纳米氧化铁的制备及催化性能研究
改性纳米零价铁材料制备的研究进展
2023年6月杨竞莹等：改性纳米零价铁材料制备的研究进展中，CMC 改性的nZVI 相较于淀粉改性的nZVI 具有更强的稳定性、更大的反应速率和活性；并且CMC 价格低廉、易获取、无毒害，可深入研究其与铁颗粒之间的作用机理，为工业化生产提供保障。
但表面包覆的方法很难在循环中保持可重复使用性和可分离性，仍需基于生产成本、功能及环境兼容性研发性能更加优异的新材料。
2 负载型nZVI负载型改性通过将nZVI 分散到具有孔隙结构的支撑载体上，为nZVI 提供更多的活性位点。
本身具有吸附性能的载体材料也可加速污染物跟nZVI 的反应，从而促进污染物的降解。
负载材料一般包括碳基材料、黏土矿物、膜材料等。
2.1 碳基材料负载型nZVI活性炭、生物炭、有序介孔碳、氧化石墨烯等碳基材料具有丰富的基团和较大的比表面积，常用作nZVI 的支撑材料[31]，且厌氧系统中添加Fe-C 颗粒可减少酸性物质的积累，提高产甲烷菌的活性。
生物炭（BC ）不仅为nZVI 的负载或微生物的黏附提供潜在的位点（图6），还可促进直接种间电子转移（DIET ），加速产甲烷菌对乙酸盐的转化，也可通过氢营养型产甲烷菌的作用促进甲烷的生成[32]。
Lim 等[33]发现添加松木屑生物炭负载的nZVI 可以缓解高负荷食物垃圾厌氧消化过程中挥发性脂肪酸和氨的抑制作用，甲烷产量比对照组提高105.55%。
石墨烯（GNS ）是sp 2杂化的二维碳，具有比表面积大、机械强度高等特点，是一种很有前途的新型二维载体，可用于支撑金属纳米颗粒，有效抑制金属纳米颗粒的聚集[34]。
陈砚田等[35]利用还原氧化石墨烯负载零价铁可将废水中三硝基甲苯（TNT ）处理到检出限0.1mg/L 以下，且处理后的杂化材料活性可通过煅烧恢复。
碳基材料作为nZVI 的载体不仅可以提高nZVI 的比表面积，减少其团聚，还可以加快电子传递效率（表5）。
但在合成Fe-C复合材料的过程中，铁图6 稻壳衍生生物炭负载nZVI 的SEM 图像[38]及负载改性效果图图5 胞外聚合物改性nZVI 的TEM 图像及元素扫描图像[29]··2979化工进展， 2023， 42（6）芯被大量腐蚀，其合成方法还有待提高。
α-氧化铁材料的制备及应用进展
α-氧化铁材料的制备及应用进展赵倩; 吕伟伟; 陈占路; 李美; 王培勋; 王晓钟【期刊名称】《《应用化工》》【年(卷),期】2019(048)011【总页数】4页(P2749-2752)【关键词】α-氧化铁; 制备; 应用【作者】赵倩; 吕伟伟; 陈占路; 李美; 王培勋; 王晓钟【作者单位】太原理工大学化学化工学院山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TQ11; O69铁氧化物又可称为铁的(氢)氧化物，是无机材料中重要的功能性材料之一，近几十年来国内外材料科学家们对其制备及应用投入了大量的研究。
铁氧化物的分类多种多样，按照其价态、晶型和结构的不同可分为 FeO、(α-，β-，γ-) Fe2O3、Fe3O4以及(α-，β-，γ-，δ-) FeOOH 等。
目前，文献报道中铁氧化物研究最多的晶型材料有3种，分别是α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4，在这些铁氧化物中，α-Fe2O3是最稳定的一种晶型结构，它不仅具有良好的耐腐蚀性、耐光性、耐候性、磁学性能，而且具有良好的分散性以及对紫外线具有显著的吸收和屏蔽作用，在催化、电化学、吸附、传感器、磁性材料以及生物医学等领域已显示出广阔的应用前景。
因此，近几十年来国内外研究者们对α-Fe2O3材料的制备及其应用投入了大量的研究。
1 α-Fe2O3的制备目前，α-Fe2O3材料的合成研究已相对成熟，通常在制备过程中添加有机铁或无机铁盐作铁源，使用水或非水溶液作溶剂，尤其是引入表面活性剂、金属离子、无机盐以及硬模板等来控制产物粒子的形貌以及颗粒大小从而影响α-Fe2O3材料的性能。
