專利名稱：一種呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法
技術領域：
本發明屬于制備超細粉末的技術領域，具體來說，涉及一種呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法。
背景技術：
目前四氧化三鐵超細粉體顆粒由于其化學穩定性好，制作原材料易得，制作過程相對較簡便，已被廣泛的應用于磁性功能材料，如磁記錄材料、磁分離材料和磁性顏料等功能材料。然而磁性材料的分散性直接影響到其應用前景，因此，制備出粒徑均勻，形狀規整， 磁性較強的磁性材料的研究成為磁性材料研究的焦點。四氧化三鐵顆粒的制備方法眾多， 普通采用的方法有兩種，一種是直接將摩爾比為2 1的三價鐵鹽與二價鐵鹽混合液與強堿性水溶液直接反應。該方法在制備過程中需要通入氮氣作為保護性氣體，從而致使操作過程復雜，生產成本高，難于規模化生產。第二種常用方法為水熱法合成。目前水熱法合成四氧化三鐵被廣泛應用。水熱制備過程中溫度較高，生成四氧化三鐵納米顆粒易團聚，致使水熱法合成納米四氧化三鐵分散性能不佳。然而水熱法操作簡單易于實現規模化生產。以上兩種方法均為在堿性環境下實現四氧化三鐵的制備，在堿性環境下制備的四氧化三鐵顆粒小，一般在100-5 nm，難以制備顆粒較大的四氧化三鐵顆粒。由于應用的需用，制備形貌規整，分散良好的粒徑均一磁性顆粒將有利于擴展磁性材料的運用。
發明內容
技術問題本發明所要解決的技術問題是一種呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法，該制備方法制成的四氧化三鐵顆粒的大小達到微米級，形狀呈規則的立方體，并且四氧化三鐵顆粒之間不會團聚，分散性好。技術方案為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是
本發明的呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟
101.將摩爾比為21的三價鐵鹽和二價鐵鹽溶解于去離子水中，形成反應液；
102.在步驟101得到的反應液中加入雙氧水，反應30分鐘后，在該反應液中滴入堿性溶液，將反應液PH值調至9-10，形成懸浮液；
103.將步驟102得到的懸浮液置于四氟乙烯底墊的不銹鋼反應釜中，并將該不銹鋼反應釜置入120-180°C的烘箱中，反應12小時后，冷卻至室溫，得到呈立方體的四氧化三鐵顆粒；
104.用去離子水清洗步驟103得到的四氧化三鐵顆粒，去除殘留在四氧化三鐵顆粒表面的鐵離子，然后干燥四氧化三鐵顆粒；
105.將步驟104得到的四氧化三鐵顆粒置于300-600°C的馬福爐中鍛燒4-12小時，得到四氧化三鐵顆粒。有益效果與現有技術相比，本技術方案具有以下有益效果
31.四氧化三鐵顆粒大小呈微米級，形狀呈規則的立方體。現有技術制備的四氧化三鐵顆粒大小一般在200-300 nm,呈納米級，且形狀復雜。而本技術方案制備的四氧化三鐵顆粒大小呈微米級，形狀呈長、寬、高都相等的立方體。2.四氧化三鐵顆粒之間不會團聚，分散性好，磁性佳。采用本技術方案所得四氧化三鐵顆粒屬于微米級。采用水或乙醇作分散劑在較小的外力作用下就能將本方案所制備的顆粒均勻的分散在分散劑中。顆粒之間的分散性好，不會團聚。由于顆粒大，在分散劑的沉降速大于現有水熱制備的四氧化三鐵顆粒，有利于擴展其應用范圍。3.減少堿性物質對環境的影響。本技術方案中，步驟102中，添加雙氧水作為氧化劑，使得鐵離子氧化生成。現有技術中依靠添加堿性物質作為氧化劑。因此，本技術方案中，通過雙氧水代替堿性物質作為氧化劑，減少了堿性物質對環境的影響。4.制備方法操作簡單，易于工業化生產。本技術方案提供的制備四氧化三鐵顆粒的步驟簡單，易于操作，能夠實現規模化的工業生產。
