一種花狀四氧化三鐵納米材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種花狀四氧化三鐵納米材料及其制備方法，以七水合硫酸亞鐵和氫氧化鉀為原料，聚乙烯吡咯烷酮為結構導向劑劑，硝酸鈉為氧化劑，先制備氫氧化亞鐵深綠色膠體，然后經過氧化過程，在70～90℃水浴100～180min，即制得花狀四氧化三鐵納米材料。本發明的材料分散性好，對磷和鎘金屬鎘(Ⅱ)的吸附性能好。在生物醫學、電子工業、環境保護等領域具有潛在應用價值。
【專利說明】
一種花狀四氧化三鐵納米材料及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于納米材料制備技術領域，具體涉及一種花狀四氧化三鐵納米材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]納米四氧化三鐵(Fe3O4)具有良好的化學穩定性，其原料價格低廉，制備方法相對簡單。在生物醫學、電子工業和環境保護等領域具有廣泛的應用。可以作為靶向藥物、數據存儲及去除環境污染物的載體。因此，研究合成納米四氧化三鐵對發展納米技術具有重要的理論價值和實際意義。
[0003 ]納米材料的性能與形貌結構存在構效關系，合成特殊形貌的納米Fe3(k是其研究的熱點之一。Kumar等采用β-環糊精結構中的孔道合成了均勾、長短大致相同的Fe3(k納米棒(Kumar R V1Koltypin Y,Xu X N,et al.J.Appl.Phys.,2001,89(11):6324-6328)0Wang^利用電化學制備方法合成了 “十”字形的Fe3Ck納米粒子(Wang C Y,Zhu G Μ,Chen Z Y，etal.Mater.Res.Bull., 2002，37:2525-2529) Jang等采用水熱法并借助磁場的誘導作用制備了Fe3O4納米線(Wang J,Chen Q W1Zeng C，et al.Adv.Mater.,2004,16(2): 137-139) offu等采用磁場輔助水熱法成功合成了鏈狀納米Fe304(Wu M Z ,X1ng Y, Jia Y S , etal.Chem.Phys.Lett.，2005 ,401: 374-379) liu等采用化學氣相沉積法合成了金字塔形Fe3O4納米粒子(Liu F1Gao P J1Zhang H R，et al.Adv.Mater., 2005,17:1893-1897) DZhu等采用溶劑熱法在高壓反應釜內反應成功制備了多孔Fe3O4納米微球(Zhu M1Diao G.S.TheJournal ofPhysical Chemistry C.,2011,115( 39): 18923-18934) 0 Safari J等米用改進的共沉淀法綠色合成了不規則顆粒狀Fe304(Safari J,Zarnegar Z,Hekmatara H.Metal-Organic ,and Nano-Meta I Chemistry.，2016,46:1047-1052)。通過納米研究工作者的不斷研究，已制備出了多種形貌的四氧化三鐵納米結構，如納米棒、納米線、納米鏈、納米微球、四面體、八面體等，但制備的四氧化三鐵粒子依然存在粒徑較大、團聚現象嚴重的問題。而且就目前文獻報道而言，卻鮮見有制備花狀四氧化三鐵納米結構的報道。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題是提供一種花狀四氧化三鐵納米材料及其制備方法，以克服現有制備方法制得的四氧化三鐵粒徑大、團聚現象嚴重以及未見有花狀結構的問題。
[0005]為實現上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種花狀四氧化三鐵納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)用去離子水分別配制濃度為0.5?0.7mol/L的Fe2+和I.0?I.6mol/L KOH溶液，且往上述KOH溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，使其濃度為0.5?0.7mmol/L；
[0007](2)攪拌條件下，按Fe2+和KOH摩爾數為1: 2的比例，將KOH溶液滴加至Fe2+溶液中形成深綠色膠體，再滴加濃度為1.5?2.3mol/L NaN03溶液1mL，攪拌40?60min ；
[0008](3)將上述溶液70?90°C條件下水浴加熱100?180min，冷卻后過濾；
[0009](4)將過濾所得固體于60?80°C干燥箱中保溫6?1h后進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。
[0010]優選的，所述花狀四氧化三鐵納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0011](I)分別稱取0.045mol的FeS04.7H20和0.09molK0H固體，分別溶于90mL的去離子水中，并在KOH溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮0.045mmol;
[0012](2)在攪拌條件下，將溶有聚乙烯吡咯烷酮的KOH溶液滴加至FeSO4溶液中形成深綠色膠體，再滴加含0.015mol的NaNO3溶液1mL，攪拌40min ；