根据制备过程的不同，合成方法可分为以下几种：溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法、沉淀法、微乳液法以及热分解法等。
1.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法[1]通常以可溶性铁盐(金属盐或金属醇盐)为前驱体，使其经过水解和聚合反应形成溶胶，再经进一步脱水形成凝胶，最后经干燥、热处理得到α-Fe2O3的过程。
硫酸亚铁液相法制纳米氧化铁的研究
速度最快时的温度低得多 , 所以在适当低温下有 利于晶粒的生成 , 不利于晶粒的长大 , 一般可得
到细小的晶体 。相反 , 提高温度 , 加速了晶体的 长大速度 , 使晶体粒子增大 。 在氧化反应空气量
0.6L /m in、 搅拌 速 度 500r /m in、 氧 化反 应 时 间 2h, pH 为 5、 煅烧温度在 800℃条件下 , 氧化反 应温度对最终产物的影响见表 3。
T3
γ3 (ln (c*
/c))
(4)
结晶速率为 : dm /dt =ADδc* (c /c* -1)
(5)
式中 B为前因子 , γ为晶核的表面 张力 , V 为新相 (a - F eOOH 微 小颗粒 ) 的摩尔体积 , R 为晶核半径 , T 为体系温度 , c*和 c分别为溶液 平衡浓度和实际浓度 , D 为结晶组 分扩散系数 ,
化 。后一种颜色变化过程说明产生了其他铁的氧 化物 , 如 Fe3O 4 、 Fe2O 3 等 。
在没有表面处理的条件下 , 吸油值指标能间 接反映粉体的粒径和微孔结构 , 用纳米氧化铁红
粒径和吸油值指标来讨论各参数对该反应过程的 影响 。 实 验中固 定空气 量 0.6L /m in、 搅拌 速度 500r /m in、 反应温度 30℃、 煅烧温度 800℃, 改 变氧化反应的时间 , 制得的产物性能如表 1。
整 pH 值 , 可以制得 不同色相 的氧化 铁中间体 ,
如表 2。 由此看出 , pH 值 小于 4时 氧化反应几乎 不
能进行 , pH 值大于 6时 , 氧化 速度快并有脱 水 反应产生 , 出现红相 。
表 2 pH 值对氧化铁中间体的影响
T ab le 2 T he influence o f pH va lue on the
微纳米氧化铁的制备及可见光催化性能
第 １期
大 连 交 通 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ０Ｆ Ｄ ＡＬ Ｉ ＡＮ Ｊ Ｉ Ａ０ Ｔ ０ＮＧ ＵＮＩ ＶＥＲ Ｓ １ Ｔ Ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ．１
２ ０ １ ３年 ２月
Ｆ ｅ ｂ． ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） 叭一 ０ ０ ６ ０ — ０ ４
到１ ０ ０ ％．
关键词 ： 氧化铁 ； 水热法 ； 共沉淀法 ； 可见光催 化降解 ； 罗丹 明 Ｂ
文献 标 识 码 ： Ａ
０ 引 言
环 境污 染和 能源短 缺是 当今世 界亟 待解决 的 两大 主要 问题 ． 光 催化 氧化作 为一 种绿 色技术 ， 提
供 了彻 底消 除有 毒 化 学 品潜 在 有 效 的途 径 ， 具 有
（ Ｒ ｈ Ｂ ）（ 均为分析纯 ） ．Ｅ Ｊ Ｓ型电子分析天平 （ 沈 阳龙腾 电子有限公司） ， Ｋ Ｑ ３ ２ ０ ０ Ｄ Ｂ型超声振荡洗 涤器（ 昆山市超声仪器有限公司） ， ． Ｉ Ｂ 一 ３型定时恒
米 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ０ — ２ ３