圖1是本發明實施例1制備的四氧化三鐵顆粒的掃描電鏡圖片。圖2是本發明實施例1制備的四氧化三鐵顆粒的X射線衍射圖片。
具體實施例方式本發明的一種呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法，包括以下步驟
101.將摩爾比為2 1的三價鐵鹽和二價鐵鹽溶解于去離子水中，形成反應液。102.在步驟101得到的反應液中加入雙氧水，反應30分鐘后，在該反應液中滴入堿性溶液，將反應液PH調至9-10，形成懸浮液。在該步驟中，雙氧水中的過氧化氫的濃度為30%，即過氧化氫占雙氧水的質量份數為30%。雙氧水與反應液的體積百分比為0. 6%— 4%。103.將步驟102得到的懸浮液置于四氟乙烯底墊的不銹鋼反應釜中，并將該不銹鋼反應釜置入120-180°C的烘箱中，反應12小時后，冷卻至室溫，得到呈立方體的四氧化三鐵顆粒。該步驟是制取四氧化三鐵顆粒的水熱反應。四氟乙烯是耐高溫材料。四氟乙烯材料制成的墊片可以提供水熱反應的內部密封環境。不銹鋼反應釜置于120-180°C的烘箱中， 提供四氧化三鐵顆粒形成的溫度。水在120-180°C情況下形成一種高溫高壓的內部環境，有利用四氧化三鐵顆粒的形成。在反應液中，依次加入雙氧水和堿性溶液后，雙氧水和堿性溶液共同與三價鐵離子和二價鐵離子反應，然后在120-180°C的烘箱中生成呈立方體四氧化三鐵顆粒，并且該顆粒的大小為微米級別。104.用去離子水清洗步驟103得到的四氧化三鐵顆粒，去除殘留在四氧化三鐵顆粒表面的鐵離子，然后干燥四氧化三鐵顆粒。在該步驟中，去離子水可以去除四氧化三鐵顆粒表面的鐵離子。去離子水清洗四氧化三鐵顆粒的次數優選三遍。清洗次數太少，則四氧化三鐵顆粒表面的鐵離子殘留就較多。清洗次數太多，則四氧化三鐵顆粒中的鐵離子就會被清洗，影響四氧化三鐵顆粒本身的
4形狀。另外，干燥四氧化三鐵顆粒在真空環境中進行，干燥時間為2-3小時。在真空環境中干燥四氧化三鐵顆粒，可以節省干燥時間，提高制備效率。105.將步驟104得到的四氧化三鐵顆粒置于300-600°C的馬福爐中鍛燒4_12小時，得到四氧化三鐵顆粒。在該步驟中，對四氧化三鐵顆粒進行高溫煅燒，使得四氧化三鐵顆粒的磁響應性加強，使得四氧化三鐵顆粒可以滿足磁性材料的要求。總的來說，該制備方法包括水熱反應和高溫鍛燒，水熱反應即步驟103， 通過水熱反應生成呈立方體的四氧化三鐵顆粒。高溫鍛燒即步驟105，通過高溫鍛燒增強四氧化三鐵顆粒的磁響應性。所謂的超分散四氧化三鐵顆粒，是指四氧化三鐵顆粒之間不會出現團聚現象，顆粒之間的可以接觸，但不會粘接在一起。本技術方案中的四氧化三鐵顆粒是微米級單晶。通過增大四氧化三鐵顆粒的大小，來提高四氧化三鐵顆粒的分散性。 下面通過三個實施例對本發明的技術方案進行具體說明。實施例1
將2. 7克氯化鐵和1克氯化亞鐵溶解于100 mL去離子水中，然后加入雙氧水1 mL，反應30分鐘后，滴入氨水1 mL，將反應液置于50 mL四氟乙烯底墊的不銹鋼反應釜中，將反應釜置入120°C反應12小時后，冷卻至室溫，得到呈立方體的四氧化三鐵顆粒；用去離子水清洗四氧化三鐵顆粒三遍，除去殘留在顆粒表面的鐵離子，真空干燥2小時后，置于300°C馬福爐中鍛燒12小時后，冷卻至室溫，得到四氧化三鐵顆粒。對最終得到的四氧化三鐵顆粒采用掃描電子顯微鏡進行表征，其放大倍數為1500倍，如圖1所示，四氧化三鐵顆粒的粒徑為3 μ m，顆粒之間的間隙大，分散性好，不會團聚，四氧化三鐵顆粒呈立方體。同時對最終得到的四氧化三鐵顆粒采用X射線衍射儀進行表征。掃描范圍為2 θ，從20度到80度。 如圖2所示，橫坐標為衍射角度，縱坐標為衍射峰強度，四氧化三鐵顆粒呈現出標準的四氧化三鐵晶相，并且結晶度較好，故四氧化三鐵顆粒的磁性較強。實施例2
