纳米氧化铁的制备与应用_方敏
纳米氧化铁制备及其在生物体内分布研究的开题报告
纳米氧化铁制备及其在生物体内分布研究的开题报告一、研究背景及意义纳米氧化铁是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其具有优异的磁性、光学、电学和生物学性质，在医学领域、环境治理、能源储存等方面具有广泛应用。
其中，在医学领域中，纳米氧化铁已被广泛应用于造影剂、磁性靶向药物输送、癌症诊断及治疗等方面。
然而，在纳米氧化铁的高效应用中，对其制备技术及其对生物体内的分布等方面的研究仍然较为欠缺。
因此，本文将就纳米氧化铁的制备及其在生物体内的分布进行研究，以期为未来纳米氧化铁的应用提供技术及科学依据。
二、研究内容和目标1. 纳米氧化铁的制备技术：本文将综述和比较目前制备纳米氧化铁的各种方法，探究不同方法的优缺点，并选择一种较为合适的方法制备纳米氧化铁。
2. 纳米氧化铁在生物体内的分布：本文将探究纳米氧化铁在生物体内的分布，并通过动物实验来验证其在不同组织中的分布情况，同时探究纳米氧化铁的代谢途径及对生物体的毒性问题。
3. 纳米氧化铁的应用前景：本文将分析纳米氧化铁在医学、环境治理、能源储存等领域的应用前景，并探究其未来发展方向及应用价值。
三、研究方法1. 纳米氧化铁的制备技术：本文将采用水热法制备纳米氧化铁，通过改变反应温度、时间等参数来调控纳米氧化铁的形貌、结构等物理化学性质。
2. 纳米氧化铁在生物体内的分布：本文将采用小鼠为实验对象，通过静脉注射纳米氧化铁来观察其在不同组织中的分布情况，同时对其代谢途径、毒性问题进行探究。
3. 研究数据处理：本文将通过电子显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对纳米氧化铁的形貌、结构等物理化学性质进行表征；通过动物实验及组织切片等手段对纳米氧化铁在不同组织中的分布情况及代谢途径进行研究。
四、预期结果本文预计可以制备出形貌、结构均匀的纳米氧化铁，并通过动物实验探究其在生物体内的分布情况及代谢途径，同时探究纳米氧化铁的应用前景及未来发展方向。
纳米氧化铁的制备及应用
纳米氧化铁的制备及其应用高令博化工与环境生命学部制药工程大连理工大学大连116023摘要：纳米氧化铁是一种多功能材料。
本文综述了纳米氧化铁的各种制备方法，对各种制备方法优缺点进行了分析和比较，详述了纳米氧化铁在磁性材料、透明颜料、生物医学、催化剂等方面的应用，并对其发展前景进行了展望。
关键词：氧化铁；纳米；制备；应用引言纳米材料和纳米结构是当今新材料领域中最富活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的组成部分。
近几年来，世界各国对金属氧化物纳米粒子进行了广泛研究，并取得了显著成效，其中纳米氧化铁由于具有广阔的应用前景而备受关注。
1 纳米氧化铁的制备纳米氧化铁的制备方法可分为湿法和干法。
湿法主要包括水热法、强迫水解法、凝胶—溶胶法、胶体化学法、微乳液法和化学沉淀法等。
干法主要包括：火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法（PCVD）、固相法和激光热分解法等。
1.1 湿法1.1.1 水热法水热合成法是指在密闭体系中, 以水为溶剂,在一定温度和水的自生压强下, 使原始混合物进行反应的一种合成方法。
1982年，用水热反应制备超微粉引起了国内外的重视。
由于反应在高温高压的水溶液中进行，故为一定形式的前驱物溶解—再结晶形成的良好微晶材料提供了适宜的物理化学条件[1-2]。
康晓红等[3]采用载铁有机相与水相为反应物，于高压釜内进行水热反萃反应，经后处理后获得的氧化铁粉组成均一、粒度小、结晶完好。
景志红等[4]也制备出了菱形、纺锤形和球形等不同形貌的氧化铁纳米颗粒。
