[發明專利]一種多面體納米四氧化三鐵及其制備方法

有效

• 申請號: 201310754042.X
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103771535A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 李浩;廖錦云;張喜斌
• 申請（專利權）人: 惠州學院
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭

技術領域

本發明涉及納米四氧化三鐵制備技術領域，尤其涉及一種具有特殊晶形的納米四氧化三鐵及其制備方法。

背景技術

納米四氧化三鐵是一種常用的磁性材料，由于具有特殊的磁性，使其廣泛應用于生物醫藥、磁性液體、催化劑載體、微波吸波材料、磁記錄材料、磁性密封及磁保健等。目前，制備納米四氧化三鐵的常用方法包括：沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱反應法、熱分解法等。

沉淀法是在包含兩種或兩種以上金屬離子的可溶性鹽溶液中?,?加入適當的沉淀劑?,?使金屬離子均勻沉淀或結晶出來?,?再將沉淀物脫水或熱分解而制得納米微粉。沉淀法的缺點：對反應條件控制極嚴，否則得到的四氧化三鐵純度不高。比如，在合成過程必須在無氧的氛圍中進行，否者生成的氫氧化亞鐵極易轉化為氫氧化鐵，從而得不到四氧化三鐵；此外，二價鐵鹽和三價鐵鹽的比例很難控制為1:2，致使出現產物不純、團聚、氧化等現象，使磁學性能降低。

溶膠-凝膠法是將F²⁺和F³⁺溶液按摩爾比1:2混合后，加入一定量有機酸，調節適當的pH值，緩慢蒸發形成凝膠，經熱處理除去有機殘余物，然后高溫處理獲得產物。溶膠-凝膠法的缺點：制備條件不易控制，所用原料多數是有機化合物，成本高且有些對人體有害，處理時間長，凝膠顆粒間燒結性不好，干燥時收縮大。

熱分解法是將有機鐵合物等溶解在某溶劑中，借助回流裝置、高壓釜等使反應溫度控制在該溶劑的沸點左右，使反應物發生分解、沉淀等反應得到產物。熱分解法的缺點：由于反應介質一般為油相，其產物的水溶性及生物相容性較差，此外，熱分解法原料及工藝成本較高，大規模推廣有一定難度。

以上三種方法不僅缺點明顯，而且得到的納米四氧化三鐵均為球形，想得到具有特殊形貌的四氧化三鐵（如納米片、納米花、納米立方塊）比較困難。

水熱還原反應是指在密封的壓力容器中，以水或其它溶劑作為分散介質，在高溫高壓的條件下進行的還原反應。水熱還原反應優點是工藝較為簡單，成本低廉，并且可以獲得特殊形貌的四氧化三鐵（如納米片、納米花、納米立方塊），但由于目前方法一般采用還原能力較弱的還原劑，具有明顯缺陷：其一，反應時間較長，通常需要20小時以上；其二，反應溫度較高，一般在180℃以上。以上兩種因素大大降低了生產效率，因此，如何選擇一種良好的還原劑來縮短反應時間和反應溫度變的尤為迫切。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足之處而提供一種采用水合肼作為還原劑進行水熱還原反應來制備多面體納米四氧化三鐵的方法，解決了反應時間長、反應溫度高、無法制備特殊形貌的納米四氧化三鐵的難題，從而實現具有特殊形貌的納米四氧化三鐵的高效率生產。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種多面體納米四氧化三鐵的制備方法，包括以下步驟：

（1）將鐵源溶解于溶劑中形成溶液一，將沉淀劑溶解于乙二醇和水合肼的混合液中形成溶液二，將所述溶液一和所述溶液二混合后形成溶液三；?

（2）將所述溶液三經超聲分散后轉入反應釜中，再將反應釜置于低溫爐中，升溫到100-140℃，恒溫4-8小時后自然冷卻至室溫得反應物；

（3）抽濾所述反應物的上層液體，加入洗滌劑后轉入離心瓶，再將離心瓶放入離心機進行離心，離心后分離上層液體得到固體產物；

（4）將所述固體產物置于真空干燥箱中，升溫到40-80℃，恒溫3-5小時后自然冷卻到室溫得多面體納米四氧化三鐵。

作為本發明所述多面體納米四氧化三鐵的制備方法的優選實施方式，所述步驟（1）的操作在真空手套箱中進行，保證配制溶液過程均在無氧狀態下進行。

作為本發明所述多面體納米四氧化三鐵的制備方法的優選實施方式，所述步驟（1）中，鐵源:沉淀劑:水合肼:溶劑:乙二醇的比例為1mol:(1-200)mol:(1-10)L:(1-50)L:(1-30)L。

作為本發明所述多面體納米四氧化三鐵的制備方法的優選實施方式，所述步驟（2）中低溫爐的升溫速率為3-6℃/min，所述步驟（4）中真空干燥箱的升溫速率為3-5℃/min。

作為本發明所述多面體納米四氧化三鐵的制備方法的優選實施方式，所述步驟（3）中離心機轉速為6000?r/min，單次離心時間為3-5?min，離心和沖洗次數為3-5次。

作為本發明所述多面體納米四氧化三鐵的制備方法的優選實施方式，所述鐵源為碳酸鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、氯化鐵中的至少一種。

作為本發明所述多面體納米四氧化三鐵的制備方法的優選實施方式，所述溶劑為乙二醇、乙醇中的至少一種。