本發(fā)明涉及納米功能材料的制備技術，尤其涉及一種納米鐵酸鹽的制備方法。
背景技術：
錳、鋅、鈷、鎳的鐵酸鹽是重要的功能性材料。其中Mn-Zn、Ni-Zn鐵酸鹽是世界上目前產量最大的高頻軟磁體，常用作高頻變壓器、感應器和記錄磁頭等的磁性材料。鐵酸鹽還是重要的催化劑，已被應用于合成氨、費托合成，以及乙苯、丁烯等的氧化脫氫反應，它在化學和化工合成等領域具有廣闊的應用前景。
以往通常是將三氧化二鐵和錳、鋅、鈷、鎳的碳酸鹽混合物高溫煅燒，再經研磨制備鐵酸鹽。該方法有兩個缺點，即化學均勻性較差且顆粒大小難以控制。為克服上述缺點，發(fā)展了共沉淀法和醇鹽水解法。共沉淀法鐵是將可溶性三價Fe和二價Mn、Zn、Ni或Co配制成混合溶液，經過中和反應后形成氫氧化物沉淀，再經水熱反應或煅燒形成鐵酸鹽。由于Fe3+與二價陽離子在中和過程中發(fā)生沉淀時的pH值相差很大，因此沉淀物并非均勻的物相，從而影響合成產物的化學均勻性。而醇鹽水解法需要合成相應的金屬醇鹽，設備投資和生產成本均很高，產品在價格上不具競爭力。
為了提高鐵酸鹽的磁導率和催化活性，需要制備納米尺寸鐵酸鹽。納米級鐵酸鹽的出現(xiàn)進一步拓展了鐵酸鹽的應用領域。見諸報道的關于鐵酸鹽納米材料的制備方法很多，如化學共沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法、微乳液法、相轉化法、超臨界法、沖擊波合成法、微波場下濕法合成、爆炸法、高能球磨法和自蔓延高溫合成法等。這些方法各有千秋，如何簡化工藝、降低成本是納米材料制備技術承待解決的共同問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種納米鐵酸鹽的制備方法。
納米鐵酸鹽的制備方法包括如下步驟：
1)將硝酸鐵或其水合物與二價陽離子的硝酸鹽或其水合物按摩爾比1∶0.4～0.6的比例置于容器中，加入重量相當于硝酸鐵或其水合物和二價陽離子的硝酸鹽或其水合物總重量0.8～1.5倍的酒精，攪拌直至硝酸鐵和硝酸鹽完全溶解；
2)在上述溶液中加入相當于酒精重量8～16％的農業(yè)廢棄物、木屑或鋸末，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物加熱到600～1100℃，并恒溫2～3小時，冷卻至室溫后取出，得到納米鐵酸鹽。
所述的納米鐵酸鹽是單晶尺寸10～100納米的RFe2O4，R為Mn、Ni、Co、Zn、Cu中的一種或數(shù)種。二價陽離子是Mn2+、Ni2+、Co2+、Zn2+或Cu2+中的一種或數(shù)種。硝酸鹽是硝酸錳、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸鋅或硝酸銅中的一種或數(shù)種。農業(yè)廢棄物是谷類的外殼、經粉碎的農作物秸稈或玉米芯。硝酸鐵或其水合物與二價陽離子的硝酸鹽或其水合物按摩爾比優(yōu)選1∶0.5。
本發(fā)明采用物理沉淀法得到鐵酸鹽的前驅體，避免了在水溶液中因不同元素沉淀時pH條件不同所造成的相態(tài)不均勻。采用農業(yè)廢棄物或鋸末作為前驅體的載體，具有來源廣泛、價格低廉的優(yōu)點。在高溫煅燒成型后，載體經燃燒氧化后氣化，因此制備出的鐵酸鹽具有孔隙度高、比表面積大、催化活性強的優(yōu)點。
具體實施方式
制備方法的第一步，是將硝酸鐵和二價元素的硝酸鹽溶解在酒精中，二者的摩爾比為1∶0.4～0.6。避免使用水作為溶劑，是因為三價鐵和二價元素在水溶液中沉淀時pH相差過大，難以形成均勻的沉淀，在后續(xù)反應中將形成獨立的氧化物，而不是鐵酸鹽。推薦使用硝酸鐵和硝酸錳，是因為它們在酒精中的溶解度大，分解溫度低，可以減少酒精用量以及能耗。所說的二價陽離子是Mn2+、Ni2+、Co2+、Zn2+或Cu2+中的一種或數(shù)種；所說的硝酸鹽是硝酸錳、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸鋅或硝酸銅中的一種或數(shù)種。
制備方法的第二步是將用作前驅體載體的農業(yè)廢棄物、木屑或鋸末與配置的酒精溶液混合，并將溶液蒸干。使用水浴加熱有利于溫度控制，以避免過熱引起酒精燃燒，工業(yè)化生產時酒精可回收利用。蒸干過程要持續(xù)攪拌，以免出現(xiàn)沉淀不均勻。所說的農業(yè)廢棄物是谷類的外殼、經粉碎的農作物秸稈或玉米芯。
制備方法的第三步是將搭載有硝酸鐵和其它硝酸鹽的載體在預定溫度下煅燒。在煅燒過程中硝酸鹽先分解，然后進一步反應形成鐵酸鹽，并被燒結成載體的形狀。煅燒溫度應根據(jù)最終產品的用途調節(jié)，用作磁性材料的產品可選擇較低的煅燒溫度，用作催化劑的產品應選擇較高的煅燒溫度。
本發(fā)明結合以下實例作進一步的說明，但本發(fā)明的內容不僅限于實施例中所涉及的內容。
實施例1：鐵酸錳的制備
1)分別稱取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Mn(NO3)2·4H2O 125.5克置于反應瓶中，加入423.6克工業(yè)酒精，攪拌直至硝酸鐵和硝酸錳完全溶解；
