一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法
【專利摘要】一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，涉及一種化工材料，本發(fā)明提供了一種利用氧化鐵、鐵鹽制備超細(xì)四氧化三鐵的方法，包括以下步驟：將反應(yīng)物料加入到反應(yīng)器中，將反應(yīng)器加熱到200～350℃，壓力達(dá)到10.0～40MPa，并在該狀態(tài)下保持0.25～2h，停止加熱，自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)超聲分散、磁鐵分離、洗滌、真空干燥即可得到超細(xì)四氧化三鐵粉體。該制備反應(yīng)時間短、反應(yīng)溫度較低、無污染；整個過程工藝簡單；制備方法對原料的適用性強(qiáng)；所用原料廉價；制備產(chǎn)物易分離，所得的四氧化三鐵粒徑可控、分散性好。
【專利說明】一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化工材料，特別是涉及一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超細(xì)材料是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的新型功能基礎(chǔ)材料。由于超細(xì)材料存在著小尺寸效用、表面界面效用、量子尺寸效用以及量子隧道效用，使其具有許多特異性質(zhì)，在力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及化學(xué)、化工、航天等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。超細(xì)四氧化三鐵粉體在作為磁記錄材料、磁流體的基本材料、特殊催化劑原料、磁性顏料等方面顯示出許多特殊的功能，在生物【技術(shù)領(lǐng)域】和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域亦有著很好的應(yīng)用前景。目前超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法有許多，包括微乳液法(Factional Materials, 2005，26(11): 1762-1768)、水熱法(Environmental.Chem, 2005, 24(4): 419-422)、研磨法(Chin Particuol, 2007(5):357 - 358)、氫還原法(JMagnMagnMater，1983，39: 107-110)、高溫分解法(J Am ChemSoc, 2001，123: 12798-12802)、水解滴定法(US445773)、聲化學(xué)法(Mater Lett, 1997，33: 113-116)、電弧放電法(Langmuir, 2001，17: 5093-5097)、共沉淀法(Fine ChemEngineering, 2002，19(12): 707-710)、溶膠-凝膠法(Magn Magn Mater，2007，309 (I):307-311)、模板法(Colloid Interf Sci, 2004,278: 372-375)、溶劑熱法(J BiomedMater Res A, 2007，80(2): 333-341)以及超臨界流體法(J.Am.Chem.Soc.2010，132，12540-1254, Materials Letters.2010，64，2197-2200)等。這些方法雖然實現(xiàn)了超細(xì)四氧化三鐵的化學(xué)制備，但也存在一些問題，如微乳液結(jié)晶性能較差，磁性較低。水熱法操作復(fù)雜，設(shè)備要求高，反應(yīng)時間長。共沉淀法反應(yīng)過程中影響因素比較多且苛刻。溶膠-凝膠法成本偏高，凝膠 緩慢，合成周期長。模板法制備過程較為復(fù)雜，有一定局限性。溶劑熱法生產(chǎn)成本較高等。綜上所述，亟需開發(fā)一種簡單易行的超細(xì)Fe304的制備方法。目前為止，尚未有報道采用超(近)臨界甲醇在表面活性劑的輔助下制備超細(xì)四氧化三鐵粉體。本發(fā)明以廉價易得的氧化鐵、氯化鐵、硝酸鐵、碳酸鐵為前驅(qū)物，采用超(近)臨界低碳醇流體進(jìn)行超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備。該方法工藝簡單、成本低、產(chǎn)物純度高、產(chǎn)物粒徑可控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，該方法在超(近)臨界流體體系中制備超細(xì)四氧化三鐵粉體，反應(yīng)時間短；制備方法對原料的適用性強(qiáng)；所用原料廉價；制備產(chǎn)物易分離，所得的超細(xì)磁性四氧化三鐵粒徑可控、分散性好。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，所述方法包括如下制備步驟:
