本發(fā)明涉及一種納米Fe3-xSnxO4材料的制備方法,特別涉及一種氣相化學(xué)運(yùn)輸法制備納米Fe3-xSnxO4材料的方法,屬于錫鐵納米材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù):
錫以及錫的多元氧化物具有良好的半導(dǎo)體性能,其中Fe3-xSnxO4廣泛的應(yīng)用于制備鐵氧磁性材料、電力變壓器鐵芯、氣敏材料、多相催化劑以及磁性記憶材料等等。尤其是作為鐵氧體磁性材料,主要用于磁性天線、電感器、變壓器、磁頭、耳機(jī)、繼電器、振動(dòng)子、延遲線、傳感器、微波吸收材料、電磁鐵、加速器高頻加速腔、磁場(chǎng)探頭、磁性基片、磁場(chǎng)屏蔽、高頻淬火聚能、電磁吸盤、磁敏元件(如磁熱材料作開關(guān))等。
Fe3-xSnxO4的制備方法主要是高溫固相反應(yīng),在1300℃以上的高溫條件下通過(guò)固相反應(yīng)法進(jìn)行合成,此方法雖然工藝簡(jiǎn)單,但是過(guò)高的反應(yīng)溫度會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物晶粒生長(zhǎng)過(guò)大,產(chǎn)品粒度粗,在幾十甚至上百微米粒級(jí),僅適用于制備鐵氧體材料和吸波材料等初級(jí)用途。
而納米級(jí)的Fe3-xSnxO4具有優(yōu)良的催化和氣敏性能,可以廣泛的應(yīng)用于制備催化劑以及氣敏器件。納米Fe3-xSnxO4的主要制備方法是濕化學(xué)合成法,主要包括利用共沉淀和離子交換法,首先將鐵和錫的可溶性氯鹽或者硝酸鹽配成特定比例溶液后,再添加氨水或者NaOH溶液調(diào)整pH,使錫和鐵共同沉淀,獲得羥基錫鐵化合物沉淀物,經(jīng)過(guò)有機(jī)溶劑的反復(fù)過(guò)濾、洗滌,將雜質(zhì)離子洗脫后,最后將沉淀物在200-600℃的溫度下進(jìn)行焙燒脫水,獲得錫鐵尖晶石產(chǎn)品,濕化學(xué)合成法的主要優(yōu)點(diǎn)是獲得產(chǎn)品粒均勻、可控,尤其在制備納米尺度的顆粒產(chǎn)品。但是濕法過(guò)程不可避免使用到各種有機(jī)溶劑洗滌劑,會(huì)產(chǎn)生一定環(huán)境污染;另外濕法合成產(chǎn)率低、制備工藝復(fù)雜。然而多元氧化物制備過(guò)程中,不同元素的沉淀性質(zhì)存在差異,導(dǎo)致獲得產(chǎn)品中,元素存在偏析,均勻性不佳,嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。
氣相化學(xué)運(yùn)輸是一種制備高品質(zhì)單晶物質(zhì)的方法,主要用于合成溶液體系極其不穩(wěn)定的多元氯化、硫化、碘化、氧化物等,此方法也用于稀有金屬以及稀土元素的分離回收等工藝。氣相化學(xué)運(yùn)輸法制備的產(chǎn)品純度高、晶體結(jié)構(gòu)可控。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有的制備納米Fe3-xSnxO4材料的方法存在流程長(zhǎng),產(chǎn)率低等不足,本發(fā)明的目的是在于提供一種焙燒溫度低、時(shí)間短的通過(guò)氣相運(yùn)輸方法制備高純度、粒徑均勻的Fe3-xSnxO4材料的制備方法,該方法工藝簡(jiǎn)單、高效,有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的,本發(fā)明提供了一種氣相化學(xué)運(yùn)輸法制備納米Fe3-xSnxO4材料的方法,該方法是將SnO2置于含CO和CO2混合氣氛中,于850~950℃溫度下進(jìn)行一段焙燒,焙燒煙氣直接引入裝有納米羥基鐵粉末的爐中,在875~975℃溫度下進(jìn)行二段焙燒,即得納米Fe3-xSnxO4。
本發(fā)明的技術(shù)方案主要針對(duì)SnO2性質(zhì)穩(wěn)定,在1300℃以下很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的問(wèn)題,提出一種制備納米Fe3-xSnxO4材料的全新思路。本發(fā)明的技術(shù)方案將Fe3-xSnxO4材料的制備分兩段進(jìn)行,一段反應(yīng)過(guò)程中,通過(guò)控制還原氣氛,可以將SnO2還原成易揮發(fā)的SnO;二段反應(yīng)過(guò)程中以納米羥基鐵粉末為原料,其在高溫下加熱生成納米鐵氧化物,而新生成的納米鐵氧化物與氣相SnO接觸進(jìn)行氣固原位反應(yīng),氣態(tài)SnO有極高的活性,新生成的納米鐵氧化物反應(yīng)活性也較高,在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下,兩者反應(yīng)變得容易,生成高純度的晶相均勻穩(wěn)定的納米Fe3-xSnxO4產(chǎn)物。兩段焙燒溫度均控制在1000℃以下,且二段氣固反應(yīng)為原位反應(yīng),產(chǎn)物中不會(huì)有液相出現(xiàn),便于對(duì)產(chǎn)物粒度組成的控制,使Fe3-xSnxO4保持原有的納米鐵氧化物前軀體粒徑,使產(chǎn)品的粒徑均勻。