作者简介 ： 曹魁 （ １ ９ ７ ４一） ， 男， 高级工程师 ， 硕士， 主要从事催化及磁性材料的制备及应用研究
Ｎ ａ Ａ ｃ和 １ ． ０ ｇ聚 乙二 醇 ， 搅拌 ３ ０ ｍｉ ｎ ． 然后 密封 在 ５ ０ ｍ Ｌ反 应釜 中 ， ２ ０ ０ ￣ Ｃ溶 剂 热反 应 ２ ０ ｈ ．产 物 冷 却 至室 温 ， 用 乙醇洗 涤数 次 ， ６ ０ ％烘 干 ６ ｈ ， 在马 弗 炉中 ６ ０ ０ ％ 焙烧 ３ ｈ ， 得 到 一 Ｆ ｅ Ｏ ， 粉体 ．
浅谈四氧化三铁纳米材料的制备与应用
第2期2020年4月No.2 April，2020四氧化三铁纳米粒子化学性质较为稳定，粒径能够降到几纳米，有着极高的催化活性以及很好的磁响应与耐候性等优点，可以在多个方面进行合理运用。
比如，汽车面漆与皮革方面、塑料与涂料方面、催化剂与组织工程方面等，与此同时，有望探索新的用途。
本研究针对四氧化三铁纳米材料的制备及其在各方面的运用进行了分析和论述。
1 四氧化三铁性质与结构铁氧化物可以划分成3种类型，即四氧化三铁、一氧化铁与三氧化二铁，其化学名称是Fe 3O 4、FeO 、Fe 2O 3，而M （Fe 3O 4）=231.540。
四氧化三铁为黑色晶状固体，是电的导体，具备磁性，同时，不溶于水，还有还原性与氧化性。
四氧化三铁高温有氧加热容易氧化成三氧化二铁；还易于被还原性强的物质还原成铁单质。
经过X-射线衍射能够发现：四氧化三铁化合物是以Fe 2+与Fe 3+混合氧化态构成，属于反尖晶石结构。
2 四氧化三铁纳米材料的制备方式分析通常而言，影响纳米四氧化三铁性能的核心因素有结晶度与磁饱和量、粒径与矫顽力等。
不一样的性能，其适用范围不同，如此看来，四氧化三铁纳米粒子制备方式存在着一定的差异性。
四氧化三铁纳米粒子制备方式的关键为物理与化学方式。
物理方式中具有代表性的就是机械球磨方式，该制备方式简单，可是所花时间长，颗粒大小不同，产品纯度不高，所以，该方式制备出来的纳米材料不能满足科学领域的需求。
当下制备四氧化三铁纳米粒子的常用法为化学方式，合成的纳米粒子很稳定，形状可以控制，同时，可以单分散，该制备方式程序简单，费用低。
当下制备纳米四氧化三铁的方式较多，比如热液、沉淀与热水解方式等。
2.1 水热方式这种方法也被称为热液方法，从宏观角度而言涵盖了水溶剂热方式以及溶剂热法。
反应是于高压和高温下的水溶液中展开的，因此，一定形式的前驱物质会产生和常温下不一样的性质，比如，溶解度提高、化合物晶体结构转型、离子活度加强等。
超微超顺磁性氧化铁纳米粒的制备及性能研究
超微超顺磁性氧化铁纳米粒的制备及性能研究刘国华;陈燕明;蔡庆;陈晓军;洪若瑜【摘要】目的:制备超微超顺磁性氧化铁纳米粒,并研究其物理、磁学性质及传递特性,探讨其作为磁共振阴性对比剂的可能性.方法:共沉淀一步法制备葡聚糖包被的四氧化三铁纳米粒.采用X射线粉末衍射法(XRD)分析其内部晶体结构,傅立叶红外光谱仪(FT-IR)分析其表面结构,透射电镜(TEM)及动态激光粒度仪测量其大小,振动样品磁强计(VSM)检测磁化率等参数.此外,采用原子吸收光谱仪检测家兔血和不同脏器中的样品铁含量,MRI观察注射样品后肝、淋巴结的增强效果.结果:所得样品核心为四氧化三铁晶体,表面包覆葡聚糖,核心粒径6～8 nm,整体颗粒直径为33 nm.样品铁含量为0.2 mlnol/L.磁化曲线表现为超顺磁性,饱和磁化强度为48.1 emu/g.样品在家兔体内血循环时间较长(>6 h),主要分布至脾、肝、肺、心、淋巴等网状内皮系统,注射样品后肝、淋巴结在T2WI1号明显降低.结论:实验表明,制备的样品可作为一种新型的磁共振阴性造影剂,广泛用于肝脾、淋巴结等多种疾病的诊断和治疗.