一种球状介孔氧化铁及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种球状介孔氧化铁及其制备方法，其中包括以下步骤：将定量的CTAB和DDAB加入到水中溶解，加入少量氨水搅拌后，再加入FeCl

Spherical mesoporous iron oxide and preparation method thereof

The invention discloses a spherical mesoporous iron oxide and a preparation method thereof, which comprises the following steps: adding a quantitative amount of CTAB and DDAB into water to dissolve; adding a small amount of ammonia water; stirring and then adding FeCl

【技术实现步骤摘要】
一种球状介孔氧化铁及其制备方法
本专利技术属于材料合成
，具体涉及一种球状介孔氧化铁及其制备方法。
技术介绍
纳米氧化铁具有良好的耐候性、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、催化剂以及生物医学过程等方面，因此了解和掌握纳米氧化铁的各种制备方法无疑具有重要的现实意义。近年来，纳米氧化铁的制备已经取得了较大的进展，对纳米氧化铁形貌的研究成为人们关注的焦点。例如，申请公布号为CN103754956A(申请号201310744725.7)的中国专利公开了一种可控形貌纳米氧化铁的水热合成方法，该专利通过水热法制备出了不同形貌的氧化铁，虽然形貌可控但制备的产品没有介孔，因此比表面积并未得到有效提高。申请公布号为CN101870500A(申请号201410489261.4)的中国专利公开了一种氧化铁纳米颗粒的制备方法，该实验过程中，水热反应需要较高的温度，所制备的产物只是单纯的无介孔纳米结构，比表面积较小。在氧化铁的研究领域中，颗粒状氧化铁的研究比较多，球状介孔氧化铁的报道却未曾见。另外，氧化铁具有复杂的晶相行为，晶化过程容易发生骨架坍塌，所以需要利用合适的表面活性剂或者其它添加剂来增强其骨架的强韧程度，这使得球状氧化铁的制备存在一定的困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种球状介孔氧化铁及其制备方法，以FeCl3·6H2O为原料，以CTAB和DDAB作复合模板，制备出的球状氧化铁具有均匀的介孔，该实验过程操作简单，耗能低。复合模板使产物具有更均匀的介孔，有效提高其比表面积。同时，在DDAB的影响下CTAB首先形成球状胶束，随后在氨水和DDAB的影响下胶束聚集成球状聚集体，加入铁源之后铁在亲水端水解，则得到内部呈蜂窝状的介孔氧化铁球。实验过程中氨水调节了溶剂的pH值，使得复合模板剂在溶液中能更稳定的存在，同时，也诱导了胶束的聚集。另外，氨水也起到了一定的催化作用，加快了铁源的水解，缩短了反应时间。为实现上述目的本专利技术通过以下技术方案实现：一种球状介孔氧化铁的制备方法，包括以下步骤：(1)向水中分别加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)，然后在该溶液中加入体积分数为20～25％的氨水溶液，混匀反应，得到混合溶液；(2)将FeCl3·6H2O加入到上述混合溶液，混匀反应，得到溶液；其中，所述FeCl3·6H2O:CTAB:DDAB:氨水溶液：水＝1:(0.05～0.08):(0.08～0.11):(0.16～0.18):(11～15)；(3)将上述制得的溶液转移至反应釜后，置于恒温箱中进行水热反应；(4)将上述水热反应后的溶液进行分离，洗涤，干燥，研磨后，在400～450℃条件下煅烧3～4h，得到球状介孔氧化铁粉末。步骤(1)中，反应温度为32～37℃，最佳温度为35℃，在该温度下，CTAB、DDAB和氨水充分的混合，得到的模板骨架较牢固，不会坍塌，为水热反应提供良好基础。步骤(1)中，搅拌混匀反应3～4h，优选搅拌混匀反应3h，将CTAB、DDAB和氨水充分搅拌均匀，利于复合模板剂和氨水充分发挥其作用，得到的模板骨架较牢固，不会坍塌，为水热反应提供良好基础。步骤(2)中，搅拌混匀反应24～48h，优选搅拌混匀反应24h，FeCl3·6H2O与复合模板剂和氨水混合均匀，有利于水热反应充分进行。步骤(3)中，恒温箱的温度为90～110℃，最佳温度为90℃，水热反应为20～24h，最佳水热反应时间为24h，在本专利技术所用CTAB和DDAB的比例下，若水热反应温度升高大于110℃，则部分产物破碎，形貌不均匀，且随水热反应温度升高，产物破碎越来越严重。若在该比例条件下增加水热反应时间大于24h，则颗粒状物质的直径会慢慢变大，但直径达到150nm左右时就不会再继续变大，且产物的分散性较差；反应时间较短小于20h时，产物团聚较严重。