水热法制备的粒子纯度高、分散性好、晶型好且大小可控[5].反应在压热釜中进行，设备投资较大，操作费用较高[6]。
该法多以FeCl3或Fe(NO3)3为原料，在HCl 或HNO3存在下，在沸腾密闭静态或沸腾回流动态环境下进行强迫水解制备纳米氧化铁超细粒子[7]。
制备过程中加一些晶体助长剂（如NaH2PO4），可降低水解沉淀和结晶生长速度，粒子生长完整、均匀。
纳米氧化铁的制备及其应用
化 学法 、微乳 液法 和化 学沉淀 法等 ． 干法 主 要包括 ：火 焰热 分解 、气相 沉积 、低温 等 离子 化学气 相沉积 法 （Ｃ Ｄ Ｐ Ｖ ）、 固相法和 激光 热分解 法等 ．
要合 成 的材 料 ．
收 稿 日期 ：２ ０ —０ １ ０ ７ １ —１
作 者简贪 ：程 敬泉 （９９ ） １６ 一 ，女 ，河北 故城 县人 ，衡水 学 院应 用化 学 系副教 授 ，工学 博士
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４ ２
衡 水 学 院学 报
第 ｌ Ｏ卷
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第 ｌ ０卷
பைடு நூலகம்第 １ 期 ２０ ０ ８年 ２月
衡 水 学 院学 报
Ｊ ｒ ｌ ｎｇｓ ｕｉ ｎｉｅ ｓｔ ｏｕ ｎａ Ｈｅ ｏｆ ｈ Ｕ ｖ ｒ ｉｙ
Ｖ Ｏ ．１ Ｎ Ｏ．１ １ ０． Ｆｅ ２ ８ ｂ． ００
纳 米氧 化 铁 的制 备 及其 应 用
线 的大面积 制备 ，工艺简 单 ，条件易控 ，重 复性好 且成 本低 ． 凝胶一溶胶法反应温度低 ，产物 粒径小 ，可控制 在几 十纳米 范 围，为高密度记录打 下 良好 的基础 ，其合
成工艺的可操作性，与大规模工业 生产发展 的要求相适应 ；但反应时 间较长 ，且成本高，干燥 时易开裂 ．
１ １ ４ 胶 体化学 法 “ ．．
胶 体化 学 法 是将 金 属 醇盐 或 无 机 盐经 水 解 直接 形 成 溶 胶或 经 解 凝 形成 溶 胶 ，然 后 使溶 质 聚 合 凝胶 化 ，再将 凝胶干燥 、焙 烧除 去有机 成分 ，最 后制得 纳米材 料． 以高价铁 盐 为初始 原料 ，在一定温 度 下 ，用 低 于理 论量 的碱 （ 氢氧化 钠 ）与之 反 应制 备 出粒子 表面 带 正 电的溶胶 ；引入 阴离子 表面 活性 剂如 十二 如 烷 基苯磺 酸钠 （ Ｂ ）， Ｄ Ｓ 由于表 面活性 剂 在水 溶液 中 电离 ，产 生的 负离子 团与 带 正 电的胶 体粒子 发 生 电中 和 ，使得 胶 体粒 子表 面形成 有机 薄层 从 而使 之具 有亲 油憎 水性 ，再 加入 氯仿 或 甲苯等 有机 溶剂 ，将 其萃
纳米氧化铁的制备与应用研究进展
氧化铁的性能及其在各种领域 中的应用。 【 关键词 】 纳米氧化铁 ； 能； 性 制备 ； 应用 和一定量的表面活性 剂， 调节 ｐ Ｈ值后配成胶体 ， 陈化至凝 胶 ， 然后干 燥、 煅烧得到氧化铁纳米粒子 。 由于无机铁盐溶胶的凝胶化在脱水过程 中极 易造 成粒子团聚长 大． 通常加入十二烷基磺酸钠等表面活性剂作为稳定剂 胶凝作用是 由溶胶中胶体颗粒之间的范德华力 、 静电力 和布 朗运动等表面上的物 理作用力 以及空间相互作用力所决定 的 ， 溶液浓度 、Ｈ值 、 受 ｐ 反应温 １纳 米 氧化 铁 的 性质 ． 催化剂种类等很多因素 的影响 ， 控制不好就会形成粒状沉淀物。 凝 纳米氧化铁的具有纳米粒子 与纳米 固体 的基本特性 ．如 表面效 度 、 除传统 的加热干燥 、 减压 应 ， 尺寸效应 ， 小 尺寸效应等 ． 也表现出 自 的特性与块体材料不同的 胶的干燥 是溶胶一凝胶 过程 的关键 性环节 ． 身 冷冻干燥 、 临界流体干燥技术也 已应用于溶胶一 超 凝胶法制备 现象。