2)加入34克稻殼粉，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物從反應瓶中取出，置于馬沸爐中，升溫到600℃，恒溫2小時，冷卻至室溫后取出，即得到納米～亞微米級鐵酸錳。
實施例2：鐵酸錳鋅的制備(Mn0.6Zn0.4Fe2O4)
1)分別稱取Fe(NO3)3·9H2O 404克、Mn(NO3)2·4H2O 75.3克和Zn(NO3)2·6H2O59.5克置于反應瓶中，加入808.2克無水酒精，攪拌直至硝酸鐵、硝酸錳和硝酸鋅完全溶解；
2)加入129.3克玉米芯粉，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物從反應瓶中取出，置于馬沸爐中，升溫到1100℃，恒溫3小時，冷卻至室溫后取出，即得到納米～亞微米級鐵酸錳鋅。
實施例3：鐵酸鈷的制備
1)分別稱取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Co(NO3)2·6H2O 145.02克置于反應瓶中，加入549克工業(yè)酒精，攪拌直至硝酸鐵和硝酸錳完全溶解；
2)加入55克玉米秸稈粉，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物從反應瓶中取出，置于馬沸爐中，升溫到900℃，恒溫2.5小時，冷卻至室溫后取出，即得到納米～亞微米級鐵酸鈷。
實施例4：鐵酸鎳的制備
1)分別稱取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Ni(NO3)2·6H2O 145.4克置于反應瓶中，加入600克工業(yè)酒精，攪拌直至硝酸鐵和硝酸鎳完全溶解；
2)加入70克玉米秸稈粉，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物從反應瓶中取出，置于馬沸爐中，升溫到850℃，恒溫2.5小時，冷卻至室溫后取出，即得到納米～亞微米級鐵酸鎳。
實施例5：鐵酸銅的制備
1)分別稱取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Cu(NO3)2·3H2O 120.8克置于反應瓶中，加入630克工業(yè)酒精，攪拌直至硝酸鐵和硝酸銅完全溶解；
2)加入58克麥麩，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物從反應瓶中取出，置于馬沸爐中，升溫到1000℃，恒溫2.5小時，冷卻至室溫后取出，即得到納米～亞微米級鐵酸銅。
實施例6：鐵酸鈷鎳的制備(Ni0.6Co0.4Fe2O4)
1)分別稱取Fe(NO3)3·9H2O 404克、Co(NO3)2·6H2O 58克和Ni(NO3)2·6H2O87.2克置于反應瓶中，加入670克無水酒精，攪拌直至硝酸鐵、硝酸鈷和硝酸鎳完全溶解；
2)加入80克鋸末粉，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物從反應瓶中取出，置于馬沸爐中，升溫到950℃，恒溫3小時，冷卻至室溫后取出，即得到納米～亞微米級鐵酸鈷鎳。
實施例7：鐵酸鋅的制備
1)分別稱取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Zn(NO3)2·6H2O 148.7克置于反應瓶中，加入550克工業(yè)酒精，攪拌直至硝酸鐵和硝酸鋅完全溶解；
2)加入50克木屑粉，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物從反應瓶中取出，置于馬沸爐中，升溫到750℃，恒溫2.2小時，冷卻至室溫后取出，即得到納米～亞微米級鐵酸鋅。
實施例8：鐵酸鋅的制備
1)分別稱取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Zn(NO3)2·6H2O 178.4克置于反應瓶中，加入800克工業(yè)酒精，攪拌直至硝酸鐵和硝酸鋅完全溶解；
2)加入120克木屑粉，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物從反應瓶中取出，置于馬沸爐中，升溫到600℃，恒溫2小時，冷卻至室溫后取出，即得到納米～亞微米級鐵酸鋅。
實施例9：鐵酸鋅的制備
1)分別稱取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Zn(NO3)2·6H2O 118.9克置于反應瓶中，加入420克工業(yè)酒精，攪拌直至硝酸鐵和硝酸鋅完全溶解；
2)加入40克木屑粉，攪拌下水浴加熱，直至酒精被蒸干；
3)將混合物從反應瓶中取出，置于馬沸爐中，升溫到1000℃，恒溫3小時，冷卻至室溫后取出，即得到納米～亞微米級鐵酸鋅。