本发明专利技术提供了一种硬模板法制备的磁性钴铁铁氧体及其制备方法。所采用的制备方法是以纸纤维或多空有机物为硬模板、在硬模板表面及孔内合成Ｃｏ↑［２＋］Ｆｅ↑［２＋］Ｆｅ↑［３＋］－ＬＤＨ，再经焙烧得到磁性钴铁铁氧体，由于硬模板的阻隔和吸附而产生的水滑石位置固定作用，极大地避免了烧结现象发生；从而得到形状一致、粒度均匀的钴铁铁氧体。用本方法可以制备出管状或颗粒状磁性钴铁铁氧体，其饱和磁化强度为６９－７２δ／ｅｍｕ.ｇ↑［－１］；其中管状磁性铁氧体的管径为０．３－１．０微米，管长为０．８－１．５微米，且分布均匀；颗粒状磁性铁氧体的粒径为５０－８０纳米，且分布均匀。提供的制备方法具有操作简便、工艺简单、对设备要求低和安全性高等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型钴铁铁氧体及其制备方法，具体涉及微米磁管状及纳米粒子状等 特殊形状钴铁铁氧体及其制备方法。所制备的钴铁铁氧体纳米粒子对有机染料甲基橙 具有良好的紫外光降解性能。
技术介绍
尖晶石型复合金属氧化物AB204是一类重要的无机非金属材料，其具有高熔点、 高机械强度、低介电常数和优良的光学性能，在催化、电化学、磁性、染色、工业耐 火等领域有着广泛的应用，尤其纳米AB204粒子的成功制备，更加拓宽了该类材料的 应用前景。通常情况下尖晶石型复合金属氧化物的制备方法主要有以下几种a、 化学共沉淀-焙烧法。该方法系传统制备方法，是将原料或前驱体在高温下焙 烧得到目标产物。例如，在文献J. Mater. Sci. Lett., 1991, 10(8): 474-476中，Pandya等 人利用非水滑石前驱体法、通过共沉淀及高温氧化制得了粒径为50纳米的粉体 CuFe204。在专利ZL200410062750.8中，通过先合成M卩+ZM,/Fe水滑石，然后以其 作为前驱体，在110(TC高温下焙烧得到尖晶石型铁氧体，但该方法得到直径为微米级 粉体铁氧体粒子，且粒径分布不均。b、 溶胶凝胶法，这是在20世纪90年代发现的一种湿化学合成法。但该反应工艺 条件不易控制，原料多数是有机物，成本高且对人体有害。在文献J. Mater. Res. 1993, 8: 1418-1427中，R. J. Willey等人利用该方法合成得到了铁氧体MgFe204。另外还有水热法、喷雾热解法、微乳液法、超临界法、冲击波合成法、微波场下 湿法合成、爆炸法以及高能球磨法等方法。以上各种合成制备方法都是在均相中进行的，得到物质大部分呈颗粒状。同时由 于高温烧结等因素的影响，使得合成颗粒具有粒径较大、粒径分布不均一的特点。随着电子工业的发展，尤其是微电子器件应用的需要，合成尺度均一的微管状或粒状铁 氧体成为必要。本专利技术介绍一种以优质细纸纤维和脱脂爆化玉米等为硬模板、以Co2+Fe2+Fe3+-LDH为前驱体合成微米管状或纳米粒状铁氧体的方法、以及合成的纳米粒状铁氧体对 有机染料的优异紫外光降解性能。经过文献及专利查询，该方法未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种硬模板法合成尺寸均匀的钴铁铁氧体及其制备方法。即 以纸纤维或多空有机物为硬模板、在硬模板表面及孔内合成C02+Fe2+Fe3+-LDH，再经 焙烧得到磁性钴铁铁氧体，由于硬模板的阻隔和吸附而产生的水滑石位置固定作用， 极大地避免了烧结现象发生；从而得到形状一致、粒度均匀的钴铁铁氧体。本专利技术制备的磁性钴铁铁氧体的形状是管状或颗粒状，饱和磁化强度为69-72 S/emirg—、其中管状磁性铁氧体的管径为0.3-1.0微米，管长为0.8-1.5微米，且分布均 匀；颗粒状磁性铁氧体的粒径为50-80纳米，且分布均匀。