目前应用最多的氧化铁主要是 — ｅ０ ． Ｆ ２ 纳米 Ｑ Ｆ ２ — ｅ 的主要性 干燥外 ． ０ 质是有较好 的耐热性 、 磁性 、 耐光性 ， 并且纳米微粒尺寸小有较高的表 纳 米氧 化 铁 ２３水热法［９ ． ７１ － 面能． 因此表现出很多不 同于普通 尺寸材料的特征 纳米氧化铁除 了 水热 合成法制备纳米氧 化铁 多 以 Ｆ Ｎ ・Ｈ０或 ＦＣ，６ ｅ（Ｏ ９ ２ ｅ１ Ｈ０ ・ 具 有普通氧化铁 的耐腐蚀 、 无毒 等特点外 ， 具有分散性高 、 还 色泽鲜 在一种 稳定剂 （ Ｓ Ｃ４存在下 ， 如 ｎＩ ） 用碱液将溶液的 ｐ Ｈ调至 ７ — 艳、 紫外线具 有良好 吸收 和屏 蔽效应等特点 ． 对 可广泛应用于 闪光涂 为原料， ０ ７ ， Ｆ （Ｈ１凝胶经洗涤重新分散于水 料、 、 油墨 塑料 、 皮革、 汽车面漆、 气敏材料 、 催化剂 、 电子、 光学抛光剂 、 ８再加热 至 ６ — ０ 固液 分离后 ，ｅ０ ， 中， 碱液将 ｐ 用 Ｈ调至 ｌ— ２后 ， １１ 加入 反应釜 中， 升温至 １０ ７ ℃左右反 生物 医学工程等行业 中Ｉ ３ ｌ 应 ２ 冷却 出釜后处 理即得 ｈ． ２纳米 氧 化铁 的制 备 ． 水热法根据反应 类型不同可分为水热氧化 、 还原 、 沉淀 、 合成 、 水 纳米氧化铁 的制备方法总体上可分为干法和湿法 湿法在工业生 结晶等 ． 其特点是粒子纯度高 ， 分散性好 ， 晶型好且大小可控 。 但是 产 中使用的较为广泛 一般 以１ 业绿矾、 ＝ 工业氯化（ 铁或硝酸铁为原 解 、 亚１ 设 操作费用 料， 采用强迫水解法 、 水热法 、 胶体化学法等制备 。干法 常以羰基铁或 该方法最大的不足是必须在压热釜 中进行 ． 备投资较 大 ， 二茂铁为原料 ， 采用火焰热分解 、 气相沉积 、 温等离子化学气相沉积 较高。 低 随着科学技术的发展和人们研究的不断深入 ． 纳米氧化铁的制备 或激光热分解法制备 由于湿法具有原料易得且能直接使用 、 。 操作简 方法正在不断推陈出新 ． 涉及的领域不断加宽 ， 方法 也在不断的 各种 单、 粒子可控等优点 ， 工业上多用此法制备纳米氧化铁 。 因此 交叉和渗透 如爆炸丝法 、 电化学方法、 结合生物技术的方法 、 硬脂酸 目前湿法制备纳米氧化铁的主要方法有如下几种 ： 等等 ２１ 淀法 Ｉ１ ．沉 ｓ ， ６ 纳米氧化铁具有 良好的耐光性 、 磁性和对 紫外线具有 良好的吸收 和屏蔽效应， 广泛应用 于闪光涂料 、 可 油墨 、 塑料 、 革 、 皮 汽车面漆 、 电 子、 高磁记录材料 、 催化剂以及 生物医学工程等方面且 可望开发新的 用途旧 本文简 单介绍 ｒ纳米氧化铁 的性质 ． 并论述 了纳米氧化铁制 备 方 法 和应 用
纳米氧化铁的制备及其应用
纳米氧化铁的制备及其应用
纳米氧化铁（nanofe2o3）是一种材料，近年来受到了越来越多的关注，其特点是尺寸小、表面积大，能够有效利用其具有特定的核壳结构和特殊表面反应性，便于控制催化、分离、修饰或其他应用。
现在，纳米氧化铁也被用作液体催化剂、光催化剂和活性炭催化剂等用途。
纳米氧化铁一般是由氰基氧化镁（Cymag）、甲醇及水混合物制备而成，其中甲醇起到作用，在氰基氧化镁和水混合物中形成氧化铁纳米颗粒。
在反应过程中，反应温度和反应时间等因素会影响反应的结果，反应的最佳参数是温度为550℃，反应时间为6小时。
纳米氧化铁具有良好的热稳定性，可以抵御高温下性能变化，其释放的热量也较低，比通常用氧化铁材料要低几倍。
此外，纳米氧化铁还可以有效抑制有毒物质、抑制有害气体，能够降解有害物质，从而具有很好的环境保护功能。
纳米氧化铁的应用非常广，其中一些应用包括能源存储、生物医学材料、电子元件表面抛光等。
在能源存储方面，纳米氧化铁的使用可以减少汽车的油耗，并且可以作为可再生能源的锂离子电池的正极材料。
