[發明專利]刺猬形針狀四氧化三鐵及其制備方法

有效

• 申請號: 201611267441.3
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106495233B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 劉崗;劉杰;袁春燕;李金玲;鄭康;陳林;王化;田興友
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 湯財寶

技術領域

本發明涉及材料技術領域，具體涉及一種刺猬型針狀四氧化三鐵及其制備方法。

背景技術

四氧化三鐵，分子式為Fe₃O₄，具有立方反尖晶石結構，由于其獨特的物理化學性質，在眾多方面表現出與常規材料不同的用途，如治理污染、磁記錄材料、磁流體、醫藥、顏料等領域被廣泛應用。在治理污染方面，由于具有優秀的催化分解性能和吸附性能，良好的磁性便于回收，四氧化三鐵已經成為近年來環境治理方面的研究熱點，被被廣泛的用來去除水體污染。

近年來，有文獻報道了不同的方法合成不同結構的四氧化三鐵的制備方法，例如采用溶劑法用氯化鐵作為鐵源，十二硫醇作為乳化劑，乙酸鈉做沉淀劑制備了單分散性的具有分級結構的Fe₃O₄微球，又如有人將乙酰丙酮鐵溶解在含有1,2-十六烷二醇、苯醚、油酸和油胺的混合溶劑中，在150℃下回流制得了粒徑小于20nm的單分散性Fe₃O₄粒子。

現有技術中雖然具備一定的Fe₃O₄制備方法，但是制備的Fe₃O₄微粒形貌不夠優秀，性能不夠好，比表面積不夠大，并且對如何改變合成條件來調控Fe₃O₄形貌以及合成刺猬形針狀的Fe₃O₄報道很少。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種刺猬形針狀四氧化三鐵及其制備方法，以克服現有技術制備的Fe₃O₄的比表面積低的技術問題。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一方面，本發明給出了一種刺猬形針狀四氧化三鐵的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

步驟一、在攪拌狀態下，將無水氯化鐵、硫代硫酸鈉和尿素與溶劑進行混合，制得混合溶液；

步驟二、向混合溶液中加入ZnO后攪拌，制得懸浮液；

步驟三、在高壓狀態下，將懸浮液加熱升溫至150℃～180℃，保溫8～12小時；

步驟四、冷卻至室溫后清洗、干燥，從而制得針狀的四氧化三鐵磁性粉末。

進一步的，所述混合溶液中的無水氯化鐵、硫代硫酸鈉、尿素和溶劑的摩爾比分別為1：1～2：2～4：10～14。

進一步的，步驟二中的ZnO與無水氯化鐵的摩爾比為0.1～0.2：1；攪拌的時間為10～15min。

進一步的，步驟三中的高壓的壓力為12MPa～15MPa。

進一步的，步驟四中的干燥的溫度為50～70℃，時間為3～5小時。

進一步的，步驟四中的清洗次數為3～5次。

進一步的，所述溶劑為去離子水或乙醇溶液中的一種或兩種。

另一方面，本發明給出了一種采用上述所述的制備方法制備的四氧化三鐵。

進一步的，所述四氧化三鐵的比表面積為45～70m2/g；所述四氧化三鐵的長度尺寸分布在0.1～2微米。

本發明的四氧化三鐵的長度尺寸分布優選為0.15～1.5微米，進一步尺寸分布優選為0.2～1.2微米。

本發明的生成機理如下：

1、硫代硫酸鈉將部分氯化鐵還原成氯化亞鐵，其反應式如下：

2FeCl₃+2Na₂S₂O₃＝2NaCl+2FeCl₂+Na₂S₄O₆；

使得體系中鐵離子與亞鐵離子處于共存狀態。

2、ZnO調控的機理：

ZnO具有兩性，在此體系下能參與Fe(OH)₃生成：

2FeCl₃+3ZnO+3H₂O＝2Fe(OH)₃+3ZnCl₂。

3、在高壓狀態下加熱至160℃左右，尿素緩慢分解釋放氨氣，其反應式如下：

CO(NH₂)₂＝NH₃+HCNO；

產生的氨氣溶于水中，產生弱堿性環境：