專利名稱：一種微米級(jí)Fe₃O₄ 的可控制備方法
—種微米級(jí)Fe3O4的可控制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于濕化學(xué)法制備納米粉體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微米級(jí)四氧化三鐵的可控制備方法。
背景技術(shù)：
Fe3O4是一種性能良好的亞鐵磁性材料，由于具有生物相容性使其可應(yīng)用于基因分離、藥物定向傳輸?shù)壬镝t(yī)藥領(lǐng)域，它還具有獨(dú)特的電學(xué)和磁學(xué)性能，在磁性器件、微波材料、磁性墨水等方面有廣泛的應(yīng)用。目前已報(bào)道的Fe3O4的制備方法均能獲得較細(xì)的顆粒，但是在顆粒的尺寸及成核生長(zhǎng)的可控性方面仍不能獲得滿意的結(jié)果。如，中國(guó)專利公告第CN102502877A號(hào)報(bào)道了一種合成多孔四氧化三鐵磁性微球的方法。該方法以二價(jià)鐵離子、三價(jià)鐵離子鹽為原料，尿素為堿性沉淀劑，聚乙烯醇和醋酸為穩(wěn)定劑，在水溶液中，與80°C -95°C條件下N2保護(hù)反應(yīng)20h-72h，形成多孔的磁性四氧化三鐵微球。但此方法由于二價(jià)鐵鹽(Fe2+)極易被氧化，要想獲得較純的四氧化三鐵顆粒，每批樣品制備均需標(biāo)定二價(jià)鐵鹽濃度，且在于三價(jià)鐵鹽混合過程中需要N2作為保護(hù)氣體，致使操作過程復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。參考文獻(xiàn):閻虎生，等.一種簡(jiǎn)單合成多孔四氧化三鐵磁性微球的方法.中國(guó)發(fā)明專利，CN102502877A,2011.
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種微米級(jí)Fe3O4的可控制備方法，解決了成核和生長(zhǎng)不可控制的問題，制備的微米尺寸的顆粒粒徑分布非常窄，相純度較高。本發(fā)明的具體方法如下:一種微米級(jí)Fe3O4的可控制備方法，按照體積比為2:5混合FeSO4溶液和氫氧化鈉溶液，充分溶解后，采用低頻超聲波輔助處理，直至混合液呈淺綠色；接著，將溶液移入特氟龍水熱釜中，其中，反應(yīng)釜的填充比為60 90%，在160 280°C保溫10 15h，取出沉淀物，沖洗后離心處理，然后在120°C下于空氣氣氛中干燥即可。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述FeSO4溶液的摩爾濃度為2.00 5.0OmoI/L0作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為11.00 23.0Omol/L0作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，低頻超聲波輔助處理時(shí)，超聲功率為40-70W。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，從所述水熱釜中取出的沉淀物經(jīng)離心后清洗至中性后
再干燥。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):I)本發(fā)明制備的Fe3O4，所需原料易得，合成成本較低。
2)本發(fā)明制備的Fe3O4，成核和生長(zhǎng)過程可控，顆粒結(jié)晶程度高。
3)本發(fā)明制備的Fe3O4工藝操作簡(jiǎn)便，樣品相純度高，顆粒粒度較均勻，粒徑分布范圍集中在I U m-2 μ m之間。

圖1是實(shí)例I制備的Fe3O4的X射線衍射圖譜；圖2是本發(fā)明方法制備的粉體的透射電鏡圖，結(jié)果表明，該方法制備的亞微米顆粒粒徑分布較窄，在Ium至2um之間。X射線衍射結(jié)果表明，制備的亞微米粉體相純度較高，且結(jié)晶度較好。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的具體方法如下:1)將FeSO4.7Η20和NaOH分別溶于蒸餾水中，溶解后形成濃度為2.00 5.0Omol/L的FeSO4溶液和濃度為11.00 ~ 23.0OmoI/L的NaOH溶液；2)將步驟I配置的FeSO4溶液溶于步驟I配置的NaOH溶液中，控制FeSO4溶液與NaOH溶液的體積比為2:5，攪拌使其充分溶解；3)用低頻超聲波輔助處理步驟2所得的混合溶液，超聲功率為40 70W，超聲時(shí)間為8 12min，直至混合液呈淺綠色；4)將步驟3獲得的溶液移入體積為的特氟龍水熱釜中，填充比為60 90%，在160 280°C溫度下，保溫10-15h ；