作为生物医学材料，纳米氧化铁可用于抗菌、神经细胞移植以及生物活性磁性材料的制备。
此外，纳米氧化铁还可以用于电子元件表面抛光，因为它具有很好的光学性能、耐磨损性和耐腐蚀性。
综上所述，纳米氧化铁是一种具有良好热性能、再次利用性和环境友好性的材料，能够用于多种领域，如能源存储、生物医学材料和
电子元件表面抛光等，未来的发展前景非常广阔，正在不断受到加强研究和应用的关注。
纳米氧化铁的制备及催化性能研究
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。
纳米氧化铁的制备及其应用
纳米氧化铁的制备及其应用纳米氧化铁，又称氧化铁纳米粒子，是一种尺寸小于100nm的铁氧化物纳米粒子。
纳米氧化铁具有吸附性能好、磁性好、比表面积大、活性强和价格低等特点，可以大量应用于有机污染物的吸附治理、电化学储能、光催化、电催化、荧光探针以及材料改性等领域。
本文将综述纳米氧化铁的制备方法和应用。
纳米氧化铁的制备主要分为固相法和液相法，固相法包括直接还原法、静电纺丝法、静电喷雾法、超声研磨法、湿化学氧化还原法、气溶胶冷凝法、喷雾干燥法、物理化学沉淀法等；液相法包括电火花法、高能球磨法、等离子体气相沉淀法、化学气相沉积法以及放电沉积法等。
其中，放电沉积法是一种比较常用的纳米氧化铁制备方法，它利用多极偶变放电技术，在负压或真空环境下，把气相物质电离，产生出微粒，再由气流带入反应容器，这些微粒会在反应容器中被吸附，形成纳米氧化铁。
纳米氧化铁的应用可以归纳为有机污染物的吸附治理、电化学储能、光催化、电催化、荧光探针以及材料改性等几大方面。
首先，纳米氧化铁具有良好的吸附性能，因此可用来吸附有机污染物，实现有机污染物的治理和除除护自然环境。
其次，纳米氧化铁具有较高的比表面积，使其具有较强的电化学储能性能，能够有效提高电池的容量，为现代电力和能源系统提供潜在电源。
此外，纳米氧化铁还可用于光催化、荧光探针、电催化和材料改性等多个领域，为社会发展提供重要的技术支持。
综上所述，纳米氧化铁具有吸附性能好、磁性好、比表面积大、活性强和低成本等优点，且制备方法多样，其应用领域也十分广泛，因此受到广泛关注，成为研究的朝阳产业。
未来，研究者将更加深入地研究这种新型纳米材料，以不断完善和改进其制备工艺和应用方法，以期实现净化环境，提高能源利用率，改善人类生活和社会发展。
以上所述就是关于纳米氧化铁的制备及其应用的3000字文章。
纳米氧化铁的应用已经从单个技术到脱颖而出的新型技术，以及其在环境污染治理及绿色能源等领域中的作用。
未来，吸收和消化外部技术，不断完善和改进其制备工艺和应用方法，为社会发展做出重要贡献。
纳米氧化铁的制备及其应用
纳米氧化铁的制备及其应用
铁是人类文明不可缺少的部分，随着科技的发展和科学技术的进步，人们开始探索纳米尺度的铁，以及其制备和应用，这种铁被称为纳米氧化铁。
纳米氧化铁是一种由纳米级氧化铁微粒组成的复合材料，具有优异的机械性能、热韧性以及电磁屏蔽能力，对其应用和利用具有广泛的前景。
纳米氧化铁的制备方法主要有固相反应法、溶剂热法、化学气相沉积法、水热法、电沉积法、离子交换法、生物体法等。
在实际应用过程中，应根据不同材料和特定应用需求，选择相应的制备方法。
实际应用中，纳米氧化铁可以用于磁性材料、电子材料、气敏传感器、纳米加工装备、超磁致伸缩材料、生物医学应用等方面。
它在磁性材料方面的应用主要是制备出具有高磁性纳米悬浮液，用于制备高性能磁性部件；在电子材料方面的应用主要是制备具有优异电磁隔离性能的微波器件、器件包装以及作为阻抗和线电容的极佳绝缘体；在纳米加工装备方面的应用主要是制备磁控溅射装置；在超磁致伸缩材料方面的应用主要是制备超磁致伸缩液体金属；在生物医学方面的应用主要是用于纳米粒子的细胞检测和生物试剂的载体。
因此，纳米氧化铁的应用前景非常广泛，可以说是一种多功能纳米复合材料。
