一種納米級(jí)鐵鋁尖晶石的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米材料的制備方法，尤其是涉及一種納米級(jí)鐵鋁尖晶石的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]尖晶石型復(fù)合氧化物種類(lèi)繁多，應(yīng)用廣泛。不同的陽(yáng)離子進(jìn)入尖晶石結(jié)構(gòu)能有多種不同的電荷組合。尖晶石結(jié)構(gòu)中陽(yáng)離子分布不僅與化學(xué)成分有關(guān)，且與組成陽(yáng)離子的電荷、晶體化學(xué)和形成時(shí)的物理化學(xué)環(huán)境有關(guān)。尖晶石型復(fù)合氧化物可作為顏料、催化材料、磁性材料等應(yīng)用。隨著人們認(rèn)識(shí)研宄的不斷深入，其在實(shí)際中的應(yīng)用范圍也日趨廣泛。近期有研宄表明氧缺位尖晶石型鐵氧體在治理大氣污染有良好的前景，可為大氣中co2、SO2,NO2等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和利用提供有效的途徑。
[0003]納米粒子(Nanoparticles, NPs)的研宄是近年來(lái)受到人們極大重視的一個(gè)領(lǐng)域。納米粒子又稱(chēng)團(tuán)簇、超微粒、超小粒子等，是一種處于原子簇與宏觀(guān)物體交界的過(guò)渡區(qū)域的介觀(guān)粒子，粒徑在Inm到10nm之間。由于納米粒子具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及宏觀(guān)量子隧道效應(yīng)等特性，呈現(xiàn)出許多新奇的物理、化學(xué)性質(zhì)，在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料和催化材料等方面有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]自然界中鐵很少以二價(jià)化合物的形式存在，所以在自然界中找不到天然的鐵鋁尖晶石，只能人工合成。目前現(xiàn)有的研宄已發(fā)展了很多方法制備尖晶石，如低溫粉碎法、高能球磨法、蒸汽快速冷卻法、熱等離子法等物理方法和沉淀法、模板法、溶膠-凝膠法、水熱法、化學(xué)氣相沉積法等化學(xué)方法。人工合成鐵鋁尖晶石的方法主要有兩種——電熔法和氣氛燒結(jié)法。燒結(jié)法以金屬鐵和氧化鋁為起始原料，鐵在弱還原氣氛下才能形成氧化亞鐵，然后與氧化鋁反應(yīng)形成鐵鋁尖晶石，合成關(guān)鍵是要求嚴(yán)格控制反應(yīng)氣氛為弱還原性，此方法具體實(shí)施過(guò)程中反應(yīng)條件不易控制(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào):CN102583462A)，而且為了適用于工業(yè)生產(chǎn)常用的高溫隧道窯、回轉(zhuǎn)窯和豎窯等均不能保證較好的封閉性，制得的鐵鋁尖晶石產(chǎn)物產(chǎn)率不高，粒徑不均一。電熔法合成的鐵鋁尖晶石具有純度高、結(jié)晶尺寸大的優(yōu)勢(shì)，但是得到的鐵鋁尖晶石導(dǎo)熱系數(shù)高(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào):CN102503478A)。目前國(guó)內(nèi)外多采用電熔法生產(chǎn)鐵鋁尖晶石，但電熔法能耗高、價(jià)格昂貴，尋求一種適宜的鐵鋁尖晶石合成方法越來(lái)越迫切。
[0005]然而對(duì)于制備納米級(jí)尖晶石的方法研宄卻甚少，制備納米型尖晶石的關(guān)鍵在于控制粒徑的大小和獲得較窄的粒徑分布等，現(xiàn)有的研宄方法并不能得到理想的納米級(jí)尖晶石。本專(zhuān)利申請(qǐng)的前驅(qū)體熱解法制備的鐵鋁尖晶石不僅產(chǎn)量高，且粒徑小于50nm，均屬納米級(jí)鐵銷(xiāo)尖晶石。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本適中、合成溫度相對(duì)較低的納米級(jí)鐵鋁尖晶石的制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種納米級(jí)鐵鋁尖晶石的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
[0009](I)將含鋁化合物、對(duì)苯二甲酸、含鐵化合物以15:5?15:1?5的摩爾比混合，完全分散在混合溶劑中，攪拌均勻，制得反應(yīng)物溶液；
[0010](2)將步驟⑴中制得的反應(yīng)物溶液在50?250°C下密閉老化12?120h，然后冷卻至室溫，進(jìn)行固液分離，得到鐵鋁尖晶石前驅(qū)體產(chǎn)物；