5)在步驟4所得沉淀中加入200ml蒸餾水沖洗，并進(jìn)行離心處理，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為12000r/min，離心時(shí)間為5 lOmin，離心操作完成后將大部分上層清液倒掉，如此反復(fù)清洗5 10次，直至上層清液為中性(pH=7.0 7.5)，得到沉淀物；6)將步驟5所得沉淀物在120°C條件下，空氣氣氛中進(jìn)行干燥，獲得產(chǎn)物；7)將產(chǎn)物通過X射線衍射(XRD)分析進(jìn)行相鑒定，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)進(jìn)行形貌觀察，最后得到微米級(jí)的Fe304。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:實(shí)施例1I)將FeSO4.7Η20和NaOH分別溶于蒸餾水中，溶解后形成濃度為2.0mol/L的FeSO4溶液和濃度為16.80mol/L的NaOH溶液；2)將步驟I配置的FeSO4溶液溶于步驟I配置的NaOH溶液中，控制FeSO4溶液與NaOH溶液的體積比為2:5，攪拌使其充分溶解；3)用低頻超聲波輔助處理步驟2所得的混合溶液，超聲功率為40W，超聲時(shí)間為8min，直至混合液呈淺綠色；4)將步驟3獲得的溶液移入體積為的特氟龍水熱釜中，填充比為60%，在160°C溫度下，保溫IOh ；5)在步驟4所得沉淀中加入200ml蒸餾水沖洗，并進(jìn)行離心處理，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為12000r/min,離心時(shí)間為5min，離心操作完成后將大部分上層清液倒掉，如此反復(fù)清洗7次，直至上層清液為中性(pH=7.0 7.5)，得到沉淀物；6)將步驟5所得沉淀物在120°C條件下，空氣氣氛中進(jìn)行干燥，獲得產(chǎn)物；
7)將產(chǎn)物通過X射線衍射(XRD)分析進(jìn)行相鑒定，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)進(jìn)行形貌觀察，最后得到微米級(jí)的Fe3O4顆粒，平均粒徑約為I y m。實(shí)施例2I)將FeSO4 7H20和NaOH分別溶于蒸餾水中，溶解后形成濃度為3.50mol/L的FeSO4溶液和濃度為11.0OmoI/L的NaOH溶液；2)將步驟I配置的FeSO4溶液溶于步驟I配置的NaOH溶液中，控制FeSO4溶液與NaOH溶液的體積比為2:5，攪拌使其充分溶解；3)用低頻超聲波輔助處理步驟2所得的混合溶液，超聲功率為70W，超聲時(shí)間為12min，直至混合液呈淺綠色；4)將步驟3獲得的溶液移入體積為的特氟龍水熱釜中，填充比為80%，在200°C溫度下，保溫15h ；5)在步驟4所得沉淀中加入200ml蒸餾水沖洗，并進(jìn)行離心處理，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為12000r/min,離心時(shí)間為5min，離心操作完成后將大部分上層清液倒掉，如此反復(fù)清洗9次，直至上層清液為中 性(pH=7.0 7.5)，得到沉淀物；6)將步驟5所得沉淀物在120°C條件下，空氣氣氛中進(jìn)行干燥，獲得產(chǎn)物；7)將產(chǎn)物通過X射線衍射(XRD)分析進(jìn)行相鑒定，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)進(jìn)行形貌觀察，最后得到微米級(jí)的Fe3O4顆粒，平均粒徑約為2 u m。實(shí)施例3I)將FeSO4 *7H20和NaOH分別溶于蒸餾水中，溶解后形成濃度為5.0mol/L的FeSO4溶液和濃度為20.0OmoI/L的NaOH溶液；2)將步驟I配置的FeSO4溶液溶于步驟I配置的NaOH溶液中，控制FeSO4溶液與NaOH溶液的體積比為2:5，攪拌使其充分溶解；3)用低頻超聲波輔助處理步驟2所得的混合溶液，超聲功率為70W，超聲時(shí)間為lOmin，直至混合液呈淺綠色；4)將步驟3獲得的溶液移入體積為的特氟龍水熱釜中，填充比為90%，在280°C溫度下，保溫IOh ；5)在步驟4所得沉淀中加入200ml蒸餾水沖洗，并進(jìn)行離心處理，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為12000r/min,離心時(shí)間為lOmin，離心操作完成后將大部分上層清液倒掉，如此反復(fù)清洗6次，直至上層清液為中性(pH=7.0 7.5)，得到沉淀物；6)將步驟5所得沉淀物在80°C條件下，空氣氣氛中進(jìn)行干燥，獲得產(chǎn)物；7)將產(chǎn)物通過X射線衍射(XRD)分析進(jìn)行相鑒定，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)進(jìn)行形貌觀察，最后得到微米級(jí)的Fe3O4顆粒，平均粒徑為I y m。實(shí)施例4I)將FeSO4 7H20和NaOH分別溶于蒸餾水中，溶解后形成濃度為4.50mol/L的FeSO4溶液和濃度為23.0mol/L的NaOH溶液；2)將步驟I配置的FeSO4溶液溶于步驟I配置的NaOH溶液中，控制FeSO4溶液與NaOH溶液的體積比為2:5，攪拌使其充分溶解；3)用低頻超聲波輔助處理步驟2所得的混合溶液，超聲功率為70W，超聲時(shí)間為8min，直至混合液呈淺綠色；
