢氧化钠调节pH值的范围为1.0～1.8。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，将含Fe3+上清液与无水醋酸钠分别溶于乙二醇中并充分混合均匀，分别记为溶液A和B；溶液A为Fe3+的乙二醇溶液，浓度为0.003～0.02mol/L，溶液B为醋酸钠乙二醇溶液，浓度为0.02～0.10mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，Fe3+的乙二醇溶液与醋酸钠乙二醇溶液体积比为1：(1-5)；将上述混合溶液移入反应釜中在150℃～200℃温度下进行水热反应12～24h；反应结束后，将沉淀离心分离，转速为3000～4000rpm、分离时间10～15min；除去上清液，收集沉淀；将沉淀置于干燥箱中在50～60℃温度下干燥10～24h，得到铁氧化物纳米颗粒。
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