專利名稱：六方圓盤狀α-Fe₂O₃納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六方圓盤狀a-Fe203納米粉體的制備方法，屬于無機(jī)非金屬 材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米材料與其相對應(yīng)的塊體材料相比，往往呈現(xiàn)出更加優(yōu)異的物理、化學(xué) 特性。近幾年關(guān)于納米材料的研究證明，納米粉體材料的性能不僅受其納米尺 寸的影響，其顆粒形貌往往也起著決定性的影響。納米氧化鐵材料不僅具有更 加優(yōu)異的磁性和催化性能，而且具有良好的透明度和對紫外線的吸收和屏蔽作 用，所以作為催化劑、磁介質(zhì)、顏料，在氣體脫硫、廢水處理，以及磁存儲器、 油墨、塑料、皮革、汽車面漆和生物醫(yī)學(xué)工程等方面被廣泛應(yīng)用。其中，納米 a-Fe203作為催化劑，極大地促進(jìn)了高分子聚合物的氧化或裂解。利用納米 a-Fe203作為燃燒催化劑，可使火箭固體推進(jìn)劑的燃燒速度提高1 10倍，作為裂 解催化劑，可使石油的裂解速度提高1 5倍。
固相反應(yīng)法、沉淀法、熔膠凝膠法、水解法和水熱合成法是氧化鐵常用的 制備方法。其中前三種方法均需經(jīng)過較高溫度的煅燒，所合成的粉體團(tuán)聚嚴(yán)重， 且顆粒不具有規(guī)則的形貌。只有后兩種方法，即水解法和水熱法可以實(shí)現(xiàn)氧化 鐵顆粒形貌的控制合成。而不同顆粒形貌a-Fe203納米粉體表現(xiàn)出不同的催化性 能。目前，國內(nèi)外只有顆粒形貌為球狀、立方體、紡錘體、橢球型和枝扠型顆 粒的a-Fe203納米粉體合成的報(bào)道，尚未見六方圓盤狀顆粒a-Fe203納米粉體的報(bào) 道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，易于控制的六方圓盤狀a-Fe203納米 粉體的制備方法。
本發(fā)明制備的六方圓盤狀a-Fe203納米粉體，其晶格結(jié)構(gòu)屬于三角晶系。 制備方法包括以下步驟
1) 將乙二醇和去離子水按體積比32:8 28:12混合，配制乙二醇和水的混 合溶劑；
2) 將硝酸鐵溶解于乙二醇和水的混合溶劑中，配制濃度為0.1 0.5mol/L的 硝酸鐵溶液；3) 按硝酸鐵和氫氧化鉀的摩爾比為1:3，計(jì)量稱取氫氧化鉀，將氫氧化鉀溶 于乙二醇和水的混合溶劑中，配制濃度為0.3~1.5mol/L的氫氧化鉀溶液；
4) 攪拌的狀態(tài)下，將氫氧化鉀溶液滴加到硝酸鐵溶液中，形成懸浮有鐵羥 基氧化物顆粒的懸浮液，將懸浮液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，用乙二醇和水的混合溶劑 調(diào)節(jié)使其體積占反應(yīng)釜容積的2/3~4/5，使F浐離子和KOH的摩爾體積分?jǐn)?shù)為 0.15~0.75mol/L，繼續(xù)攪拌至少5分鐘；
5) 將配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜密閉，在160 240°C下保溫4 36小時(shí)進(jìn)行 熱處理，然后，降至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用去離子水、無水乙醇 清洗，60。C 100。C溫度下烘干，得到六方圓盤狀0t-Fe2O3納米粉體。
本發(fā)明中，所用的硝酸鐵，氫氧化鉀，乙二醇和無水乙醇的純度均不低于 化學(xué)純。
采用本發(fā)明方法所制備的a-Fe203顆粒為六方圓盤狀，或接近圓盤狀。六方 圓盤狀a-Fe2O3顆粒厚度不大于150納米，盤徑不小于250納米。