[0013](3)將反應后的溶液在90°C條件下水浴加熱lOOmin，冷卻后過濾，；
[0014](4)將過濾所得固體放入60°C干燥箱保溫1h后進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。
[0015]優選的，所述花狀四氧化三鐵納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0016](I)分別稱取0.063mol的FeSO4.7H20和0.126mol KOH固體，分別溶于90mL的去離子水中，并在KOH溶液中加入0.054mmoI的聚乙烯吡咯烷酮；
[0017](2)在攪拌條件下，將溶有結構導向劑的KOH溶液滴加至FeSO4溶液中形成深綠色膠體，再滴加含0.02 Imo I的NaNO3溶液1mL，攪拌50min ；
[0018](3)將反應后的溶液在80 0C條件下水浴加熱140分鐘，冷卻后過濾:
[0019](4)將過濾所得固體放入70°C干燥箱保溫Sh后進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。
[0020]與已有四氧化三鐵納米結構及其制備技術相比，本發明所取得的有益效果為:(I)本發明在溫和、易控條件下成功制備出了花狀四氧化三鐵納米材料，填補了現有技術沒有花狀結構的空白，為四氧化三鐵的形貌添加一個新品種。(2)本發明制備出的花狀四氧化三鐵分散性好，粉體柔軟且分散性良好，無需研磨；(3)本發明采用硝酸鈉作氧化劑比空氣作氧化劑制備出的四氧化三鐵的比飽和磁化強度要高，比飽和磁化強度超過85A.m2/kgo(4)本發明采用常規的化學合成技術，綠色環保，操作簡單，成本經濟低廉，適宜工業化生產。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為實施例1所制得花狀四氧化三鐵的X射線衍射分析(XRD)圖。
[0022]圖2為實施例1所制得花狀四氧化三鐵的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0023]圖3為實施例1所制得花狀四氧化三鐵去除模擬污水中磷的去除效果圖。
[0024]圖4本實施例1所制得花狀四氧化三鐵去除模擬污水中屬鎘(Π)離子的去除效果圖。
[0025]圖5本實施例2所制得花狀四氧化三鐵去除模擬污水中屬鎘(Π)離子的去除效果圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本發明的技術方案作進一步具體說明。
[0027]實施例1
[0028]本發明的花狀四氧化三鐵納米材料采用以下工藝制備:(I)分別稱取0.045mol的七水合硫酸亞鐵和0.090mol氫氧化鉀固體，分別溶于90mL的去離子水中，并在氫氧化鉀溶液中加入0.45mmol的結構導向劑聚乙烯吡咯烷酮；(2)在攪拌條件下，將溶有結構導向劑的氫氧化鉀溶液滴加至亞鐵離子溶液中形成深綠色膠體，再滴加含0.015mo I的硝酸鈉溶液10mL，攪拌40分鐘；(3)將反應后的溶液在90°C條件下水浴加熱100分鐘，待溶液冷卻后進行過濾，在干燥箱中溫度為60 0C時干燥1小時；(4)將干燥后的產物進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。
[0029]圖1是實施例1所制得的花狀四氧化三鐵的X射線衍射(XRD)圖，圖中譜線峰位與JCPDS卡片(26-1136)四氧化三鐵的衍射峰——對應。
[0030]圖2為實施例1所制備的花狀四氧化三鐵的掃面電子顯微鏡(SEM)照片，四氧化三鐵呈現花狀，而且分散性較好，直徑在0.3?0.6 um，厚度為60?120nmo
[0031]稱取0.1g實施例1所制得的花狀四氧化三鐵進行磷吸附實驗，結果如圖3所示，在常溫200C的50mL磷溶液中進行震蕩吸附，在磷溶液較低初始濃度2.5mg/L時的最大去除率達到98%以上。
[0032]將制得的花狀四氧化三鐵進行金屬鎘(Π)離子吸附實驗，實驗結果如圖4所示，金屬鎘(Π)離子初始濃度為20mg/L，四氧化三鐵用量為0.02g，在不同pH條件下20°C震動吸附24h，重金屬鎘(Π )的最大去除率超過96%。
[0033]實施例2
[0034]本發明的花狀四氧化三鐵納米材料采用以下工藝制備:(I)分別稱取0.054mol的七水合硫酸亞鐵和0.108mol氫氧化鉀固體，分別溶于90mL的去離子水中，并在氫氧化鉀溶液中加入0.045mmol的結構導向劑聚乙烯吡咯烷酮；(2)在攪拌條件下，將溶有結構導向劑的氫氧化鉀溶液滴加至亞鐵離子溶液中形成深綠色膠體，再滴加含0.018mol的硝酸鈉溶液10mL，攪拌45分鐘；(3)將反應后的溶液在85°C條件下水浴加熱120分鐘，待溶液冷卻后進行過濾，在干燥箱中溫度為65°C時干燥9小時；(4)將干燥后的產物進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。
[0035]將制得的花狀四氧化三鐵進行金屬鎘(Π)離子吸附實驗，實驗結果如圖5所示，金屬鎘(Π )離子初始濃度為20mg/L，通過改變不同質量的四氧化三鐵，20°C震動吸附24h，pH為6.32，四氧化三鐵用量超過0.06g時，重金屬鎘(Π )的去除率保持在93%以上。
