一种绿锈的制备方法技术

本发明专利技术属于无机化工技术领域，具体涉及一种各种铁氧体生成过程中产生的一种重要中间体－绿锈的制备方法。具体步骤如下：搭建反应装置，以摩尔浓度为２．５×１０↑［－４］～７．５×１０↑［－４］ｍｏｌ／ｌ的抗坏血酸水溶液为溶剂，ＦｅＳＯ↓［４］作为溶质配制亚铁溶液，置于氮气气氛下的四口烧瓶中；将碱性溶液置于恒压滴定漏斗的一根管子中，Ｆｅ↓［２］（ＳＯ↓［４］）↓［３］溶液置于恒压滴定漏斗的另一根管子中；ＦｅＳＯ↓［４］和Ｆｅ↓［２］（ＳＯ↓［４］）↓［３］溶液的摩尔浓度相等；采用磁力搅拌，使四口烧瓶中的溶液搅拌均匀，将四口烧瓶中溶液的ｐＨ值调节至６，滴加Ｆｅ↓［２］（ＳＯ↓［４］）↓［３］溶液，同时滴加碱性溶液，使溶液的ｐＨ值保持在６；待Ｆｅ↓［２］（ＳＯ↓［４］）↓［３］溶液滴完后，记录溶液的ｐＨ值，继续向溶液中滴加碱性溶液，同时观察溶液颜色变化，直到溶液的ｐＨ值为７，反应结束；陈化，即得所需产品。本发明专利技术制备的绿锈纯度高，反应条件温和。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机化工
，具体涉及一种各种铁氧体生成过程中产生的一种重要中间体——绿锈的制备方法。
技术介绍
目前，绿锈作为一种重要的中间产物，对其形成的研究不仅可以为制备纳米级铁氧体提供理论指导，而且对金属腐蚀、环境工程等相关领域也有应用价值。近年来已有研究人员开始以绿锈为最终产物进行合成，通常采用的工艺是氧化法和共沉淀法进。氧化法是在无氧条件下将Fe(II)沉淀，形成Fe(OH)2的悬浮液，然后部分氧化制得绿锈。氧化法制备绿锈虽然原理简单，但是对亚铁离子氧化程度的控制比较困难，所需条件十分苛刻，需严格控制氧化剂、pH值及各阴、阳离子的浓度等条件。共沉淀法是在隔绝氧气条件下，将亚铁和铁溶液按一定比例混合，加入碱性沉淀剂NaOH制的。共沉淀法在实际操作中需要严格控制氧气，做到无氧操作，这给研究带来困难，操作成本也会提高。另外共沉淀合成产物中有针状物存在，产物收率有待于提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成核速度快、产物收率高的绿锈的制备方法。本专利技术提出的绿锈的制备方法，具体步骤如下：a、搭建反应装置，四口烧瓶10的第一个口连接两口连接管4，两口连接管4上方分别连接恒压滴定漏斗1，两个恒压滴定漏斗1内分别加入Fe2(SO4)3溶液2和碱性溶液3，恒压滴定漏斗1的上口用橡皮塞塞紧，以防止空气进入；四口烧瓶10中的第二个口分别连接甘汞电极5和氮气进管6，第三个口连接pH电极7，第四个口分别连接对电极8和工作电极9，四口烧瓶10置于电磁搅拌器11上；b、以摩尔浓度为2.5×10-4～7.5×10-4mol/L的抗坏血酸(Vc)水溶液为溶剂，FeSO4作为溶质配制100ml浓度为0.03～0.07M的亚铁溶液，置于氮气气氛下的四口烧瓶10中；c、将0.1M的碱性溶液3置于恒压滴定漏斗1的一根管子中，50ml浓度为0.03～0.07M的Fe2(SO4)3溶液2置于恒压滴定漏斗1的另一根管子中；其中，FeSO4和Fe2(SO4)3溶液的摩尔浓度相等；d、采用磁力搅拌，使四口烧瓶10中的溶液搅拌均匀，将四口烧瓶10中溶液的pH值调节至6，开始滴加Fe2(SO4)3溶液2，同时滴加碱性溶液3，以使溶液的pH值保持在6；-->e、待Fe2(SO4)3溶液2滴完后，记录溶液的pH值，继续向溶液中滴加碱性溶液3，同时观察溶液颜色变化，直到溶液的pH值为7，反应结束；f、陈化，即得所需产品。本专利技术中，所述碱性溶液为NaOH溶液或KOH溶液等中任一种，只要求碱性溶液中阳离子不和SO42-离子形成沉淀即可。