【期刊名称】《中国医药导报》【年(卷),期】2010(007)019【总页数】5页(P33-37)【关键词】超微超顺磁性氧化铁纳米粒;物理性质;磁学性质;传递特性;磁共振阴性对比剂【作者】刘国华;陈燕明;蔡庆;陈晓军;洪若瑜【作者单位】南京医科大学附属苏州市立医院东区呼吸科,江苏苏州,215001;南京医科大学附属苏州市立医院东区呼吸科,江苏苏州,215001;南京医科大学附属苏州市立医院东区放射科,江苏苏州215001;南京医科大学附属苏州市立医院东区呼吸科,江苏苏州,215001;苏州大学化学化工学院,江苏苏州,215123【正文语种】中文【中图分类】R394随着科技的进一步发展，纳米生物材料被广泛研究并投入临床，其中超微超顺磁性氧化铁纳米粒（ultrasmall superparamagnetic iron oxide，USPIO）作为一种新型的磁性纳米生物材料，常用于磁共振的阴性对比剂、示踪剂及靶向药物载体等，但该产品价格昂贵，国内市场难觅踪影，本实验采用化学共沉淀一步法制备USPIO，从物理、磁学性质、传递特性等方面进行研究，探讨其作为磁共振阴性对比剂应用于临床的可能性。
磁性纳米材料的合成与特性分析
磁性纳米材料的合成与特性分析在当今的科学研究领域中，磁性纳米材料因其独特的物理和化学性质，成为了材料科学中的一个热门研究方向。
磁性纳米材料具有超顺磁性、高矫顽力、低居里温度等特性，在生物医学、电子信息、环境保护等众多领域都展现出了广阔的应用前景。
本文将重点探讨磁性纳米材料的合成方法以及对其特性的分析。
一、磁性纳米材料的合成方法1、化学共沉淀法化学共沉淀法是制备磁性纳米材料最常用的方法之一。
其基本原理是将含有二价和三价铁离子的盐溶液在一定条件下混合，通过加入碱液使金属离子沉淀，经过一系列的处理得到磁性纳米粒子。
这种方法操作简单、成本低，但所制备的纳米粒子尺寸分布较宽，且容易团聚。
2、水热合成法水热合成法是在高温高压的水热条件下，使反应物在水溶液中进行反应生成纳米材料。
该方法可以有效地控制纳米粒子的尺寸和形貌，所制备的磁性纳米粒子结晶度高、分散性好，但反应条件较为苛刻，对设备要求较高。
3、热分解法热分解法通常是在高沸点有机溶剂中，将金属有机前驱体在高温下分解，得到磁性纳米粒子。
这种方法能够制备出尺寸均匀、单分散性好的纳米粒子，但所用的前驱体往往较为昂贵，且反应过程中需要严格控制温度和气氛。
4、微乳液法微乳液法是利用微乳液体系中的微小“水池”作为反应场所，控制纳米粒子的成核和生长。
该方法可以制备出粒径小且分布均匀的磁性纳米粒子，但微乳液的制备和后续处理较为复杂。
二、磁性纳米材料的特性1、磁学特性磁性纳米材料的磁学特性是其最重要的性质之一。
当纳米粒子的尺寸小于一定值时，会出现超顺磁性现象，即在没有外加磁场时，纳米粒子的磁性消失，而在外加磁场作用下，表现出较强的磁性。
此外，磁性纳米材料的矫顽力、饱和磁化强度等参数也会随着粒子尺寸、形状和晶体结构的变化而改变。
2、表面特性由于纳米粒子的比表面积大，表面原子所占比例高，因此表面特性对磁性纳米材料的性能有着重要影响。
表面活性剂的修饰可以改善纳米粒子的分散性和稳定性，同时也可以赋予其特定的功能，如生物相容性、靶向性等。
纳米复合材料的水处理应用研究
纳米复合材料的水处理应用研究随着人们生活水平的日益提高，对于水资源的需求也越来越大，而当今的水资源已经开始出现短缺的现象。
因此，如何科学地利用和处理水资源，成为了当今社会需要解决的关键问题之一。
而在这个问题中，纳米复合材料在水处理方面扮演着越来越重要的角色。
纳米复合材料是由两种或以上的材料结合而成，具有优异的性能和功能。
在水处理方面，纳米复合材料可以利用其特有的结构，有效去除水中的杂质和污染物，达到净化水质的目的。
下面将从纳米复合材料的种类、制备方法和水处理效果三个方面来探讨其在水处理中的应用研究。
一、纳米复合材料的种类目前，纳米复合材料种类繁多，其中在水处理方面应用较多的包括：纳米纤维复合材料、石墨烯复合材料、纳米氧化铁复合材料、纳米银复合材料等。
这些复合材料都具有不同的特性和应用场景，下面将针对其中的几种进行简要介绍。
1. 纳米纤维复合材料纳米纤维复合材料是由纳米级的纤维和其他材料组成的复合材料。
