RU2620432C1 - Method of producing the magnetite - Google Patents

Method of producing the magnetite Download PDF

Info

Publication number
RU2620432C1
RU2620432C1 RU2016126952A RU2016126952A RU2620432C1 RU 2620432 C1 RU2620432 C1 RU 2620432C1 RU 2016126952 A RU2016126952 A RU 2016126952A RU 2016126952 A RU2016126952 A RU 2016126952A RU 2620432 C1 RU2620432 C1 RU 2620432C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetite
oxidation
temperature
nanoparticles
thermostating
Prior art date
Application number
RU2016126952A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Васильевич Юртов
Айтан Галандар кызы Мурадова
Мария Павловна Зайцева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева"
Priority to RU2016126952A priority Critical patent/RU2620432C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2620432C1 publication Critical patent/RU2620432C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/02Oxides; Hydroxides
    • C01G49/08Ferroso-ferric oxide [Fe3O4]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/51Particles with a specific particle size distribution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/64Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method for obtaining magnetite involves precipitation of iron (II) hydroxide from FeSO4 sulfate and its oxidation by nitrate ions to magnetite Fe3O4 while thermostating. Thermostating is carried out for 0.083-24 hours. Precipitation is carried out at a temperature of 10-22°C, and oxidation at 37-40°C.
EFFECT: invention makes it possible to obtain magnetite nanoparticles with an average size of 42 to 81 nm and a narrow size distribution.
1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способу получения магнетита, и может быть использовано для создания терморегулирующих покрытий.The invention relates to the field of inorganic chemistry, and in particular to a method for producing magnetite, and can be used to create temperature-controlled coatings.

В настоящее время известны различные жидкофазные методы получения наночастиц оксидов железа, обладающие такими преимуществами, как простота исполнения и относительно небольшие энергозатраты при получении. Среди них можно выделить следующие методы: соосаждения, сонохимический, микроэмульсионный, осаждения с последующим термостатированием. Однако в методах соосаждения, сонохимическом и микроэмульсионном, существует ограничение по размерам получаемых наночастиц - не более 40 нм. В связи с этим оптимальным методом получения наночастиц Fe3O4 средним размером до 100 нм является метод осаждения с последующим термостатированием.Currently, various liquid-phase methods for producing nanoparticles of iron oxides are known, which have such advantages as ease of execution and relatively low energy consumption upon receipt. Among them, the following methods can be distinguished: coprecipitation, sonochemical, microemulsion, deposition, followed by temperature control. However, in the coprecipitation methods, sonochemical and microemulsion, there is a limitation on the size of the resulting nanoparticles - not more than 40 nm. In this regard, the optimal method for producing Fe 3 O 4 nanoparticles with an average size of up to 100 nm is the deposition method followed by thermostating.

Известен способ получения закиси-окиси железа путем осаждения соли двухвалентного железа с последующим окислением Fe(OH)2 сульфатом меди (RU 2390497, C01G 49/08, Способ получения магнетита, опуб. 27.05.2010). Данный способ позволяет снизить энергозатраты и продолжительность синтеза. Недостатком известного способа является загрязнение конечного продукта ионами меди.A known method for producing iron oxide-oxide by precipitation of a ferrous salt, followed by oxidation of Fe (OH) 2 with copper sulfate (RU 2390497, C01G 49/08, Method for producing magnetite, publ. 05.27.2010). This method allows to reduce energy consumption and the duration of the synthesis. The disadvantage of this method is the contamination of the final product with copper ions.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения магнетита, включающий осаждение Fe(OH)2 и его последующее окисление NaNO3 (К. Nishio, М. Ikeda, N. Gokon. Preparation of size-controlled (30-100 nm) magnetite nanoparticles for biomedical applications // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 310. 2007. P. 2408-2410). Данный способ позволяет с увеличением температуры термостатирования от 4 до 37°С получать наночастицы размером от 102 до 31 нм соответственно. Недостатком известного способа является большая ширина распределения получаемых наночастиц по размерам.The closest in technical essence and the achieved result is a method of producing magnetite, including the deposition of Fe (OH) 2 and its subsequent oxidation of NaNO 3 (K. Nishio, M. Ikeda, N. Gokon. Preparation of size-controlled (30-100 nm) magnetite nanoparticles for biomedical applications // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 310. 2007. P. 2408-2410). This method allows to increase the temperature of the temperature from 4 to 37 ° C to obtain nanoparticles with a size of from 102 to 31 nm, respectively. The disadvantage of this method is the large width of the distribution of the resulting nanoparticles in size.