然而，由于纳米氧化铁的生产过程比较复杂，生产成本较高，因此增加了它的使用成本。
此外，纳米氧化铁的生产过程通常涉及有毒成分，因此在生产过程中需要采取相应的安全措施，以确保
生产安全。
在总结上述内容后，可以得出结论：纳米氧化铁是一种具有优异机械性能、热韧性以及电磁屏蔽能力的复合材料，具有广泛的应用前景，可以用于磁性材料、电子材料、气敏传感器、纳米加工装备、超磁致伸缩材料、生物医学应用等方面，但其生产成本较高，因此需要采取适当的安全措施，以确保生产过程的安全和稳定性。
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第24卷第3期(总第95期)2005年9月湿法冶金Hy dro metallurg y of China Vo l .24No .3(Sum .95)Sep .2005纳米氧化铁的制备与应用方 敏1,段学臣1,周常军2(1.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083;2.湖南省石门县第三中学,湖南石门 415314)摘要:综述了近年来纳米氧化铁的制备方法,对沉淀法、胶体化学法、水热法、水解法、气相法和固相法等各种制备工艺的优劣进行了比较,并详细地介绍了纳米氧化铁的性能及其在各种领域中的应用。
关键词:纳米氧化铁;制备;性能;应用中图分类号:T Q 138.11 文献标识码:A 文章编号:1009-2617(2005)03-0117-04收稿日期:2005-03-08作者简介:方敏(1981-),女,硕士研究生,主要研究方向为纳米材料制备。
纳米材料(Nano cry stalline M ate rials )是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。
由于其具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,因而具有各种奇异的力、电、光、磁、热效应以及化学活性。
纳米氧化铁(N anocrystalline Iron O xide )具有良好的耐候性、耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应,可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面,且可望开发新的用途[1]。
1纳米氧化铁的制备方法目前,国内外有很多不同的纳米氧化铁的制备方法,但总体上可分为湿法(Wet Method )和干法(Dry Me thod )。
湿法多以工业绿矾、工业氯化(亚)铁或硝酸铁为原料,采用沉淀法、胶体化学法、水热法、水解法、溶胶-凝胶法、水溶胶萃取法等制备;干法常以羰基铁[Fe (CO )5]或二茂铁(FeCP 2)为原料,采用火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法(PCVD )或激光热分解法制备。
1.1湿法由于湿法具有原料易得、操作简便、粒子可控等特点,因而普遍受到重视,特别是在工业生产中多采用此法。
1.1.1沉淀法沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合,在混合溶液中加入适当的沉淀剂先制备纳米粒子的前驱体沉淀物,再将此沉淀物干燥或煅烧,从而制得相应的纳米级粒子。
该方法可分为直接沉淀法和均匀沉淀法。
直接沉淀法通常是在金属盐溶液中加入沉淀剂,于一定条件下使生成沉淀析出,将阴离子除去,沉淀物经洗涤、热分解等处理可制得纳米级微粒。
均匀沉淀法是通过控制溶液中沉淀剂的浓度,使之缓慢增加,可使溶液中的沉淀处于平衡状态,且沉淀在整个溶液中均匀地出现。
用碱将亚铁离子沉淀为Fe (OH )2,通入气体(如空气)氧化制得晶种,再引入亚铁盐,继续通气氧化。
