利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用低分子有机物制备形貌可控赤铁矿的方法，包括：1)往Fe

【技术实现步骤摘要】
利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法
本专利技术涉及无机材料生产技术，具体地指一种利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法。
技术介绍
铁氧化物具备的优良催化特性和电磁性能使其在光、电、磁、催化及医药等领域应用广泛。α-Fe2O3赤铁矿是一种具有2.1eV光带能隙的n-型半导体材料，在磁学设备、颜料、催化剂、气敏材料、水的光氧化和光催化氧化的光电阳极材料、水及土壤环境中污染物吸附和降解等领域具有一定的应用前景。目前，制备赤铁矿的方法多为由表面活性剂和改性剂参与的水/溶剂热反应。其中，以FeCl3和NaOH为反应源，以乙醇水溶液或其它有机溶剂为反应溶剂，180℃水热反应10h可得边长为20nm左右的赤铁矿立方体，溶剂的类型影响合成产物形貌(Liang,X.；Wang,X.；Zhuang,J.；Chen,Y.；Wang,D.；Li,Y.,SynthesisofNearlyMonodisperseIronOxideandOxyhydroxideNanocrystals.AdvancedFunctionalMaterials2006,16(14),1805-1813)；以FeCl3与碱源CH3COOK或NaOH在[bmim]Cl和水的混合溶剂中150℃水热反应8h，可分别得到赤铁矿圆球体颗粒聚集体和立方体赤铁矿，产物尺寸可以通过改变反应溶剂中有机溶剂比例予以控制(Lian,J.；Duan,X.；Ma,J.；Peng,P.；Kim,T.；Zheng,W.,Hematite(α-Fe2O3)withVariousMorphologies:IonicLiquid-AssistedSynthesis,FormationMechanism,andProperties.ACSNano2009,3(11),3749-3761)。但上述过程中高温高压下赤铁矿的热液合成需要在体积较小的高压釜中进行，单次合成样品产量低，且高温高压反应条件对设备要求高、能耗大，难以满足其广泛应用的需要，此外，反应中有机溶剂的参与会对人类健康和环境造成不良影响。另外，模板法也是新兴的合成单分散性良好、颗粒尺寸均一、形貌可控赤铁矿的方法之一。其充分浸渍SiO2模板于FeSO4溶液中，于900～1200℃不同温度下煅烧4h后以NaOH溶液去除SiO2模板，得到分散性良好，粒径尺寸在4～50nm不同类型(α,β,γ,ε)的Fe2O3圆球体(Sakurai,S.；Namai,A.；Hashimoto,K.；Ohkoshi,S.-i.,FirstObservationofPhaseTransformationofAllFourFe2O3Phases(γ→ε→β→α-Phase).JournaloftheAmericanChemicalSociety2009,131(51),18299-18303)。然而，上述方法结合了模板法和高温煅烧法，是高温条件下的相转化合成过程，合成过程中需要制备模板、去除模板及高温处理，存在工艺复杂且能耗高的问题。化学沉淀法也是合成赤铁矿常见的方法，通常先水解合成弱晶质铁氧化物水铁矿，而后转化过程生成晶质铁氧化物，一般赤铁矿多形成于强酸性(pH<3)与弱碱性(pH为7～8)环境中，而针铁矿常形成于弱酸性(pH为3～6)与强碱性(pH为10～14)条件下。由于Fe(II)与水铁矿表面Fe(III)发生的电子转移作用可以疏松水铁矿的结构或促进其溶解，而Fe(II)可进一步通过催化溶解再结晶和催化固相转化来促进赤铁矿的形成。近几年，Fe(II)对晶质氧化铁形成与转化的影响备受关注。因此，Fe(II)催化合成铁氧化物的方法被逐渐提出，反应条件，如：温度和pH的不同可导致Fe(II)形态不同，其催化作用机理也不同，研究表明Fe(II)存在条件下，FeCl3和NaOH反应后于100℃条件下老化数小时，在磷酸根或磷酸二氢根作为添加剂的条件下合成得到粒径为60～80nm的圆球状赤铁矿(Liu,H.；Wei,Y.；Li,P.；Zhang,Y.；Sun,Y.,Catalyticsynthesisofnanosizedhematiteparticlesinsolution.MaterialsChemistryandPhysics2007,102(1),1-6)。上述方法虽能快速催化合成赤铁矿，但为了防止Fe(II)曝露于空气中被氧化，反应过程须在N2保护条件下进行，反应条件苛刻，不便于操作。