Задачей предлагаемого изобретения является получение наночастиц Fe3O4 со средним размером от 42 до 81 нм, узким распределением их по размерам (стандартное отклонение размера - не более 19,1% от среднего размера).The objective of the invention is to obtain Fe 3 O 4 nanoparticles with an average size of 42 to 81 nm, a narrow size distribution (standard size deviation is not more than 19.1% of the average size).

Поставленная задача решается способом получения магнетита, включающим осаждение гидроксида железа (II) из соли железа (II) и окисление его нитрат-ионами до магнетита Fe3O4 при термостатировании. При этом термостатирование проводят 0,083-24 часа, при этом осаждение проводят при температуре 10-22°С, а окисление при 37-40°С. Способ получения магнетита позволяет получать наночастицы магнетита Fe3O4 со средним размером от 42 до 81 нм со стандартным отклонением размера от 12,4 до 19,1%.The problem is solved by a method of producing magnetite, including the precipitation of iron (II) hydroxide from an iron (II) salt and its oxidation with nitrate ions to magnetite Fe 3 O 4 during temperature control. In this case, thermostating is carried out for 0.083-24 hours, while the deposition is carried out at a temperature of 10-22 ° C, and oxidation at 37-40 ° C. The method of producing magnetite allows to obtain magnetite nanoparticles Fe 3 O 4 with an average size of 42 to 81 nm with a standard size deviation of 12.4 to 19.1%.

Возможные суммарные реакции, включающие промежуточные стадии окисления Fe(OH)2 до Fe3O4 под действием NO3-, могут быть записаны следующим образом (1-4):Possible total reactions, including intermediate stages of the oxidation of Fe (OH) 2 to Fe 3 O 4 under the influence of NO 3- , can be written as follows (1-4):

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Общая методика получения наночастиц Fe3O4 выглядит следующим образом.The general procedure for producing Fe 3 O 4 nanoparticles is as follows.

В качестве прекурсора железа использован FeSO4, осадителя - NaOH, а в качестве окислителя - NaNO3. Были приготовлены водные растворы FeSO4 (0.1М) и NaOH (0.02М) (избыточная концентрация [ОН-]=0.009 моль/л). Через полученные растворы предварительно пропускали азот для удаления, растворенного в воде кислорода. К раствору NaOH был добавлен раствор FeSO4, при непрерывном барботировании азотом в течение 5-10 минут (рН ~12,5). Далее проводили окисление осадка Fe(OH)2 при термостатировании. Термостатирование проводят 0,083-24 часа, при этом осаждение проводят при температуре 10-22°С, а окисление при 37-40°С. Полученный нанопорошок Fe3O4 был отделен при помощи постоянного магнита, несколько раз промыт дистиллированной водой, после чего был высушен при комнатной температуре.FeSO 4 was used as an iron precursor, NaOH as a precipitant, and NaNO 3 as an oxidizing agent. Aqueous solutions of FeSO 4 (0.1 M) and NaOH (0.02 M) were prepared (excessive concentration [OH - ] = 0.009 mol / L). Nitrogen was preliminarily passed through the resulting solutions to remove oxygen dissolved in water. A solution of FeSO 4 was added to the NaOH solution, while continuously sparging with nitrogen for 5-10 minutes (pH ~ 12.5). Then, the Fe (OH) 2 precipitate was oxidized during thermostating. Thermostating is carried out for 0.083-24 hours, while the deposition is carried out at a temperature of 10-22 ° C, and oxidation at 37-40 ° C. The obtained Fe 3 O 4 nanopowder was separated using a permanent magnet, washed several times with distilled water, and then dried at room temperature.

Рассматриваемое изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами.The subject invention is illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 1