纳米纤维具有非常细小的尺寸和高的比表面积，可以增大材料的接触面积和反应活性。
利用纳米纤维与其他材料的复合，可以制备出高效的去除水中污染物的材料。
目前，研究人员已经成功利用纳米纤维复合材料去除水中的重金属离子、有机物和微生物等。
2. 石墨烯复合材料石墨烯是一种具有特殊结构和性能的材料，可以用于制备不同种类的纳米复合材料。
石墨烯复合材料表现出优异的导电性、光催化和抗菌性等特点，这些特性使得其成为了一种有应用前景的水处理材料。
目前，研究人员已经成功制备出了石墨烯/纳米氧化铁、石墨烯/纳米银等复合材料，并在去除水中污染物方面表现出良好的性能。
3. 纳米氧化铁复合材料纳米氧化铁具有高比表面积和特殊的吸附性能，可以利用其在材料中的特殊作用制备出一系列高效的水处理材料。
研究人员已经成功制备出多种纳米氧化铁复合材料，并用于去除水中的氯苯、氯化物离子和有机物等污染物。
同时，研究人员还利用其制备出具有可控释放铁离子的纳米氧化铁复合材料，可用于实现对磷酸盐的去除。
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纳米氧化铁的制备及催化性能研究
随着工业化的进程不断推进，环境污染问题越来越受到人们的关注。
纳米材料
作为新型复合材料体系的重要组成部分，在环保领域得到了广泛应用和研究。
其中，纳米氧化铁因其良好的物理和化学性质、光催化活性和矫顽效应等性质而备受关注。
本文将着重探讨纳米氧化铁的制备方法及其催化性能研究。
一、制备方法
制备纳米氧化铁有多种方法，其中热分解法、水热合成法和溶胶凝胶法是最常
见的方法。
热分解法是将氯化铁等铁盐与有机物混合后，通过热解得到纳米氧化铁。
该方
法的优点是简单易行、产物纯度高，但需要高温处理，操作难度大，而且会产生大量的有害气体。
水热合成法是利用水热条件下的高压和高温合成纳米氧化铁。
该方法产物纯度高，纳米晶体尺寸可控，但需要特殊设备进行合成，操作也比较复杂。
溶胶凝胶法则是将金属离子溶解在溶剂中形成溶胶，经热处理或水热处理得到
纳米氧化铁。
该方法对制备条件要求不高，且可以制备出高纯度、单相的纳米氧化铁，但是溶胶凝胶法的制备过程需要专业的技术和实验条件。
以上方法虽然各有优点，但都需要考虑纳米氧化铁的晶体尺寸、晶相、比表面
积和孔隙结构等因素，并对制备条件进行调整和优化，以获得高质量的制备样品。
二、催化性能
（一）光催化性能
纳米氧化铁具有良好的光催化活性，主要表现在光解水和光降解有机污染物方面。
光解水是利用纳米氧化铁表面的空穴和电子对水分子进行催化分解的过程，产
生的O2和H2可以用于清洁能源的制备；光降解有机污染物则是利用纳米氧化铁
对光的吸收和反应进行催化降解，能有效去除水中的环境污染物。
纳米氧化铁的光催化性能受制于晶体尺寸、晶相、表面性质和电子结构等因素。
晶体尺寸越小、晶相越纯，则光吸收率越高。
此外，表面羟基（-OH）和吸附氧物
种（Oads）对于其光催化性能也有重要影响。
（二）矫顽效应
纳米氧化铁具有良好的矫顽效应，可应用于处理水中的难降解有机污染物。
矫
顽效应是指在一定的条件下，纳米氧化铁作为催化剂能够将难降解有机污染物转化为易被降解的有机物。
其原理是利用纳米氧化铁的电荷转移能力，与有机污染物发生电子转移反应，从而降解其分子结构。
纳米氧化铁的矫顽效应主要受其表面性质、晶体尺寸和结构等因素的影响。
通
过对制备条件的优化和控制，可调控其表面性质和晶体结构，从而提高其对有机污染物的催化降解活性。
这里需要特别提醒的是，纳米氧化铁在催化处理水中污染物时，需要注重其生
物学毒性和生态安全性。
因此，在应用中必须考虑到产物可持续利用的问题，做好生态评估和环境监测等相关工作。
结语
综上所述，纳米氧化铁因其特殊的物理和化学性质，在环保技术中得到了广泛
的应用和研究。
该材料的制备方法及其催化性能研究对于其应用和发展具有重要意义。
随着研究的深入，相信纳米氧化铁在环境治理领域的应用将会得到进一步的发展和完善。