本专利技术中，步骤(f)中所述陈化温度为65-75℃，陈化时间为1.5-3小时；或者陈化温度为常温，陈化时间为10-30天。本专利技术的有益效果：本专利技术方法用于合成中间体，对绿锈结构的研究表明，绿锈晶体本身具有整齐规整的晶格，如果能够直接从绿锈晶体转化为Fe3O4等铁系氧化物，具有可操作性，并且该方法得到的颗粒粒度分布情况可能得到改善。本专利技术中，由于绿锈具有极强的吸附能，可降低阴离子浓度，如：铬酸根，硝酸根，硒酸根等，因此可以用于环保中处理含重金属的污水。绿锈作为钢铁腐蚀的中间产物，因此在钢铁的防腐等方面有着极其重要的意义。它是钢铁腐蚀学、海洋学等的重要研究对象。本专利技术制备的绿锈纯度高，反应条件温和。附图说明图1是本专利技术制备方法的反应装置图。图2是实施例1滴加法制备绿锈放置15天后的电子透射电镜(TEM)图片。图3是实施例2滴加法制备绿锈当天的电子透射电镜(TEM)图片。图4是实施例2滴加法制备绿锈70℃陈化2小时后的电子透射电镜(TEM)图片。图5是实施例2滴加法制备绿锈常温陈化15天后的电子透射电镜(TEM)图片。图6是采用现有技术共沉淀法制备绿锈70℃陈化2小时后的电子透射电镜(TEM)图片，其溶剂是5.0×10-4mol/L抗坏血酸(Vc)的水溶液，FeSO4和Fe2(SO4)3浓度为0.05M，与实施例2的反应条件相同。图7是实施例3滴加法制备绿锈70℃陈化2小时后的电子透射电镜(TEM)图片。图中标号：1为恒压滴定漏斗，2为Fe2(SO4)3溶液，3为碱性溶液，4为两口连接管，5为甘汞电极，6为氮气进管，7为pH电极，8为对电极，9为工作电极，10为四口烧瓶，11为电磁搅拌器。具体实施方式下面通过实施例进一进说明本专利技术。-->实施例1：以2.5×10-4mol/L抗坏血酸(Vc)的水溶液作溶剂，FeSO4和Fe2(SO4)3浓度为0.03M。a、搭建反应装置，四口烧瓶10的第一个口连接两口连接管4，两口连接管4上方分别连接恒压滴定漏斗1，两个恒压滴定漏斗1内分别加入Fe2(SO4)3溶液2和NaOH溶液3，恒压滴定漏斗1的上口用橡皮塞塞紧，以防止空气进入；四口烧瓶中的第二个口分别连接甘汞电极5和氮气进管6，第三个口连接pH电极7，第四个口分别连接对电极8和工作电极9，四口烧瓶10置于电磁搅拌器11上；b、采用含抗坏血酸(Vc)2.5×10-4mol/L的水溶液作溶剂，FeSO4作为溶质配制100ml0.03M亚铁溶液，置于氮气气氛下的四口烧瓶中，防止空气中氧气溶解进入溶液。c、将0.1M的NaOH溶液和50ml 0.03M的Fe2(SO4)3溶液分别置于恒压滴定漏斗中。d、采用磁力搅拌，充分搅拌，保证溶液搅拌均匀，将四口烧瓶中溶液pH值调节至6，滴加Fe2(SO4)3溶液，同时滴加NaOH溶液以保持pH值不变。e、待恒压滴定漏斗中Fe2(SO4)3溶液滴完，继续向溶液中滴加NaOH，并维持滴加速度4d/s(每滴体积大约为0.55ml)不变。f、记录Fe2(SO4)3溶液滴完之后pH值改变情况，同时观察溶液颜色变化，直到pH＝7，反应结束。g、70℃条件下陈化2小时左右，能得到绿锈晶体。从图2可知，由于反应物浓度过低造成绿锈形成的速度过慢，反应时间增长，但绿锈仍能正常生成。从理论上分析，绿锈生成实验中反应物浓度并没有最低浓度之说，但是由于检测手段限制和反应时间长短的要求，反应物浓度不能太低。实施例2：以5.0×10-4mol/L抗坏血酸(Vc)的水溶液作溶剂，FeSO4和Fe2(SO4)3的浓度均为0.05M。