4)將步驟3獲得的溶液移入體積為的特氟龍水熱釜中，填充比為70%，在180°C溫度下，保溫12h ；5)在步驟4所得沉淀中加入200ml蒸餾水沖洗，并進(jìn)行離心處理，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為12000r/min,離心時(shí)間為lOmin，離心操作完成后將大部分上層清液倒掉，如此反復(fù)清洗8次，直至上層清液為中性(pH=7.0 7.5)，得到沉淀物；6)將步驟5所得沉淀物在120°C條件下，空氣氣氛中進(jìn)行干燥，獲得產(chǎn)物；7)將產(chǎn)物通過X射線衍射(XRD)分析進(jìn)行相鑒定，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)進(jìn)行形貌觀察，最后得到微米級(jí)的Fe3O4顆粒，平均粒徑為I μ m。實(shí)施例5I)將FeSO4.7H20和NaOH分別溶于蒸餾水中，溶解后形成濃度為2.40mol/L的FeSO4溶液和濃度為18.20mol/L的NaOH溶液；2)將步驟I配置的FeSO4溶液溶于步驟I配置的NaOH溶液中，控制FeSO4溶液與NaOH溶液的體積比為2:5，攪拌使其充分溶解；3)用低頻超聲波輔助處理步驟2所得的混合溶液，超聲功率為60W，超聲時(shí)間為lOmin，直至混合液呈淺綠色；4 )將步驟3獲得的溶液移入體積為的特氟龍水熱釜中，填充比為60%，在200°C溫度下，保溫15h ；5)在步驟4所得沉淀中加入200ml蒸餾水沖洗，并進(jìn)行離心處理，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為12000r/min,離心時(shí)間為lOmin，離心操作完成后將大部分上層清液倒掉，如此反復(fù)清洗9次，直至上層清液為中性(pH=7.0 7.5)，得到沉淀物；6)將步驟5所得沉淀物在120°C條件下，空氣氣氛中進(jìn)行干燥，獲得產(chǎn)物；7)將產(chǎn)物通過X射線衍射(XRD)分析進(jìn)行相鑒定，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)進(jìn)行形貌觀察，最后得到微米級(jí)的Fe3O4顆粒，平均粒徑為2 μ m。
權(quán)利要求
1.一種微米級(jí)Fe3O4的可控制備方法，其特征在于:按照體積比為2:5混合FeSO4溶液和氫氧化鈉溶液，充分溶解后，采用低頻超聲波輔助處理，直至混合液呈淺綠色；接著，將溶液移入特氟龍水熱釜中，其中，反應(yīng)釜的填充比為60 90%，在160 280°C保溫10 15h，取出沉淀物，沖洗后離心處理，然后在120°C下于空氣氣氛中干燥即可。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述FeSO4溶液的摩爾濃度為2.00 5.00mol/L。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為11.00 23.00mol/L。
4.如權(quán)利要 求1所述的方法，其特征在于:低頻超聲波輔助處理時(shí)，超聲功率為40-70W。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:從所述水熱釜中取出的沉淀物經(jīng)離心后清洗至中性后再干燥。
6.一種微米級(jí)Fe3O4的可控制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)將摩爾濃度為2.00 5.0OmoI/L的FeSO4溶液溶于摩爾濃度為11.00 23.0Omol/L的NaOH溶液中，控制FeSO4溶液與NaOH溶液的體積比為2: 5，攪拌使其充分溶解； 2)用低頻超聲波輔助處理步驟I所得的混合溶液，超聲功率為40 70W，超聲時(shí)間為8 12min,直至混合液呈淺綠色； 3)將步驟2獲得的溶液移入特氟龍水熱釜中，填充比為60 90%，在160-280°C溫度下，保溫10 15h ； 4)在步驟3所得沉淀中加入200ml蒸餾水沖洗，并進(jìn)行離心處理，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為12000r/min,離心操作完成后將大部分上層清液倒掉，如此反復(fù)清洗5 10次，直至上層清液為中性，得到沉淀物； 5)將步驟4所得沉淀物在120°C條件下，空氣氣氛中進(jìn)行干燥，獲得產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微米級(jí)Fe3O4的可控制備方法，按照體積比為2:5混合FeSO4溶液和氫氧化鈉溶液，充分溶解后，采用低頻超聲波輔助處理，直至混合液呈淺綠色；接著，將溶液移入特氟龍水熱釜中，其中，反應(yīng)釜的填充比為60～90%，在160～280℃保溫10～15h，取出沉淀物，沖洗后離心處理，然后在120℃下于空氣氣氛中干燥即可。本發(fā)明方法解決了成核和生長(zhǎng)不可控制的問題，制備的微米尺寸的顆粒粒徑分布非常窄，相純度較高。
文檔編號(hào)C01G49/08GK103204551SQ201310128178
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者于成龍, 高丹鵬, 郝欣, 王斐, 喬暢君, 郝曉明, 霍仁杰, 王志剛 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)