产品质量与沉淀粒子Fe (OH )2质量及氧化转化情况密切相关。
而粒子大小取决于加料速度、搅拌状况、溶液初始浓度、反应温度、添加剂等。
在Fe (OH )2氧化过程中,用控制气体通入量和通入方式来控制α-FeOOH 的粒度,也可向亚铁盐中加入诸如硅酸盐、磷酸盐、柠檬酸盐、酒石酸、聚乙烯醇(0.5%)、丙三醇、2,3-丁烯醇等添加剂[2],使结晶成核中心增多,从而使生成的α-FeOO H 的粒子微细、均匀。
沉淀法是液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒最早采用的方法。
沉淀法成本较低,但是存在有下列问题:沉淀物通常为胶状物,水洗时过滤较困难;沉淀剂易作为杂质残留;沉淀过程中各种成分可能发生变化,水洗时部分沉淀物易发生溶解;此外,由于有多种金属不容易发生沉淀反应,这种方法的适应面较窄。
湿法冶金 2005年9月1.1.2胶体化学法[3-4]胶体化学法多以高价铁盐,如FeCl3、Fe(NO3)3等为初始原料,在一定温度下,用低于理论量的碱(如氢氧化钠)与之反应制备出粒子表面带正电的Fe(OH)3溶胶;引入阴离子表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠(SDBS),由于表面活性剂在水溶液中电离,产生的负离子团与带正电的胶体粒子发生电中和,使得胶体粒子表面形成有机薄层从而使之具有亲油憎水性。
再加入氯仿、甲苯之类的有机溶剂,将其萃入有机相。
经减压蒸馏,有机溶剂可循环使用。
残留物经加热处理即得氧化铁产品。
胶体化学法具有原料易得、价格低廉、工艺过程简单的优点,并且有利于促进氯碱平衡。
此法所得溶胶稳定性及透明性好,色泽红艳,纯度高,能够制备出超细、均匀、球形的理想氧化铁粉体。
缺点是:有机溶剂易燃、有毒,产品成本较高。
因此必须注意防止环境污染、提高有机溶剂的循环使用率,降低成本等方面的问题。
1.1.3水热法用水热合成法制备纳米氧化铁多以Fe(NO3)3·9H2O或FeCl3·6H2O为原料,在一种稳定剂(如SnCl4)存在下,用碱液将溶液的pH调至7～8,再加热至60～70℃,固液分离后,Fe(OH)3凝胶经洗涤重新分散于水中,用碱液将pH调至11～12后,加入反应釜中,升温至170℃左右反应2h,冷却出釜后处理即得。
魏雨等[5]以Fe(NO3)3·9H2O为原料,首先制备出Fe(OH)3凝胶,用水重新分散后,采用水热合成法,在无防尘条件下,加入Sn4+离子,成功制备出粒径几十纳米的立方和椭球形均匀α-Fe2O3胶体粒子。
D.R.Chen等[6]以FeCl3·6H2O和NaOH为原料,以十二烷基苯磺酸钠为添加剂分别用正丁醇和二甲苯进行溶剂热合成α-Fe2O3微粒,结果发现,极性较高的正丁醇有助于母体粒子的分散与溶解。
水热法根据反应类型不同可分为水热氧化、还原、沉淀、合成、水解、结晶等,其特点是粒子纯度高,分散性好,晶型好且大小可控。
但是该方法最大的不足是必须在压热釜中进行,设备投资较大,操作费用较高。
1.1.4水解法该方法多以FeCl3或Fe(NO3)3·9H2O为原料,在有一定浓度的H Cl或HNO3存在下,于沸腾密闭静态或沸腾回流动态环境下将Fe3+强制水解来制备α-Fe2O3超细粒子。
其主要经历[Fe(H2O)6]3+水解生成Fe(OH)3和结晶α-Fe2O3两个阶段。
在制备过程中,通常可加入一些结晶助剂(如N aH2PO4),以降低水解沉淀和结晶生长速度,保障粒子生长完整、均匀。
强迫水解法能够制备出粒径为几十纳米的球状或纺锤状的超细氧化铁粒子,但此法的水解浓度较低(多小于0.2mo l/L)。
由于水解是在沸腾状况下进行,因此其能耗也较高。
贺会兰等[7]对强迫水解法合成纺锤状纳米α-Fe2O3进行了研究。
以Fe(NO3)3为原料,用不同的晶体助长剂及不同浓度的OH-,在沸腾回流开放环境下反应38.5h制备出了纳米α-Fe2O3粒子。