優(yōu)選的方案,含CO和CO2混合氣氛中CO的體積百分比含量為10~15.5%。
優(yōu)選的方案,一段和二段的焙燒時(shí)間為10~30min。
優(yōu)選的方案,納米羥基鐵粉末粒徑為100~500nm。納米羥基鐵粉末即氫氧化鐵沉淀前驅(qū)體是通過(guò)常規(guī)化學(xué)沉淀法得到,將其粒徑控制在100~500nm是本技術(shù)領(lǐng)域容易實(shí)現(xiàn)的。
相對(duì)現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明申請(qǐng)的技術(shù)方案帶來(lái)的有益技術(shù)效果:
1)本發(fā)明制備納米Fe3-xSnxO4材料的過(guò)程溫度控制在1000℃以下,且反應(yīng)時(shí)間控制在10~30min內(nèi),使反應(yīng)條件溫和化,達(dá)到節(jié)能、降低成本的目的??朔藗鹘y(tǒng)的固相反應(yīng)法制備Fe3-xSnxO4材料需在1300℃以上高溫下焙燒,且焙燒時(shí)間長(zhǎng)的缺陷。
2)本發(fā)明申請(qǐng)的技術(shù)方案通過(guò)SnO氣態(tài)與納米鐵氧化物固態(tài)進(jìn)行氣固原位反應(yīng),可以獲得純度高,晶相結(jié)構(gòu)均勻穩(wěn)定,而粒徑分布均勻的納米Fe3-xSnxO4產(chǎn)物,克服了現(xiàn)有的固相反應(yīng)方法制備的產(chǎn)物由于有液相出現(xiàn),難以對(duì)產(chǎn)物粒度組成的控制以及產(chǎn)品晶相不均勻,存在組分偏析等缺陷。
附圖說(shuō)明
【圖1】是實(shí)施例1的產(chǎn)品XRD圖譜。
【圖2】是實(shí)施例1的產(chǎn)品掃描電鏡圖。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明內(nèi)容,而不是限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1
以分析純的SnO2為原料,置于CO與CO2組成的焙燒氣氛中進(jìn)行一段焙燒,焙燒溫度為950℃,焙燒氣氛為[CO/(CO+CO2)]為10%,焙燒煙氣直接隨氣流通入二段焙燒爐;二段焙燒爐中放置的納米氫氧化鐵粉末,平均粒度為200nm,二段焙燒爐的溫度為875℃,焙燒時(shí)間10min。焙燒結(jié)束后,關(guān)閉焙燒爐加熱裝置,并通入惰性氣氛(高純N2)保護(hù)冷卻至室溫,取出樣品,獲得高純納米Fe3-xSnxO4,經(jīng)XRD定量分析,產(chǎn)品Fe3-xSnxO4(x=0.2),純度達(dá)到99.2%。產(chǎn)品XRD圖見圖1所示,產(chǎn)品中唯一的物相為Fe3-xSnxO4(x=0.2),說(shuō)明產(chǎn)品純度高;產(chǎn)品掃描電鏡圖見圖2所示,產(chǎn)品粒度均勻,粒徑在200納米左右。
實(shí)施例2
以分析純的SnO2為原料,置于CO與CO2組成的焙燒氣氛中進(jìn)行一段焙燒,焙燒溫度為870℃,焙燒氣氛為[CO/(CO+CO2)]為13.5%,焙燒煙氣直接隨氣流通入二段焙燒爐;二段焙燒爐中放置的納米氫氧化鐵粉末,平均粒度為500nm,二段焙燒爐的溫度為955℃,焙燒時(shí)間20min。焙燒結(jié)束后,關(guān)閉焙燒爐加熱裝置,并通入惰性氣氛(高純N2)保護(hù)冷卻至室溫,取出樣品,獲得高純納米Fe3-xSnxO4,經(jīng)XRD定量分析,產(chǎn)品Fe3-xSnxO4(x=0.4),純度達(dá)到99.1%,產(chǎn)品粒度均勻,平均粒徑在500納米左右。
實(shí)施例3
以分析純的SnO2為原料,置于CO與CO2組成的焙燒氣氛中進(jìn)行一段焙燒,焙燒溫度為850℃,焙燒氣氛為[CO/(CO+CO2)]為15.5%,焙燒煙氣直接隨氣流通入二段焙燒爐;二段焙燒爐中放置的納米氫氧化鐵粉末,平均粒度為250nm,二段焙燒爐的溫度為975℃,焙燒時(shí)間30min。焙燒結(jié)束后,關(guān)閉焙燒爐加熱裝置,并通入惰性氣氛(高純N2)保護(hù)冷卻至室溫,取出樣品,獲得高純納米Fe3-xSnxO4,經(jīng)XRD定量分析,產(chǎn)品Fe3-xSnxO4(x=0.5),純度達(dá)到98.7%,產(chǎn)品粒度均勻,粒徑在250納米左右。
實(shí)施例4
以分析純的SnO2為原料,置于CO與CO2組成的焙燒氣氛中進(jìn)行一段焙燒,焙燒溫度為850℃,焙燒氣氛為[CO/(CO+CO2)]為10%,焙燒煙氣直接隨氣流通入二段焙燒爐;二段焙燒爐中放置的納米氫氧化鐵粉末,平均粒度為400nm,二段焙燒爐的溫度為975℃,焙燒時(shí)間30min。焙燒結(jié)束后,關(guān)閉焙燒爐加熱裝置,并通入惰性氣氛(高純N2)保護(hù)冷卻至室溫,取出樣品,獲得高純納米Fe3-xSnxO4,經(jīng)XRD定量分析,產(chǎn)品Fe3-xSnxO4(x=0.1),純度達(dá)到99.0%產(chǎn)品粒度均勻,粒徑在400納米左右。