[0036]實施例3
[0037]本發明的花狀四氧化三鐵納米材料采用以下工藝制備:(I)分別稱取0.0585mol的七水合硫酸亞鐵和0.117mol氫氧化鉀固體，分別溶于90mL的去離子水中，并在氫氧化鉀溶液中加入0.050mmoI的結構導向劑聚乙烯吡咯烷酮；(2)在攪拌條件下，將溶有結構導向劑的氫氧化鉀溶液滴加至亞鐵離子溶液中形成深綠色膠體，再滴加含0.0195mo I的硝酸鈉溶液1mL，攪拌50分鐘；(3)將反應后的溶液在80 V條件下水浴加熱140分鐘，待溶液冷卻后進行過濾，在干燥箱中溫度為70°C時干燥8小時；(4)將干燥后的產物進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。
[0038]實施例4
[0039]本發明的花狀四氧化三鐵納米材料采用以下工藝制備:(I)分別稱取0.063mol的七水合硫酸亞鐵和0.126mol氫氧化鉀固體，分別溶于90mL的去離子水中，并在氫氧化鉀溶液中加入0.054mmol的結構導向劑聚乙烯吡咯烷酮；(2)在攪拌條件下，將溶有結構導向劑的氫氧化鉀溶液滴加至亞鐵離子溶液中形成深綠色膠體，再滴加含0.021mol的硝酸鈉溶液10mL，攪拌55分鐘；(3)將反應后的溶液在75°C條件下水浴加熱160分鐘，待溶液冷卻后進行過濾，在干燥箱中溫度為75°C時干燥7小時；(4)將干燥后的產物進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。
[0040]實施例5
[0041]本發明的花狀四氧化三鐵納米材料采用以下工藝制備:(I)分別稱取0.072mol的七水合硫酸亞鐵和0.144mol氫氧化鉀固體，分別溶于90mL的去離子水中，并在氫氧化鉀溶液中加入0.063mol的結構導向劑聚乙烯吡咯烷酮；(2)在攪拌條件下，將溶有結構導向劑的氫氧化鉀溶液滴加至亞鐵離子溶液中形成深綠色膠體，再滴加含0.0 2 4 m OI的硝酸鈉溶液10mL，攪拌60分鐘；(3)將反應后的溶液在70°C條件下水浴加熱180分鐘，待溶液冷卻后進行過濾，在干燥箱中溫度為70°C時干燥6小時；(4)將干燥后的產物進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。
[0042]最后所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種花狀四氧化三鐵納米材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)用去離子水分別配制濃度為0.5?0.7mol/L的Fe2+和1.0?1.6mol/L KOH溶液，且往上述KOH溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，使其濃度為0.5?0.7mmol/L； (2)攪拌條件下，按Fe2+和KOH摩爾數為1:2的比例，將上述KOH溶液滴加至Fe2+溶液中形成深綠色膠體，再滴加濃度為1.5?2.3mol/LNaN03溶液1mL，攪拌40?60min ； (3)將上述溶液70?90°(:條件下水浴加熱100?180min，冷卻后過濾； (4)將過濾所得固體于60?80°C干燥箱中保溫6?1h后進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。2.根據權利要求1所述的花狀四氧化三鐵納米材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)分別稱取0.045mol的FeSO4.7H20和0.09molK0H固體，分別溶于90mL的去離子水中，并在KOH溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮0.045mmol; (2)在攪拌條件下，將上述KOH溶液滴加至FeSO4溶液中形成深綠色膠體，再滴加含O ??^!!!(^的他從^溶液^)!]!]^，攬摔 40min ； (3)將反應后的溶液在90°(:條件下水浴加熱10min，冷卻后過濾，； (4)將過濾所得固體放入60°C干燥箱保溫1h后進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。3.根據權利要求1所述的花狀四氧化三鐵納米材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)分別稱取0.063mol的FeSO4.7H20和0.126mol KOH固體，分別溶于90mL的去離子水中，并在KOH溶液中加入0.054mmoI的聚乙烯吡咯烷酮； (2)在攪拌條件下，將上述KOH溶液滴加至FeSO4溶液中形成深綠色膠體，再滴加含.0.02 Imo I 的 NaNO3 溶液 1mL，攪拌 50min ； (3)將反應后的溶液在80°(:條件下水浴加熱140分鐘，冷卻后過濾: (4)將過濾所得固體放入70°C干燥箱保溫Sh后進行磁性分離，即得花狀四氧化三鐵納米材料。
【文檔編號】C01G49/08GK106044865SQ201610356819
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】謝發之, 李海斌, 張峰君, 汪雪春, 謝志勇
【申請人】安徽建筑大學