本發(fā)明以硝酸鐵為反應(yīng)物料，氫氧化鉀為礦化劑，乙二醇和水的混合溶劑 為反應(yīng)溶劑，通過調(diào)節(jié)混合溶劑中乙二醇和水的體積比，以及溫度和時(shí)間，調(diào) 控?zé)崽幚磉^程中a-Fe203納米晶的晶化和生長，實(shí)現(xiàn)六方圓盤狀a-Fe203納米粉體 的水/溶劑熱合成。本發(fā)明對水/溶劑熱合成產(chǎn)物的清洗是為了將反應(yīng)物料引入的 硝酸根離子和礦化劑KOH與合成的0t-Fe2O3納米粉體充分分離，得到純相的 a-Fe203納米粉體。采用無水乙醇脫水和不高于100。C的烘干，是為了得到分散性 良好的a-Fe203納米粉體。
本發(fā)明工藝過程簡單，易于控制，無環(huán)境污染，成本低，易于規(guī)?；a(chǎn)。 制得的六方圓盤狀a-Fe2O3顆粒厚度不大于150納米，盤徑不小于250納米。產(chǎn)品 質(zhì)量穩(wěn)定，純度高，粉體顆粒分散性好，具有優(yōu)良的催化性能。


圖l本發(fā)明合成的六方圓盤狀a-Fe203納米粉體的X射線衍射(XRD)圖譜； 圖2本發(fā)明合成的六方圓盤狀a-Fe203納米粉體的掃描電子顯微鏡(SEM)照
片；
圖3純高氯酸銨和混合有本發(fā)明合成的六方圓盤狀a-Fe203納米粉體的高氯 酸銨熱分解差熱分析(DTA)曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。 實(shí)例l水/溶劑熱合成厚度約為100納米，盤徑約為300納米的六方圓盤狀a-Fe203 納米粉體。
按以下工藝步驟合成六方圓盤狀a-Fe203納米粉體。
1) 按體積比為30:10分別計(jì)量量取乙二醇和去離子水，將二者混合，得到 乙二醇和水體積比為30:10的混合溶劑。
2) 稱取0.005mol (2.05g)硝酸鐵(Fe(N03V9H20)，將其溶解于20ml前面配 制的乙二醇和水的混合溶劑中，并調(diào)節(jié)所形成的硝酸鐵液濃度為0.25mol/L(摩 爾每升)。
3) 按硝酸鐵和氫氧化鉀的摩爾比為1:3，計(jì)量稱取氫氧化鉀(KOH)，即稱取 0.015mol (L03g) KOH，將其溶于20ml前面配制的乙二醇和水的混合溶劑中， 調(diào)節(jié)所形成的氫氧化鉀溶液濃度為0.75mol/L。
4) 攪拌的狀態(tài)下，將氫氧化鉀溶液滴加到硝酸鐵溶液中，形成懸浮有鐵羥 基氧化物顆粒的懸浮液前驅(qū)體。將其轉(zhuǎn)移到有效容積為50ml的反應(yīng)釜中，用乙 二醇和水的混合溶劑調(diào)節(jié)使其體積占反應(yīng)釜容積的4/5。這時(shí)F^+離子和KOH 的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.375mol/L。繼續(xù)攪拌30分鐘。
5) 將配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜密閉，在200°C下保溫16小時(shí)進(jìn)行熱處理。 然后，降至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用去離子水、無水乙醇清洗，80°C 溫度下烘干，得到六方圓盤狀a-Fe203納米粉體。所合成的六方圓盤狀a-Fe203 納米粉體的X射線衍射(XRD)圖譜示于圖1;其掃描電子顯微鏡(SEM)照 片示于圖2。
將所合成的六方圓盤狀a-Fe2O3納米粉體與高氯酸銨按質(zhì)量比l:50混合，測 量高鋁酸銨的熱分解差熱曲線，觀察高氯酸銨高溫分解溫度的變化，表征其催 化性能。發(fā)現(xiàn)由于六方圓盤狀a-Fe203納米粉體的催化作用，使得高氯酸銨高溫 分解溫度的高溫分解溫度由463.4°<:降低到389.2°(:，降低了74.2。C，催化作用顯 著。圖3是純高氯酸銨和混合六方圓盤狀a-Fe203納米粉體的高氯酸銨熱分解差 熱分析(DTA)曲線。 實(shí)例2
水/溶劑熱合成六方圓盤狀顆粒的a-Fe203納米粉體，厚度約為80納米，盤徑 約為250納米。
具體的工藝步驟與實(shí)例l相同，區(qū)別在于步驟l)中配制的混合溶劑中乙二 醇和水的體積比為28:12;步驟2)中稱取0.001875mo鵬酸鐵，而配制的硝酸鐵 溶液濃度為0.1mol/L，相應(yīng)地步驟3)中稱取0.005625mol氫氧化鉀，而配制的氫氧化鉀溶液濃度為0.3mol/L;步驟4)中最終反應(yīng)釜中反應(yīng)前驅(qū)體懸浮液占反應(yīng) 釜容積的3/4,懸浮液中Fe3+離子和KOH的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.15mol/L，然后攪 拌5分鐘。步驟5)中，熱處理溫度為160。C，保溫36小時(shí)。 實(shí)例3