Были приготовлены водные растворы FeSO4 (0.1М) и NaOH (0.02М) (избыточная концентрация [ОН-]=0.009 моль/л). Через полученные растворы предварительно пропускали азот для удаления, растворенного в воде кислорода. К раствору NaOH был добавлен раствор FeSO4, при непрерывном барботировании азотом в течение 5-10 минут (рН ~12.5). Далее проводили окисление осадка Fe(OH)2 при термостатировании. Полученный нанопорошок Fe3O4 был отделен при помощи постоянного магнита, несколько раз промыт дистиллированной водой, после чего был высушен при комнатной температуре. При температуре осаждения 10°С и температуре окисления 40°С при продолжительности термостатирования 5 минут (0.083 часа) получены наночастицы Fe3O4 размером 42±8 нм. Рентгеноструктурные исследования нанопорошка, полученного данным методом, показали, что образец представляет собой однофазный Fe3O4 со структурным типом шпинели (образец №1).Aqueous solutions of FeSO 4 (0.1 M) and NaOH (0.02 M) were prepared (excessive concentration [OH - ] = 0.009 mol / L). Nitrogen was preliminarily passed through the resulting solutions to remove oxygen dissolved in water. An FeSO 4 solution was added to the NaOH solution, while continuously sparging with nitrogen for 5-10 minutes (pH ~ 12.5). Then, the Fe (OH) 2 precipitate was oxidized during thermostating. The obtained Fe 3 O 4 nanopowder was separated using a permanent magnet, washed several times with distilled water, and then dried at room temperature. At a deposition temperature of 10 ° C and an oxidation temperature of 40 ° C with a thermostating duration of 5 minutes (0.083 hours), Fe 3 O 4 nanoparticles with a size of 42 ± 8 nm were obtained. X-ray diffraction studies of the nanopowder obtained by this method showed that the sample is a single-phase Fe 3 O 4 with a structural type of spinel (sample No. 1).

Пример 2.Example 2

При температуре осаждения 10°С и температуре окисления 40°С при продолжительности термостатирования 30 минут (0,5 часа) получены наночастицы Fe3O4 размером 55±9 нм. Рентгеноструктурные исследования нанопорошка, полученного данным методом, показали, что образец представляет собой однофазный Fe3O4 со структурным типом шпинели (образец №2).At a deposition temperature of 10 ° C and an oxidation temperature of 40 ° C with a thermostating duration of 30 minutes (0.5 hours), Fe 3 O 4 nanoparticles with a size of 55 ± 9 nm were obtained. X-ray diffraction studies of the nanopowder obtained by this method showed that the sample is a single-phase Fe 3 O 4 with a structural type of spinel (sample No. 2).

Пример 3.Example 3

При температуре осаждения 22°С и температуре окисления 37°С при продолжительности термостатирования 24 часа получены наночастицы Fe3O4 размером 70±10 нм. Рентгеноструктурные исследования нанопорошка, полученного данным методом, показали, что образец представляет собой однофазный Fe3O4 со структурным типом шпинели (образец №3).At a deposition temperature of 22 ° C and an oxidation temperature of 37 ° C with an incubation time of 24 hours, Fe 3 O 4 nanoparticles with a size of 70 ± 10 nm were obtained. X-ray diffraction studies of the nanopowder obtained by this method showed that the sample is a single-phase Fe 3 O 4 with a structural type of spinel (sample No. 3).

Пример 4.Example 4

При температуре осаждения 10°С и температуре окисления 40°С при продолжительности термостатирования 24 часа получены наночастицы Fe3O4 размером 81±10 нм. Рентгеноструктурные исследования нанопорошка, полученного данным методом, показали, что образец представляет собой однофазный Fe3O4 со структурным типом шпинели (образец №4).At a deposition temperature of 10 ° C and an oxidation temperature of 40 ° C with an incubation time of 24 hours, Fe 3 O 4 nanoparticles with a size of 81 ± 10 nm were obtained. X-ray diffraction studies of the nanopowder obtained by this method showed that the sample is a single-phase Fe 3 O 4 with a structural type of spinel (sample No. 4).

В таблице 1 представлены расчеты средних размеров наночастиц магнетита и стандартное отклонение размера от среднего.Table 1 presents the calculations of the average size of magnetite nanoparticles and the standard deviation of the size from the average.

Figure 00000005
Figure 00000005

Claims (1)

Способ получения магнетита, включающий осаждение гидроксида железа (II) из FeSO4 и окисление его нитрат-ионами до магнетита Fe3O4 при термостатировании, отличающийся тем, что термостатирование проводят 0,083-24 часа, при этом осаждение проводят при температуре 10-22°С, а окисление при 37-40°С.A method of producing magnetite, including the precipitation of iron (II) hydroxide from FeSO 4 and its oxidation with nitrate ions to magnetite Fe 3 O 4 during thermostating, characterized in that thermostating is carried out for 0.083-24 hours, while the deposition is carried out at a temperature of 10-22 ° C, and oxidation at 37-40 ° C.
RU2016126952A 2016-07-05 2016-07-05 Method of producing the magnetite RU2620432C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126952A RU2620432C1 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Method of producing the magnetite

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126952A RU2620432C1 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Method of producing the magnetite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2620432C1 true RU2620432C1 (en) 2017-05-25

Family

ID=58882455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016126952A RU2620432C1 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Method of producing the magnetite

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620432C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2809872C1 (en) * 2022-12-18 2023-12-19 Елена Васильевна Иканина Method of obtaining iron hydroxide nanoparticles