经过大量实验验证与分析，恒温箱的最佳温度为90℃，最佳水热反应时间为24h，在该条件下得到的产物形貌均匀，分散性最好，得到介孔分布均匀的球状氧化铁粉末。步骤(4)中，干燥温度为50℃，干燥时间为12～24h(优选20h)。此干燥条件得到的产物的形貌及其性能最好。步骤(4)中，最佳煅烧温度为400℃，最佳煅烧时间为3h。产物干燥之后是无定型的前驱体，煅烧实现晶型的转化。本专利技术所用煅烧温度低，煅烧时间短，减少能源消耗。上述方法制备得到的球状介孔氧化铁，介孔分布均匀，孔径为2～4nm，粒径为200～250nm。本专利技术制备得到的球状介孔氧化铁在吸附方面有更为广泛的应用，球状介孔氧化铁对砷、铅离子具有较大的吸附能力，因此在制备除砷、铅吸附材料具有潜在的应用价值。本专利技术的有益效果是：(1)由于氧化铁具有复杂的晶相行为，晶化过程容易发生骨架塌陷，反应中易形成各种羟基氧化铁如α-2FeOOH和β-2FeOOH等，使得介孔氧化铁的制备存在一定的难度，本专利技术以FeCl3·6H2O为原料，CTAB/DDAB为复合模板剂，得到的较为少见的球状介孔氧化铁大小均一、分散均匀、孔道明显，孔径约为2～4nm，粒径为200～250nm。产物骨架结构稳定，煅烧时不易坍塌。本专利技术制得的氧化铁具有独特的结构，与单纯的球状结构比较，表面均匀分布的介孔及内部空腔有效增加了其比表面积，因此具有极大的潜在应用价值。用此方法制备的球状介孔氧化铁对砷和铅等离子具有较大的吸附能力，因此对研制高效除砷、铅吸附材料具有重要的实际意义。(2)本专利技术中原料的质量比为FeCl3·6H2O:CTAB:DDAB:氨水溶液：水＝1:(0.05～0.08):(0.08～0.11):(0.16～0.18):(11～15)。在该CTAB和DDAB的质量比下，产物形成机理如下：由于DDAB的影响，CTAB首先形成小球状胶束。氨水将溶液pH值调至弱碱性，在该pH值下CTAB胶束聚集成球状聚集体，加入铁源之后，铁在亲水端水解。然后经过煅烧去除表面活性剂，得到球状介孔氧化铁。由于采用了CTAB和DDAB，二者很好的发挥协同作用，使所制备的球状氧化铁不仅具有介孔，而且其内部呈蜂窝状，增加了产物比表面积，介孔结构稳定，晶化过程不容易坍塌。另外，本专利技术在最后的煅烧过程中使产物由前驱体变为氧化铁，实现了晶化。(3)本专利技术的氨水起到调节溶液pH值和催化作用。调节溶液pH值：复合模板剂在该pH值下形成的模板骨架较牢固，不会坍塌，同时能诱导已形成的CTAB胶束聚集成球状胶束聚集体。催化：加入铁源以后，氨水作为催化剂来加速铁源的水解，从而缩短反应时间。其中，氨水在本专利技术实验过程中的主要作用是调节溶液的pH值。采用合适配比量的氨水，使其既能充分发挥催化作用，又能调节溶液的pH值成为弱碱性。若是含量过少或过多，复合模板剂无法在弱碱性的条件下反应，该pH值下得到的模板骨架较牢固，不会坍塌，为水热反应提供良好基础，使在晶化过程中产物结构更加稳定。另外，适量的氨水加快了铁源的水解，缩短了反应时间。(4)复合模板的添加量和反应条件对形成形貌为球状的介孔氧化铁至关重要。本专利技术采用了合适质量比的复合模板，当CTAB和DDAB的比例增加时，产物无规则形貌，团聚严重。CTAB和DDAB的比例下降时，产物为颗粒状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球状介孔氧化铁的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）向水中分别加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB），然后在该溶液中加入体积分数为20~25%的氨水溶液，混匀反应，得到混合溶液；（2）将FeCl

【技术特征摘要】
1.一种球状介孔氧化铁的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）向水中分别加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB），然后在该溶液中加入体积分数为20~25%的氨水溶液，混匀反应，得到混合溶液；（2）将FeCl3·6H2O加入到上述混合溶液，混匀反应，得到溶液；其中，所述FeCl3·6H2O:CTAB:DDAB:氨水溶液：水的质量比=1:(0.05~0.08):(0.08~0.11):(0.16~0.18):(11~15)；（3）将上述制得的溶液转移至反应釜后，置于恒温箱中进行水热反应；（4）将上述水热反应后的溶液进行分离，洗涤，干燥，研磨后，煅烧，得到球状介孔氧化铁粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国伟，史雪，李秀艳，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37