(a)將鐵基前驅(qū)物加入到反應(yīng)器中，然后向反應(yīng)器里加入溶劑介質(zhì)、表面活性劑，最后將反應(yīng)器內(nèi)的空氣排出；
(b)加熱反應(yīng)器至200~350°C，反應(yīng)壓力達(dá)到10.0~40MPa，并在該狀態(tài)下保持
0.25 ~2h ;(c)在溫度不變的條件下，將反應(yīng)器的壓力降至O~2MPa，并濾出溶劑；
Cd)停止加熱，將反應(yīng)器冷卻至室溫，取出反應(yīng)器內(nèi)的固體粉末，經(jīng)超聲分散、用磁鐵分離、洗滌、干燥即得到黑色超細(xì)四氧化三鐵粉體。
[0005]所述的一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，所述步驟(a)的鐵基前驅(qū)物包括氧化鐵、氯化鐵、硝酸鐵、碳酸鐵中的一種或幾種混合物；溶劑介質(zhì)包括甲醇、乙醇的一種或兩種混合物；表面活性劑包括十二烷基硫酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的一種或兩種混合物。
[0006]所述的一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，所述步驟(b)中的溫度為200~350°C，以250~300°C為優(yōu)；壓力為10~40MPa，以15~35MPa為優(yōu)；反應(yīng)時間為0.25~2h，以0.5~Ih為優(yōu)。
[0007]所述的一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，所述步驟(C)的降低反應(yīng)器的壓力至O~2 MPa，所用降壓時間為0.1~1.5h。
[0008]所述的一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，所述步驟(d)的干燥指在80°C下采用氮氣氣流輕吹。
[0009]在本發(fā)明中，在反應(yīng)溫度和壓力條件下,所用溶劑介質(zhì)處于(Sub-Critical)或(Super-Critical)狀態(tài),使得整個還原反應(yīng)在近臨界或超臨界介質(zhì)中進(jìn)行,增大了反應(yīng)速率，減小了反應(yīng)時間。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點與效果是:
本發(fā)明在超(近)臨界流體體系中制備Fe304，反應(yīng)時間短、反應(yīng)溫度低；整個過程工藝簡單；制備方法對原料使用性強(qiáng)；制備過程產(chǎn)品容易分離；所得產(chǎn)物較純、粒徑可控。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明制得的四氧化三鐵的XRD譜圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖所示實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0013]首先取適量氧化鐵或鐵鹽放入高壓反應(yīng)釜中，然后將適量甲醇或乙醇，少量表面活性劑加入高壓反應(yīng)釜中，封閉高壓反應(yīng)釜，進(jìn)行抽真空處理，對反應(yīng)器進(jìn)行加熱，使溫度達(dá)到100~350°C、壓力為10.0~40MPa，并在該狀態(tài)下保持0.25~2h ;然后保持溫度恒定的狀態(tài)下，在0.1~1.5 h內(nèi)，釋放反應(yīng)器內(nèi)的壓力至O~2 MPa,將反應(yīng)器冷卻至室溫，取出反應(yīng)器內(nèi)的固體粉末，經(jīng)超聲分散、磁鐵分離、洗滌、真空干燥即得到超細(xì)四氧化三鐵粉體。其中所需原料是氧化鐵、氯化鐵、硝酸鐵、碳酸鐵中的一種或幾種混合物；溶劑介質(zhì)包括甲醇、乙醇中的一種或兩種混合物；反應(yīng)溫度控制在100~350°C;反應(yīng)壓力控制在10.0~40MPa，反應(yīng)時間控制在0.25~2h ;釋放反應(yīng)器內(nèi)壓力的時間控制在0.1~1.5 h。以下為具體實施方案。
[0014]實施例1:
取1.60g硝酸鐵置入燒杯中，加入60g甲醇攪拌使其完全溶解轉(zhuǎn)移至耐壓反應(yīng)器中，再加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮，將反應(yīng)器密閉后抽真空至0.01MPa，加熱反應(yīng)器至270°C，壓力為15.0 MPa，然后在該條件下反應(yīng)0.25h，反應(yīng)結(jié)束壓力降至0.2 MPa，冷卻至室溫后，取出反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)物，超聲振動5分鐘、磁鐵分離、分別用去離子水、無水甲醇洗滌三次，在80°C下氮氣氣流下干燥后得0.5g黑色粉體。
[0015]實施例2:
