專利名稱：還原法制備四氧化三鐵納米管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種制備納米管的方法，具體地說涉及一種還原法制 備四氧化三鐵納米管的方法。 技術(shù)背景納米顆粒由于具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀 量子隧道效應(yīng)、庫侖堵塞和介電限域效應(yīng)，使得其在光、電、磁、熱、 機械性能、化學性質(zhì)、生物物理性質(zhì)等方面都表現(xiàn)出了不同于常規(guī)固 體及宏觀粒子的新特征。納米材料的性能很大程度上決定于納米粒子 的微觀形貌，因此合成各種特殊形貌的納米顆粒成了納米科學領(lǐng)域不 可或缺的重要組成部分。氧化鐵作為一種廉價、環(huán)保的過渡金屬氧化物，其納米結(jié)構(gòu)顆粒 具有良好的耐侯性、耐光性、磁性和對紫外線具有良好的吸收和屏蔽 效應(yīng)，可廣泛應(yīng)用于顏料、電子、高磁記錄材料、傳感器以及催化劑 等方面，在生物工程、藥物釋放等領(lǐng)域也有著較好的應(yīng)用前景。氧化 鐵納米管由于其特殊的磁渦流狀態(tài)以及其中空結(jié)構(gòu)引起的較好的流 動性，使得其在紀錄磁頭、納米催化、生物傳感器、納米醫(yī)學等領(lǐng)域 有了良好的應(yīng)用前景。目前的四氧化三鐵納米管生長主要是借助于模 板法合成，例如多孔氧化鋁模板、氧化鎂納米線模板等等。模板法不 但會在產(chǎn)品中引人雜質(zhì)，還會增加產(chǎn)品的成本，而且大規(guī)模的生產(chǎn)也 是相當困難，這就造成了其在實際生產(chǎn)應(yīng)用的瓶頸。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單、無污染、成本低、易于實現(xiàn) 大規(guī)模生產(chǎn)的還原法制備四氧化三鐵納米管。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的在高溫還原氣氛下，三氧化二鐵(a-Fe203)轉(zhuǎn)變至四氧化三鐵屬于氧原子從六方緊密堆積向立方緊 密堆積過渡的過程，該過程是氧原子從阿爾法三氧化二鐵中的AB型 堆積轉(zhuǎn)向四氧化三鐵中ABC型堆積的轉(zhuǎn)化過程，管狀顆粒由于其較 薄彈性管壁的存在，在這個轉(zhuǎn)變過程中可以保持顆粒外觀形貌不變。本發(fā)明的制備方法如下取9-50mmol/L三氯化鐵水溶液，然后加入等體積0.3 — 2.5 mmol/L的磷酸二氫鈉水溶液，攪拌均勻后，轉(zhuǎn)入密閉反應(yīng)釜，密封 后在180-270 。C恒溫處理12-72 h，然后取出反應(yīng)釜，在空氣中自然 冷卻，將釜中紅色沉淀分離出來，水洗2-5次，空氣中60-80 。C烘干， 得到阿爾法-三氧化二鐵(a-Fe203)納米管；然后，將阿爾法-三氧化 二鐵(a-Fe203)納米管放入密閉的爐子中，通入還原氣，升溫至 300-600 。C，在該溫度下維持l-5h，自然冷卻至室溫，即可得四氧化 三鐵(Fe304)納米管。上述原料三氧化二鐵(a-Fe203)納米管包括各種方法制備的三 氧化二鐵(a-Fe203)納米管，例如德國《先進材料》(Adv. Mater.， 2005年，第17巻，第2993頁)報道的以炭納米管為模板合成的a-Fe203 納米管。所述的還原氣是由還原性氣體與惰性氣體組成的混合氣，還原性 氣體為112或CO，其體積占還原氣總體積的3-50%，惰性氣體為氬氣、 氮氣等，其體積占還原氣總體積的50-97%。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1. 操作簡單，所需設(shè)備簡易；2. 相對于模板法直接合成，該方法生產(chǎn)成本較低，容易實現(xiàn)大規(guī) 模生產(chǎn)，方便實際工業(yè)應(yīng)用。3. 產(chǎn)品重現(xiàn)性好，生產(chǎn)過程環(huán)保，沒有廢棄物產(chǎn)生。
具體實施方式
