[發明專利]尖晶石結構鐵酸鎂納米粒子的合成方法

無效

• 申請號: 200710057615.8
• 申請日: 2007-06-13
• 公開（公告）號: CN101070192A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 王興堯;韓珺圓;楊桂琴
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;C01F5/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于磁性材料和半導體氣敏材料的制備領域，特別涉及一種尖晶石結構鐵酸鎂納米粒子的合成方法。

背景技術

分子組成為MFe₂O₄(M＝Mn，Fe，Co，Ni，Zn，Cd，Mg，Ba等)的尖晶石納米復合金屬氧化物是一類重要的磁性材料，具有價格低廉、良好的磁性能和吸波性能等優點，其磁學性能早已受到人們的普遍關注。在MgFe₂O₄中Mg不具有磁矩，磁偶極完全由具有磁矩的Fe產生且相對較弱，所以在MgFe₂O₄中磁各向異性將比其它帶有磁矩的金屬陽離子尖晶石鐵酸鹽低，近年來，MgFe₂O₄又被發現具有良好的氣敏性能，是一種新型n型半導體氣敏材料。目前，制備納米MgFe₂O₄的方法主要有草酸鹽共沉淀法、反滴定化學共沉淀法、固相反應法、微乳液沉淀法、溶膠-凝膠法、超聲波化學合成法和水熱合成法等。這些方法存在如下缺陷：(1)高溫煅燒和球磨過程；(2)草酸鹽、碳酸鹽等的消耗會對環境造成污染。

發明內容

本發明目的是通過使用價廉易得的有機原料將鐵和鎂離子變成金屬有機化合物，使沉淀的過程變的“溫和”，容易將氧化物沉淀粒子的大小控制在超微米范圍內，省去了高溫煅燒和球磨，克服了直接水解法難以控制氧化物粒度的弊病；同時有機原料又能循環使用，即能保證產品純度，又減少了化工產品的消耗和廢水的排放。

本發明的技術方案如下：

(1)負載金屬有機相的制備：

通過有機萃取劑來萃取水相中的三價鐵離子和二價鎂離子，制得負載三價鐵的有機相前驅物及負載二價鎂的有機相前驅物；萃取反應如下：

用二次蒸餾水洗滌2-3次，獲得純凈的負載金屬有機相前驅物；

(2)水熱反萃：

按照Mg²⁺和Fe³⁺摩爾比1∶2將負載金屬鐵和鎂的有機相混合均勻后引入高壓釜中，按照有機相與水相的比例為3∶1或4∶1加入蒸餾水，密封后，對溶液進行強力攪拌，水熱反萃的溫度在200-300℃之間反應2.5小時；

(3)產品處理：

將反應體系自然冷卻至室溫，分液，離心分離，所得產品用無水乙醇洗滌2-3次，在50℃條件下干燥30-180分鐘，得鐵酸鎂產品。

上述步驟(1)中所述三價鐵離子來源于硫酸鐵，上述二價鎂離子來源于硫酸鎂。

上述步驟(1)中所述三價鐵離子來源于氯化鐵，上述二價鎂離子來源于氯化鎂。

上述步驟(1)中所述有機萃取劑為環烷酸。

上述步驟(1)中負載三價鐵的有機相前驅物的制備方法具體如下：在磁力攪拌下，向環烷酸中加入適量體積比為1∶1的氨水進行皂化，控制溶液的pH＝3，之后加入濃度為0.2mol/L的Fe³⁺溶液，磁力攪拌0.5小時后分出有機相。

上述步驟(1)中負載二價鎂的有機相前驅物的制備方法具體如下：在磁力攪拌下，向環烷酸中加入適量體積比為1∶1的氨水進行皂化，控制溶液的pH＝10，之后加入濃度為0.2mol/L的Mg²⁺溶液，磁力攪拌0.5小時后分出有機相。

摻雜鑭的鐵酸鎂納米粉的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)負載金屬有機相的制備：

在磁力攪拌下，向環烷酸中加入適量體積比為1∶1的氨水進行皂化，控制溶液的pH＝3，之后加入濃度為0.2mol/L的Fe³⁺溶液，磁力攪拌0.5小時后分出載鐵有機相；

在磁力攪拌下，向環烷酸中加入適量體積比為1∶1的氨水進行皂化，控制溶液的pH＝10，之后加入濃度為0.2mol/L的Mg²⁺溶液，磁力攪拌0.5小時后分出載鎂有機相；

在磁力攪拌下，向環烷酸中加入適量體積比為1∶1的氨水進行皂化，控制溶液的pH＝5，之后加入濃度為0.2mol/L的La³⁺溶液，磁力攪拌0.5小時后分出載鑭有機相；

(2)水熱反萃：

按照Mg²⁺、Fe³⁺和La³⁺摩爾比1∶1.98∶0.02將負載金屬鐵、鎂和鑭的有機相混合均勻后引入高壓釜中，按照有機相與水相的比例為4∶1加入蒸餾水，密封后，對溶液進行強力攪拌，水熱反萃的溫度在220℃反應2.5小時；有關反應如下：