將5. 4克氯化鐵和2克氯化亞鐵溶解于100 mL去離子水中，加入雙氧水1 mL，反應30 分鐘后，滴入lmol/L NaOH溶液1 mL，將反應液置于50 mL四氟乙烯底墊的不銹鋼反應釜中，將反應釜置入160°C的烘箱中反應12小時后，冷卻至室溫，得到呈立方體的四氧化三鐵顆粒，用去離子水清洗四氧化三鐵顆粒三遍，除去殘留在四氧化三鐵顆粒表面的鐵離子，真空干燥2小時后，置于500°C馬福爐中鍛燒6小時，得到四氧化三鐵顆粒。與實施例1采用的測試方法相同，對最終得到的四氧化三鐵顆粒采用掃描電子顯微鏡和X射線衍射儀進行表征，該四氧化三鐵顆粒呈立方體，同時，四氧化三鐵顆粒的粒徑為4 μ m，分散性好，結晶度好，磁性強。實施例3
將4克硫酸鐵和2. 7克硫酸亞鐵溶解于100 mL去離子水中，加入雙氧水1 mL，反應30 分鐘后，滴入氨水1 mL，將反應液置于50 mL四氟乙烯底墊的不銹鋼反應釜中，將反應釜置入140°C的烘箱中反應12小時后，冷卻至室溫，得到呈立方體的四氧化三鐵顆粒，用去離子水清洗四氧化三鐵顆粒三遍，除去殘留在四氧化三鐵顆粒表面的鐵離子，真空干燥2小時后，置于600°C馬福爐中鍛燒6小時，得到四氧化三鐵顆粒。對最終得到的四氧化三鐵顆粒采用掃描電子顯微鏡和X射線衍射儀進行表征，該四氧化三鐵顆粒呈立方體，同時，四氧化
5三鐵顆粒的粒徑為4 μ m,分散性好。
權利要求
1.一種呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟101.將摩爾比為21的三價鐵鹽和二價鐵鹽溶解于去離子水中，形成反應液；102.在步驟101得到的反應液中加入雙氧水，反應30分鐘后，在該反應液中滴入堿性溶液，將反應液PH值調至9-10，形成懸浮液；103.將步驟102得到的懸浮液置于四氟乙烯底墊的不銹鋼反應釜中，并將該不銹鋼反應釜置入120-180°C的烘箱中，反應12小時后，冷卻至室溫，得到呈立方體的四氧化三鐵顆粒；104.用去離子水清洗步驟103得到的四氧化三鐵顆粒，去除殘留在四氧化三鐵顆粒表面的鐵離子，然后干燥四氧化三鐵顆粒；105.將步驟104得到的四氧化三鐵顆粒置于300-600°C的馬福爐中鍛燒4-12小時，得到四氧化三鐵顆粒。
2.按照權利要求1所述的呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法，其特征在于，所述的步驟102中的雙氧水中的過氧化氫的濃度為30%，雙氧水與反應液的體積百分比為0. 6%—4%ο
3.按照權利要求1所述的呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法，其特征在于，所述的步驟104中，去離子水清洗四氧化三鐵顆粒三遍。
4.按照權利要求1所述的呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法，其特征在于，所述的步驟104中，干燥四氧化三鐵顆粒在真空環境中進行，干燥時間為2-3小時。
全文摘要
本發明公開了一種呈微米級立方體的超分散四氧化三鐵顆粒的制備方法，包括以下步驟101.將三價鐵鹽和二價鐵鹽溶解于去離子水中，形成反應液；102.在反應液中加入雙氧水，滴入堿性溶液，將反應液pH值調至9-10，形成懸浮液；103.將懸浮液置于四氟乙烯底墊的不銹鋼反應釜中，并將不銹鋼反應釜置入烘箱中，反應12小時后，冷卻至室溫，得到四氧化三鐵顆粒；104.用去離子水清洗四氧化三鐵顆粒，然后干燥顆粒；105.將步驟104得到的四氧化三鐵顆粒置于馬福爐中鍛燒，得到四氧化三鐵顆粒。該制備方法制成的四氧化三鐵顆粒的大小達到微米級，形狀呈規則的立方體，并且四氧化三鐵顆粒分散性好。
文檔編號C01G49/08GK102390872SQ20111022660
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月9日 優先權日2011年8月9日
發明者何農躍, 李國鵬, 李小龍, 李智洋 申請人:東南大學