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法，该方法制备效率高，在弱酸性、中性和强碱性条件下均可制备出纯相、尺寸分布均一且形貌可控的赤铁矿(α-Fe2O3)。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法，包括以下步骤：1)往Fe3+浓度为0.1～1mol/L的可溶性铁盐溶液中逐滴加入1～6mol/L的碱液，碱液滴加至溶液pH值为4～11；2)往步骤1)所得产物中加入含羟基的低分子有机物，所述含羟基的低分子有机物按与Fe3+的摩尔比例为0.5～4：100的量加入；3)往步骤2)所得产物中加入碱液，调节pH值至4～11；4)将步骤3)所得产物进行高温老化，然后冷却后离心分离出的固体沉淀物即为所述形貌可控赤铁矿颗粒。进一步地，所述含羟基的低分子有机物为含羟基的低分子有机酸。进一步地，所述含羟基的低分子有机物为含羟基和羧基的低分子有机酸，且所述含羟基和羧基的低分子有机酸中羧基基团个数与羟基基团个数的差值＜3。进一步地，所述含羟基的低分子有机物为酒石酸、苹果酸或葡萄糖。进一步地，所述步骤2)中，所述含羟基的低分子有机物按与Fe3+的摩尔比例为0.5～3：100的量加入。进一步地，所述步骤4)中，将步骤3)所得产物在100～120℃温度下油浴老化5～30h。进一步地，所述步骤1)中，所述可溶性铁盐为氯化铁、硝酸铁和硫酸铁中的一种或多种。进一步地，所述酒石酸按与Fe3+的摩尔比例为1～3：100的量加入。进一步地，所述苹果酸按与Fe3+的摩尔比例为0.5～1：100的量加入。更进一步地，所述步骤3)中，所述碱液采用0.1～0.5mol/L的碱金属离子的碱溶液。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：其一，现有化学沉淀法合成赤铁矿的过程中，为了防止Fe(II)曝露于空气中被氧化，反应过程须在N2保护条件下进行，制备条件苛刻。而本专利技术采用含羟基的低分子有机物作为还原剂还原Fe(III)持续生成Fe(II)，既解决了Fe(II)曝露于空气中被氧化的问题，同时也不需要反应时通N2保护，简化了操作程序，降低了生成成本，且易于实现大批量合成目标产物，大幅提高了制备效率。其二，本专利技术提供了一种在含羟基的低分子有机物存在条件下，化学沉淀一次快速合成大量结晶度良好、尺寸分布均一具有单分散性且形貌可控的纯相赤铁矿的方法；且本专利技术能够在常压条件下快速、大量合成形貌可控的赤铁矿。其中，含羟基的低分子有机物中所含羟基数量越多，其可控合成的形貌越多，合成的酸碱性条件限制越少。而且，随着含羟基的低分子有机物用量的增加，赤铁矿逐渐改变形貌，从而可有针对性地对不同形貌的赤铁矿的相应性能加以利用。其三，现有技术中，赤铁矿多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)往Fe

【技术特征摘要】
1.一种利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)往Fe3+浓度为0.1～1mol/L的可溶性铁盐溶液中逐滴加入1～6mol/L的碱液，碱液滴加至溶液pH值为4～11；2)往步骤1)所得产物中加入含羟基的低分子有机物，所述含羟基的低分子有机物按与Fe3+的摩尔比例为0.5～4：100的量加入；3)往步骤2)所得产物中加入碱液，调节pH值至4～11；4)将步骤3)所得产物进行高温老化，然后冷却后离心分离出的固体沉淀物即为所述形貌可控赤铁矿颗粒。2.根据权利要求1所述利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法，其特征在于：所述含羟基的低分子有机物为含羟基的低分子有机酸。3.根据权利要求1所述利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法，其特征在于：所述含羟基的低分子有机物为含羟基和羧基的低分子有机酸，且所述含羟基和羧基的低分子有机酸中羧基基团个数与羟基基团个数的差值＜3。4.根据权利要求1或2或3所述利用低分子有机物制备形貌可控的赤铁矿的方法，其特征在于：所述含羟基的低分子有机物为酒石酸、苹果酸或葡萄...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭文峰，陶正兴，汪明霞，
申请(专利权)人：武汉市富土环境工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42