磁性钴铁铁氧体的制备方法是，在硬模板表面及孔内合成Co2+Fe2+Fe3+-LDH，经 洗涤、减压抽滤和干燥得到(:02^^^^+-!^ /硬模板吸附组装体，经焙烧得到钴铁铁氧体。具体制备步骤如下A、 在氮气保护下，用去离子水配制Co(N03)2'6H20、 FeSCV7H20和Fe2(S04)3的 混合溶液，并且使溶液中Fe2+、 Fe3+、 Co的摩尔比满足n (Fe2++Fe3Vnc。2+= 1:2的比例； 将硬模板加入上述溶液中剧烈搅拌使硬模板分散于盐溶液中，其中硬模板与混合溶液 中无机盐的质量比为1 :5-10;所述的硬模板是在高温下能完全分解的多空性有机物或 纸纤维，多空性有机物可以是颗粒直径在0.2-1.0微米之间的脱脂爆化玉米或直径在 1.0-10.0微米之间的聚烯烃小球；纤维纸的长度为10-50微米。B、 用氮气饱和的去离子水配制摩尔比为1.0-3.0: 1的NaOH和Na2C03混合碱溶 液，溶液中NaOH的浓度为1.5-2.5 M、 Na2C03的浓度为1.0-2.0 M，在氮气保护和剧烈搅拌条件下缓慢滴加到步骤A的溶液中直至pH达到9.0-11.5，继续搅拌4-10小时、 室温下静置晶化10-16小时，过滤并真空干燥所得固体物质；C、将以上固体产物置于马弗炉中焙烧，以2.5-5.0 tVmin的升温速率升至900-1100°C，维持3.0-5.0小时以除去纤维成分，得到钴铁铁氧体。所得铁氧体形^!及尺寸随加入的硬模板不同而不同，当硬模板为纸纤维时，得到 的是管状钴铁铁氧体，其管长为0.8-1.2微米、管径约1.0微米。当硬模板为多孔性有 机物时得到的是颗粒状纳米钴铁铁氧体，其粒径为50-80纳米。采用日本岛津XRD-6000型X射线衍射仪对实施例1和4得到的样品结构进行定性 分析，如图1所示。从图示可以看到，硬模板合成法得到的钴铁微米磁管和钴铁纳米颗 粒与文献Chem. Mater., 2004， 16: 1597-1602所提供的传统制备粉体钴铁铁氧体的晶体 结构相一致。采用北京恒久科学仪器厂生产的HCT-2型微机差热天平对实施例1所得样品的分 子结构和组成进行研究，如图2所示。从图可以看出，0)2卞^卞^+-1^ /纸纤维吸附 组装体在130 。C附近有一很强的吸热峰，这可能是由于水滑石失去表面吸附水和层间 结合水造成的，该过程样品失重量为16.4%;在130-230'C温度范围内，由于样品中 纸纤维开始发生碳化作用和水滑石骨架高温坍塌而形成大量的复合金属氧化物，这一 过程有20.4%的失重， 一强放热峰的出现证明了纸纤维碳化作用的发生；继续升高温 度到350-600 'C之间，纸纤维完全燃烧并形成C02挥发跑掉，使得该过程有24.9%的 失重发生和一个明显的放热过程出现。对于C^+F^+Fe^-LDH/爆化玉米吸附组装体来 说，体系在不同温度范围内的热失重和差热情况与0>2^￡2^^+-1^ /纤维类似。采用日本HITACHI S-4700型扫描电子显微镜(SEM)观测实施例1和4所得样 品形貌。从图3a可以看出，CohFehFe^-LDH均匀地存在于纸纤维表面。从图3b看 出，焙烧后形成粗细均一的管状钴铁铁氧体，管径约为1.0nm。从图4a可以看出，爆化玉米的空穴内和颗粒外表面均有大量Co2+Fe2+Fe3+-LDH 存在，且分布较为均匀。从图4b可以看出高温焙烧后得到的颗粒状钴铁铁氧体粒径大约为50.0nm，且粒径分布较为均一。采用JDM-13型振动样品磁强计定量测定实施例1和4得到的钴铁铁氧体磁管及纳 米粒子的比饱和磁化强度，测试样品质量为20.0mg，测量范围-10000Oe 10000 Oe， 所得磁滞回归曲线如图5所示。