實施例1取9 mmol/L三氯化鐵水溶液，然后加入等體積0.4 mmol/L的磷 酸二氫鈉水溶液，攪拌均勻后，轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜，密封后放入 200。C恒溫烘箱，處理18h，然后取出反應(yīng)釜，在空氣中自然冷卻， 釜中紅色沉淀用離心的方法分離出來，水洗2次，空氣中60 。C烘干， 即可得阿爾法-三氧化二鐵(a-Fe203)納米管。取1 g三氧化二鐵 (a-Fe203)納米管，放入密閉的爐子中，通入體積比為5°/。H2+95% Ar的還原氣，程序升溫至350 。C，在該溫度下維持4h，自然冷卻至 室溫，即可得四氧化三鐵納米管。實施例2取18mmol/L三氯化鐵水溶液，然后加入等體積0.9 mmol/L的磷 酸二氫鈉水溶液，攪拌均勻后，轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜，密封后放入 210。C恒溫烘箱，處理36h，然后取出反應(yīng)釜，在空氣中自然冷卻， 釜中紅色沉淀用離心的方法分離出來，水洗三3次，空氣中80。C烘 干，即可得阿爾法-三氧化二鐵(a-Fe203)納米管。取15g三氧化二 鐵(a-Fe203)納米管，放入密閉的爐子中，通入體積比為10%H2+90 XN2的還原氣，程序升溫至400。C，在該溫度下維持2h，自然冷卻 至室溫，即可得四氧化三鐵納米管。 實施例3取35 mmol/L三氯化鐵水溶液，然后加入等體積1.6 mmol/L的磷 酸二氫鈉水溶液，攪拌均勻后，轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜，密封后放入 240。C恒溫烘箱，處理45h，然后取出反應(yīng)釜，在空氣中自然冷卻， 釜中紅色沉淀用離心的方法分離出來，水洗4次，空氣中70 。C烘干， 即可得阿爾法-三氧化二鐵(a-Fe203)納米管。取10 g三氧化二鐵 (a-Fe203)納米管，放入密閉的爐子中，通入體積比為20°/。CO+80°/。Ar 的還原氣，程序升溫至500 。C，在該溫度下維持1.5h，自然冷卻至 室溫，即可得四氧化三鐵納米管。 實施例41、 按德國《先進材料》(Adv.Mater.， 2005年，第17巻，第2993 頁)報道的方法制備的三氧化二鐵(ci-Fe203)納米管。將2 g碳納米管分散到500 mL濃度為6 g/L的硝酸鐵乙醇溶液 中，轉(zhuǎn)入高壓釜，35 ° C下通入C02，使釜內(nèi)壓力達到7.5 MPa， 然后將反應(yīng)釜升溫至150 ° C，反應(yīng)3 h，自然冷卻，離心分離出沉 淀產(chǎn)物，乙醇洗滌三次，60 ° C干燥，然后氧氣氣氛下500 ° C處 理3h，自然冷卻，即可得三氧化二鐵(a-Fe203)納米管。2、 制備四氧化三鐵納米管取2 g三氧化二鐵(a-Fe203)納米管，放入密閉的爐子中，通入 體積比為40。/。CO+60。/。N2的還原氣，程序升溫至500 。C，在該溫度下 維持lh，自然冷卻至室溫，即可得四氧化三鐵納米管。
權(quán)利要求
1、一種還原法制備四氧化三鐵納米管的方法，其特征在于包括如下步驟將阿爾法-三氧化二鐵納米管放入密閉的爐子中，通入還原氣，升溫至300-600℃，在該溫度下維持1-5h，自然冷卻至室溫，即可得四氧化三鐵納米管。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種還原法制備四氧化三鐵納米管的方法，其特征在于所述的阿爾法-三氧化二鐵納米管是由如下方法制備的取9-50mmol/L三氯化鐵水溶液，然后加入等體積0.3 — 2.5 mmol/L的磷酸二氫鈉水溶液，攪拌均勻后，轉(zhuǎn)入密閉反應(yīng)釜，密封 后在180-270 。C恒溫處理12-72 h，然后取出反應(yīng)釜，在空氣中自然 冷卻，將釜中紅色沉淀分離出來，水洗2-5次，空氣中60-80 。C烘干， 得到阿爾法-三氧化二鐵納米管。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種還原法制備四氧化三鐵納米管的方法， 其特征在于所述的還原氣是由還原性氣體與惰性氣體組成的混合氣， 還原性氣體為H2或CO，其體積占還原氣總體積的3-50°/。，惰性氣體 為氬氣、氮氣等，其體積占還原氣總體積的50-97%。
全文摘要
一種還原法制備四氧化三鐵納米管的方法是將阿爾法-三氧化二鐵納米管放入密閉的爐子中，通入還原氣，升溫至300-600℃，在該溫度下維持1-5h，自然冷卻至室溫，即可得四氧化三鐵納米管。本發(fā)明具有所需設(shè)備簡易、生產(chǎn)操作簡單、產(chǎn)品重現(xiàn)性好、成本低、無污染、易于實現(xiàn)工業(yè)大規(guī)模等一系列的優(yōu)點。
文檔編號B82B3/00GK101264941SQ200810054839
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者呂寶亮, 東 吳, 孫予罕, 耀 徐 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所