a、搭建反应装置，四口烧瓶10的第一个口连接两口连接管4，两口连接管4上方分别连接恒压滴定漏斗1，两个恒压滴定漏斗1内分别加入Fe2(SO4)3溶液2和NaOH溶液3，恒压滴定漏斗1的上口用橡皮塞塞紧，以防止空气进入；四口烧瓶中的第二个口分别连接甘汞电极5和氮气进管6，第三个口连接pH电极7，第四个口分别连接对电极8和工作电极9，四口烧瓶10置于电磁搅拌器11上；b、采用含抗坏血酸(Vc)5.0×10-4mol/L的水溶液作溶剂，FeSO4作为溶质配制100ml0.05M亚铁溶液，置于氮气气氛下的四口烧瓶中，防止空气中氧气溶解进入溶液。c、将0.1M的NaOH溶液和50ml 0.05M的Fe2(SO4)3溶液分别置于恒压滴定漏斗中。d、采用磁力搅拌，充分搅拌，保证溶液搅拌均匀，将四口烧瓶中溶液pH值调节至6，-->滴加Fe2(SO4)3溶液，同时滴加NaOH以保持pH值不变。e、待恒压滴定漏斗中Fe2(SO4)3溶液滴完，继续向溶液中滴加NaOH，并维持滴加速度4d/s(每滴体积大约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绿锈的制备方法，其特征在于具体步骤如下：ａ、搭建反应装置，四口烧瓶（１０）的第一个口连接两口连接管（４），两口连接管（４）上方分别连接恒压滴定漏斗（１），两个恒压滴定漏斗（１）内分别加入Ｆｅ↓［２］（ＳＯ↓［４］）↓［３］溶液（ ２）和碱性溶液（３），恒压滴定漏斗（１）的上口用橡皮塞塞紧，以防止空气进入；四口烧瓶中的第二个口分别连接甘汞电极（５）和氮气进管（６），第三个口连接ｐＨ电极（７），第四个口分别连接对电极（８）和工作电极（９），四口烧瓶（１０）置于电磁搅拌器（１１）上；ｂ、以摩尔浓度为２．５×１０↑［－４］～７．５×１０↑［－４］ｍｏｌ／Ｌ的抗坏血酸水溶液为溶剂，ＦｅＳＯ↓［４］作为溶质配制１００ｍｌ浓度为０．０３～０．０７Ｍ的亚铁溶液，置于氮气气氛下的四口烧瓶中；ｃ、将０．１ Ｍ的碱性溶液置于恒压滴定漏斗（１）的一根管子中，５０ｍｌ浓度为０．０３～０．０７Ｍ的Ｆｅ↓［２］（ＳＯ↓［４］）↓［３］溶液置于恒压滴定漏斗（１）的另一根管子中；其中，ＦｅＳＯ↓［４］和Ｆｅ↓［２］（ＳＯ↓［４］）↓［３］溶液的摩尔浓度相等；ｄ、采用磁力搅拌，使四口烧瓶（１）中的溶液搅拌均匀，将四口烧瓶（１０）中溶液的ｐＨ值调节至６，开始滴加Ｆｅ↓［２］（ＳＯ↓［４］）↓［３］溶液（２），同时滴加碱性溶液（３），使溶液的ｐＨ值保持在６；ｅ、待Ｆｅ↓［２］（ＳＯ ↓［４］）↓［３］溶液（２）滴完后，记录溶液的ｐＨ值，继续向溶液中滴加碱性溶液（３），同时观察溶液颜色变化，直到溶液的ｐＨ值为７，反应结束；ｆ、陈化，即得所需产品。...

【技术特征摘要】
1、一种绿锈的制备方法，其特征在于具体步骤如下：a、搭建反应装置，四口烧瓶(10)的第一个口连接两口连接管(4)，两口连接管(4)上方分别连接恒压滴定漏斗(1)，两个恒压滴定漏斗(1)内分别加入Fe2(SO4)3溶液(2)和碱性溶液(3)，恒压滴定漏斗(1)的上口用橡皮塞塞紧，以防止空气进入；四口烧瓶中的第二个口分别连接甘汞电极(5)和氮气进管(6)，第三个口连接pH电极(7)，第四个口分别连接对电极(8)和工作电极(9)，四口烧瓶(10)置于电磁搅拌器(11)上；b、以摩尔浓度为2.5×10-4～7.5×10-4mol/L的抗坏血酸水溶液为溶剂，FeSO4作为溶质配制100ml浓度为0.03～0.07M的亚铁溶液，置于氮气气氛下的四口烧瓶中；c、将0.1M的碱性溶液置于恒压滴定漏斗(1)的一根管子中，50ml浓度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄民，宋芳，罗婕，吴俊，庄楚冬，李佟茗，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]