稱取4.0g氯化鐵，使其溶解于80g甲醇中，向其中加入0.2g十二烷基硫酸鈉后，轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)器中，將反應(yīng)器密閉后排除內(nèi)部空氣，并將反應(yīng)器加熱至200°C，壓力為10.0MPa，保持2h，反應(yīng)結(jié)束壓力降至0.2 MPa，冷卻至室溫，取出反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)物，超聲振動5分鐘、磁鐵分離、分別用去離子水、無水甲醇洗滌三次，在80°C下氮氣氣流下干燥，所得產(chǎn)物為
1.9g0
[0016]實施例3:
將12.0g氯化鐵置于容積為0.15L的反應(yīng)器中，加入50g甲醇后、0.1g十二烷基硫酸鈉和0.1g聚乙烯吡咯烷酮，將反應(yīng)器密閉后抽真空后，加熱至300°C，壓力36.0 MPa,在該條件下保持0.5h，反應(yīng)結(jié)束后泄壓并冷卻至室溫后，將反應(yīng)后體系，進(jìn)行超聲處理5分鐘、磁鐵分離后、依次用去離子水、無水甲醇洗滌三次，干燥得黑色粉體5.6g。
[0017]實施例4:
向耐壓反應(yīng)器中加入9.0g碳酸鐵、70g乙醇和0.2g聚乙二醇，將反應(yīng)器密閉后抽真空至0.01MPa，加熱反應(yīng)器至300°C，壓力為40.0 MPa，然后在該條件下反應(yīng)1.5h，反應(yīng)結(jié)束壓力降至0.2 MPa，冷卻至室溫后，取出反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)物，超聲振動5分鐘、磁鐵分離、分別用去離子水、無水乙醇洗滌三次，在80°C下氮氣氣流下干燥，得4.7g產(chǎn)物。
[0018]實施例5:
取7.0g氧化鐵和3.0g硝酸鐵的混合物于耐壓反應(yīng)器中，加入30g甲醇再加入0.3g聚乙二醇，將反應(yīng)器密閉后抽真空至0.01MPa，加熱反應(yīng)器至350°C，壓力為20.0 MPa，然后在該條件下反應(yīng)lh，反應(yīng)結(jié)束壓力降至0.2 MPa，冷卻至室溫后，取出反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)物，超聲振動5分鐘、磁鐵分離、分別用去離子水、無水甲醇洗滌三次，在80°C下氮氣氣流下干燥，所得產(chǎn)物為7.6g。
[0019]實施例6:
將4.0g氧化鐵、4.0g氯化鐵、4.0g硝酸鐵加入容積為0.15L的反應(yīng)器中，然后加入40.0g甲醇、0.3g聚乙二醇， 將反應(yīng)器密閉后抽真空至0.01MPa，加熱反應(yīng)器至320°C，壓力為28.0 MPa，然后在該條件下反應(yīng)lh，反應(yīng)結(jié)束壓力降至0.2 MPa，冷卻，將反應(yīng)后體系進(jìn)行超聲振動5分鐘、利用磁鐵分離后、用去離子水、無水甲醇洗滌三次，在80°C下氮氣氣流下干燥，所得產(chǎn)物為6.9g。
【權(quán)利要求】
1.一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下制備步驟: Ca)將鐵基前驅(qū)物加入到反應(yīng)器中，然后向反應(yīng)器里加入溶劑介質(zhì)、表面活性劑，最后將反應(yīng)器內(nèi)的空氣排出； (b)加熱反應(yīng)器至200~350°C，反應(yīng)壓力達(dá)到10.0~40MPa，并在該狀態(tài)下保持0.25 ~2h ; (c)在溫度不變的條件下，將反應(yīng)器的壓力降至O~2MPa，并濾出溶劑； Cd)停止加熱，將反應(yīng)器冷卻至室溫，取出反應(yīng)器內(nèi)的固體粉末，經(jīng)超聲分散、用磁鐵分離、洗滌、干燥即得到黑色超細(xì)四氧化三鐵粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(a)的鐵基前驅(qū)物包括氧化鐵、氯化鐵、硝酸鐵、碳酸鐵中的一種或幾種混合物；溶劑介質(zhì)包括甲醇、乙醇的一種或兩種混合物；表面活性劑包括十二烷基硫酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的一種或兩種混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(b)中的溫度為200~350°C，以250~300°C為優(yōu)；壓力為10~40MPa，以15~35MPa為優(yōu)；反應(yīng)時間為0.25~2h，以0.5~Ih為優(yōu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(c)的降低反應(yīng)器的壓力至O~2MPa，所用降壓時間為0.1~1.5h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)四氧化三鐵粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(d)的干燥指在80°C下采用氮氣氣流輕吹。
【文檔編號】C01G49/08GK104003449SQ201410232831
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】李雙明, 牛明舉, 葛新, 姜勝男, 李文秀, 于三三 申請人:沈陽化工大學(xué)