从图示可以算出钴铁铁氧体微米磁管和钴铁铁氧体纳米 颗粒的最大比饱和磁化强度分别为71.3 S/emirg和69.9 5/emu'g—1。采用Oxford MS-500穆斯堡尔谱仪(Co靶，Ka射线)对实施例1得到的钴铁 铁氧体磁管及纳米粒子中不同价态的金属元素分布及其含量比例进行分析，结果如图 6所示。计算表明，合成样品骨架中钴元素和位于晶体不同位置铁元素以及氧元素的 摩尔比为(Coo.45Feo.55) [Coo,83FeLn]04，符合铁氧体AB204组成特征。通过对合成的钴铁铁氧体纳米本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硬模板法制备磁性钴铁铁氧体的方法，具体制备步骤如下： Ａ、在氮气保护下，用去离子水配制Ｃｏ（ＮＯ↓［３］）↓［２］.６Ｈ↓［２］Ｏ、ＦｅＳＯ↓［４］.７Ｈ↓［２］Ｏ和Ｆｅ↓［２］（ＳＯ↓［４］）↓［３］的混合溶液，并且使溶液中Ｆｅ↑［２＋］、Ｆｅ↑［３＋］、Ｃｏ↑［２＋］的摩尔比满足ｎ↓［（Ｆｅ↑［２＋］＋Ｆｅ↑［３＋］）］／ｎ↓［Ｃｏ↑［２＋］］＝１∶２的比例；将硬模板加入上述溶液中剧烈搅拌使硬模板分散于盐溶液中，其中硬模板与混合溶液中无机盐的质量比为１∶５－１０；所述的硬模板是在高温下能完全分解的多空性有机物或纸纤维； Ｂ、用氮气饱和的去离子水配制摩尔比为１．０－３．０∶１的ＮａＯＨ和Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］混合碱溶液，溶液中ＮａＯＨ的浓度为１．５－２．５Ｍ、Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］的浓度为１．０－２．０Ｍ，在氮气保护和剧烈搅拌条件下缓慢滴加到步骤Ａ的溶液中直至ｐＨ达到９．０－１１．５，继续搅拌４－１０小时、室温下静置晶化１０－１６小时，过滤并真空干燥所得固体物质； Ｃ、将以上固体产物置于马弗炉中焙烧，以２．５－５．０℃／ｍｉｎ的升温速率升至９００－１１００℃，维持３．０－５．０小时，得到钴铁铁氧体。...
【技术特征摘要】
1.一种硬模板法制备磁性钴铁铁氧体的方法，具体制备步骤如下A、在氮气保护下，用去离子水配制Co(NO3)2·6H2O、FeSO4·7H2O和Fe2(SO4)3的混合溶液，并且使溶液中Fe2+、Fe3+、Co2+的摩尔比满足n(Fe2++Fe3+)/nCo2+＝1∶2的比例；将硬模板加入上述溶液中剧烈搅拌使硬模板分散于盐溶液中，其中硬模板与混合溶液中无机盐的质量比为1∶5-10；所述的硬模板是在高温下能完全分解的多空性有机物或纸纤维；B、用氮气饱和的去离子水配制摩尔比为1.0-3.0∶1的NaOH和Na2CO3混合碱溶液，溶液中NaOH的浓度为1.5-2.5M、Na2CO3的浓度为1.0-2.0M，在氮气保护和剧烈搅拌条件下缓慢滴加到步骤A的溶液中直至pH达到9.0-11.5，继续搅拌4-10小时、室温下静置晶化10-16小时，过滤并真空干燥所得固体物质；C、将以上固体产物置于马弗炉中焙烧，以2.5-5.0℃/min的升温速率升至900-1100℃，维持3...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐庆红，纪雪梅，马吉山，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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