水/溶劑熱合成六方圓盤狀顆粒的a-Fe203納米粉體，厚度約為150納米，盤 徑約為400納米。
具體的工藝步驟與實(shí)例l相同，區(qū)別在于步驟l)中配制的混合溶劑中乙二
醇和水的體積比為32:8;步驟2)中稱取0.00833mo鵬酸鐵，而配制的硝酸鐵溶 液濃度為0.5mol/L，相應(yīng)地步驟3)中稱取0.025mol氫氧化鉀，而配制的氫氧化 鉀溶液濃度為1.5mol/L;步驟4)中最終反應(yīng)釜中反應(yīng)前驅(qū)體懸浮液占反應(yīng)釜容 積的2/3，懸浮液中Fe3+離子和KOH的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.75mol/L。然后攪拌60 分鐘。步驟5)中，熱處理溫度為24(fC，保溫4小時(shí)。
權(quán)利要求
1.六方圓盤狀α-Fe2O3納米粉體的制備方法，其特征是包括以下步驟1)將乙二醇和去離子水按體積比32∶8～28∶12混合，配制乙二醇和水的混合溶劑；2)將硝酸鐵溶解于乙二醇和水的混合溶劑中，配制濃度為0.1～0.5mol/L的硝酸鐵溶液；3)按硝酸鐵和氫氧化鉀的摩爾比為1∶3，計(jì)量稱取氫氧化鉀，將氫氧化鉀溶于乙二醇和水的混合溶劑中，配制濃度為0.3～1.5mol/L的氫氧化鉀溶液；4)攪拌的狀態(tài)下，將氫氧化鉀溶液滴加到硝酸鐵溶液中，形成懸浮有鐵羥基氧化物顆粒的懸浮液，將懸浮液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，用乙二醇和水的混合溶劑調(diào)節(jié)使其體積占反應(yīng)釜容積的2/3～4/5，使Fe3+離子和KOH的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.15～0.75mol/L，繼續(xù)攪拌至少5分鐘；5)將配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜密閉，在160～240℃下保溫4～36小時(shí)進(jìn)行熱處理，然后，降至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用去離子水、無水乙醇清洗，60℃～100℃溫度下烘干，得到六方圓盤狀α-Fe2O3納米粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述六方圓盤狀a-Fe203納米粉體的制備方法，其特征是所 用的硝酸鐵，氫氧化鉀，乙二醇和無水乙醇的純度均不低于化學(xué)純。
全文摘要
本發(fā)明涉及六方圓盤狀α-Fe₂O₃納米粉體的制備方法，采用的是水/溶劑熱合成法，將原始反應(yīng)物料硝酸鐵和礦化劑氫氧化鉀分別溶于乙二醇和水構(gòu)成的混合溶劑中，然后將氫氧化鉀溶液滴加到硝酸鐵的溶液中，獲得用于水/溶劑熱反應(yīng)的懸浮液前驅(qū)體，將其密閉于反應(yīng)釜中，于160～240℃下熱處理4～36小時(shí)，得到六方圓盤狀的α-Fe₂O₃納米粉體，其厚度不大于150納米，盤徑不小于250納米。本發(fā)明產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，純度高，顆粒分散性好，具有優(yōu)良的催化性能；制備工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號C01G49/06GK101293675SQ200810062488
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者任召輝, 怡 張, 張溪文, 剛 徐, 杜丕一, 鴿 沈, 逵 程, 翁文劍, 趙高凌, 韓高榮 申請人:浙江大學(xué)