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU856995A1 (en) * 1979-07-26 1981-08-23 За витель Н. И. Плотников Method of producing magnetite from acid iron-containing solution
SU861322A1 (en) * 1978-11-10 1981-09-07 За витель Н.И.Плотников и А.«).Климов Method of producing magnetic ferric oxide
RU2390497C2 (en) * 2008-06-24 2010-05-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа" (ОАО "НИПИгазпереработка") Method of obtaining magnetite
RU2572418C1 (en) * 2014-10-16 2016-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) Method of producing magnetoactive compound
CN105645477A (en) * 2016-03-21 2016-06-08 黄山学院 Preparation method of ferroferric oxide

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU861322A1 (en) * 1978-11-10 1981-09-07 За витель Н.И.Плотников и А.«).Климов Method of producing magnetic ferric oxide
SU856995A1 (en) * 1979-07-26 1981-08-23 За витель Н. И. Плотников Method of producing magnetite from acid iron-containing solution
RU2390497C2 (en) * 2008-06-24 2010-05-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа" (ОАО "НИПИгазпереработка") Method of obtaining magnetite
RU2572418C1 (en) * 2014-10-16 2016-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) Method of producing magnetoactive compound
CN105645477A (en) * 2016-03-21 2016-06-08 黄山学院 Preparation method of ferroferric oxide

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NISHIO K. et al., Preparation of size-controlled (30-100 nm) magnetite nanoparticles for biomedical applications, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2007, v. 310, pp. 2408-2410. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2809872C1 (en) * 2022-12-18 2023-12-19 Елена Васильевна Иканина Method of obtaining iron hydroxide nanoparticles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fatima et al. Shape-controlled synthesis of magnetic Fe 3 O 4 nanoparticles with different iron precursors and capping agents
Suppiah et al. One step facile synthesis of ferromagnetic magnetite nanoparticles
Gingasu et al. Synthesis of nanocrystalline cobalt ferrite through soft chemistry methods: a green chemistry approach using sesame seed extract
Patzke et al. Oxide nanomaterials: synthetic developments, mechanistic studies, and technological innovations
Tajabadi et al. Effect of alkaline media concentration and modification of temperature on magnetite synthesis method using FeSO4/NH4OH
El-Sayed et al. Influence of the magnetic dead layer thickness of Mg-Zn ferrites nanoparticle on their magnetic properties
Pérez-Mirabet et al. One-pot synthesis of stable colloidal solutions of MFe2O4 nanoparticles using oleylamine as solvent and stabilizer
Roy et al. Soft template induced phase selective synthesis of Fe 2 O 3 nanomagnets: one step towards peroxidase-mimic activity allowing colorimetric sensing of thioglycolic acid
Serga et al. Impact of gadolinium on the structure and magnetic properties of nanocrystalline powders of iron oxides produced by the extraction-pyrolytic method
Liu et al. Catalytic synthesis of nanosized hematite particles in solution
Sinha et al. Low temperature hydrothermal synthesis and characterization of iron oxide powders of diverse morphologies from spent pickle liquor
Taniguchi et al. Hydrothermal growth of fatty acid stabilized iron oxide nanocrystals
Rezazadeh et al. Synthesis and characterization of magnetic nanoparticles from raffinate of industrial copper solvent extraction plants
Chernova et al. A comprehensive study of synthesis and analysis of anisotropic iron oxide and oxyhydroxide nanoparticles
RU2620432C1 (en) Method of producing the magnetite
Mosivand et al. Structural and magnetic characterization of electro-crystallized magnetite nanoparticles under constant current
CN108455682B (en) Water-based Fe3O4Preparation method of nano powder
Tejabhiram et al. Ferrous sulfate based low temperature synthesis and magnetic properties of nickel ferrite nanostructures
Frolova et al. Ultrasound ferritization
Košak et al. In situ synthesis of magnetic MnZn-ferrite nanoparticles using reverse microemulsions
Frolova The mechanism of nickel ferrite formation by glow discharge effect
Atacan et al. Preparation and antibacterial activity of solvothermal synthesized ZnFe2O4/Ag-TiO2 nanocomposite
Zhao et al. Preparation and characterization of magnetite nanoparticles
Okada et al. Synthesis of submicron plate-like hematite without organic additives and reduction to plate-like α-Fe
Nemati et al. Hydrothermal Synthesis and Size Control of Fe3O4 Nanoparticles in the Presence of 2, 2’, 2”, 2”′-(ethane-1, 2-diylbis (azanetriyl)) tetraacetohydrazide

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180607

Effective date: 20180607

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200706

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20211217