[0011](3)將鐵鋁尖晶石前驅(qū)體產(chǎn)物放入高溫爐中于700?1200 °C煅燒24?96h，高溫爐通入氮?dú)饬鞅Ｗo(hù)，然后冷卻至室溫，即得納米級(jí)鐵鋁尖晶石。
[0012]其中，步驟(I)中所述的混合溶劑為N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液，其中N，N- 二甲基甲酰胺的體積分?jǐn)?shù)為65 %?85 %，優(yōu)化范圍為70 %?80 %，更優(yōu)化范圍為70%?75%。
[0013]步驟(I)中所述的含鋁化合物的鋁源在混合溶劑中的摩爾濃度為0.15mol/L，所述的含鋁化合物選自硝酸鋁、氧化鋁、氫氧化鋁中的一種或幾種的混合物，其純度大于99%。
[0014]步驟(I)所述的含鐵化合物為乙酰丙酮鐵，其純度大于99%。
[0015]步驟⑵中密閉老化時(shí)的老化溫度為100?200°C，優(yōu)化范圍為100?150°C;老化時(shí)間為24?72h，優(yōu)化范圍為36?60h ;步驟(3)中煅燒時(shí)的煅燒溫度為900?1100°C，煅燒時(shí)間為48?96h，優(yōu)化范圍為60?82h。
[0016]本發(fā)明采用金屬有機(jī)配位反應(yīng)在較低溫度下可控制備鐵鋁尖晶石前驅(qū)體，避免使用金屬鐵鋁等高熔點(diǎn)反應(yīng)物；前驅(qū)體含有的高含量有機(jī)組分在氮?dú)夥罩徐褵龝r(shí)可以為反應(yīng)提供還原氛圍，避免引入外加石墨碳源等雜質(zhì)，降低了合成溫度和操作難度。鐵鋁尖晶石前驅(qū)體粒徑分布集中，屬于微米級(jí)；制備得到的鐵鋁尖晶石產(chǎn)物粒徑分布也較集中，屬于納米級(jí)。與現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)相比，本制備方法合成工藝簡(jiǎn)單，操作方便，煅燒溫度顯著降低，合成過(guò)程中能耗少；本發(fā)明得到的產(chǎn)物鐵鋁尖晶石產(chǎn)物的粒徑屬于納米級(jí)，粒徑均小于50nm。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米級(jí)鐵鋁尖晶石粉末在900°C煅燒后的掃描透射(SEM)電鏡圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米級(jí)鐵鋁尖晶石粉末在900°C煅燒后的X射線(xiàn)粉末衍射(XRD)譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]一種納米級(jí)鐵鋁尖晶石的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0022](I)鐵銷(xiāo)尖晶石如驅(qū)體的制備
[0023]量取N，N- 二甲基甲酰胺和水以20:55的體積比制成混合溶液，備用；稱(chēng)取4.22g九水硝酸銷(xiāo)、1.245g對(duì)苯二甲酸和0.795g乙酰丙酮鐵溶于75mL的混合溶液中，加熱攪拌至完全溶解，制得反應(yīng)物溶液；將制得的反應(yīng)物溶液放入密閉容器中老化，溫度130 °C，時(shí)間48h，然后降至室溫，離心取得沉淀物，加入適量N，N- 二甲基甲酰胺清洗沉淀物三次后得到前驅(qū)體產(chǎn)物。
[0024](2)納米級(jí)鐵銷(xiāo)尖晶石的制備
[0025]將步驟⑴所得到的前驅(qū)體產(chǎn)物放入氮?dú)饬鞅Ｗo(hù)的高溫爐中，以5°C /min的速度升溫至900°C，在該溫度下煅燒72h，然后自然冷卻至室溫，即得到本發(fā)明的納米鐵鋁尖晶石O
[0026]圖1為本實(shí)施例制備的納米級(jí)鐵鋁尖晶石粉末在900°C煅燒后的掃描透射電鏡圖，由圖1可知，該納米級(jí)鐵鋁尖晶石粉體晶粒尺寸在50nm以下；圖2為本實(shí)施例制備的納米級(jí)鐵鋁尖晶石粉末在900°C煅燒后的X射線(xiàn)粉末衍射(XRD)譜圖。
[0027]實(shí)施例2:
[0028]一種納米級(jí)鐵鋁尖晶石的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0029](I)鐵銷(xiāo)尖晶石如驅(qū)體的制備
[0030]量取N，N- 二甲基甲酰胺和水以20:55的體積比制成混合溶劑，備用；稱(chēng)取2.1lg九水硝酸鋁和0.29g氧化鋁、1.245g對(duì)苯二甲酸和0.795g乙酰丙酮鐵溶于75mL的混合溶液中，加熱攪拌至完全溶解，制得反應(yīng)物溶液；將制得的反應(yīng)物溶液放入密閉容器中老化，溫度130°C，時(shí)間48h，然后降至室溫，離心取得沉淀物，加入適量N，N-二甲基甲酰胺清洗沉淀物三次后得到前驅(qū)體產(chǎn)物。
[0031](2)納米級(jí)鐵鋁尖晶石的制備
[0032]將步驟⑴所得到的前驅(qū)體產(chǎn)物放入氮?dú)饬鞅Ｗo(hù)的高溫爐中，以5°C /min的速度升溫至900°C，在該溫度下煅燒72h，自然冷卻至室溫，即得到本發(fā)明的納米鐵鋁尖晶石。
[0033]實(shí)