此法的水解浓度较低,并须在沸腾条件下进行,因此能耗较高。
1.2干法以干法制备纳米级粉体具有工艺流程短,操作环境好,产品质量高,粒子超细、均匀、分散性好等特点,但其技术难度大,对设备的结构及材质要求高,一次性投资也大,国内在这方面的研究甚少。
干法又可以分为气相法和固相法。
1.2.1气相法气相法在制备纳米微粒技术中占有重要的地位。
它可以分为物理气相沉积法和化学气相沉积法。
物理气相沉积法是利用电弧、高频或等离子体高温热源将氧化物加热,使之汽化,然后聚成纳米粒子,其中真空蒸发法最为常用。
化学气相沉积法利用挥发性金属化合物或金属单质蒸汽通过化学反应生成所需化合物,根据反应类型又可分为气相氧化、气相热解、气相水解等。
如金属氯化物气体与氧或水蒸气反应可制取纳米氧化铁。
气相法的优点是设备简单,反应条件易控制,产物易精制,只要控制反应气体和气体的稀薄程度就可得到少团聚或不团聚的超细粉末,颗粒分散性好、粒径小、分布窄,能连续稳定生产,且能耗少,已有部分材料开始工业化生产。
缺点是产率低,成本较高,粉末的收集较困难。
气相法常以羰基铁[Fe(CO)5][8-9]或二茂铁[FeCP2][10]为原料,采用气相分解或火焰热分解或激光分解法制备。
以N2为载体,将Fe(CO)5从蒸发室导入燃烧室(600℃),同时喷入高速流的空气。
Fe(CO)5与空气迅速湍动混合发生激烈氧化反应。
燃烧产物经骤冷、旋风分离得到超细颜料粒子。
所得产品为粒径5～10nm、比表面·118·第24卷第3期 方敏,等:纳米氧化铁的制备与应用 积为150m2/g、热稳定性和分散性良好的无定型透明氧化铁。
1.2.2固相法纳米氧化物的固相制备方法有机械粉碎法和固相化学反应法。
机械粉碎法是采用超微粉碎机制备超微粒,其原理是利用介质和物料间相互研磨和冲击,使物料达到超细化,但物料粒径很难小于100nm。
固相化学法合成纳米氧化物是近年来发展起来的一种新方法,把金属盐或金属氧化物按配方充分混合、研磨后进行煅烧,固相反应后,直接得到纳米粒子或再研磨得到纳米粒子。
邱春喜等[11]用Fe(NO3)3·9H2O和NaOH 通过固-固反应直接制备纳米α-Fe2O3,将合成工艺大大简化,而且降低了合成成本,减少了由中间步骤及高温反应引起的诸如粒子团聚、所需晶化时间长、产物不纯、产率低等不足,这为纳米α-Fe2O3的合成提出了一种价廉而简易的新方法。
作者在采用固相化学反应法制备纳米α-Fe2O3的过程中发现,在研磨过程中要注意力度均匀,研磨时间充足,这样才能保证Fe(NO3)3·9H2O和NaOH充分反应,否则制备出的α-Fe2O3很难达到纳米级且粒径分布也不均匀。
另外,灼烧的时间和温度也影响试验的结果。
1.3 其它制备方法迄今为止,纳米氧化铁的制备方法几乎均包含于上述各方法之中,只是在具体细节上稍有所不同。
如微乳液反应法[12]实质上属于胶体化学法的范畴,只是增加了乳化和破乳两个过程;催化法[13]即采用NaNO2作催化剂,在弱酸性介质中,于常温下通空气氧化且不加晶种直接合成氧化铁,这一工艺的改进,大大地缩短了氧化时间,提高了生产效率和经济效益;微波加热法[14]是在水解时采用沸腾回流的开放体系,利用微波加热升温快、体系受热均匀及瞬时温度高等特点,制得的氧化铁粒子粒径小且分布均匀;溶胶-凝胶法制备的纳米粒子烧结性差、干燥收缩性大、制备周期较长的缺点,将溶胶-凝胶法与冷冻干燥技术相结合[15],将凝胶中的水由固态直接转化为气态去除。
除水过程中没有液态水的形成,有效地防止了凝胶结构的塌陷和胶体粒子的重新聚结,最终得到分散性良好的纳米粒子。
2纳米氧化铁的应用2.1在磁性材料中的应用磁性纳米粒子由于其特殊的超顺磁性,在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景[16]。