一种氧化铁及其合成方法技术

技术编号:21446661 阅读:29 留言:0更新日期:2019-06-26 02:43
本发明专利技术提供一种大孔氧化铁及其合成方法,所述氧化铁的组成成分为α‑氧化铁,具有两级孔道,其中介孔最可几孔径尺寸为15~25nm;大孔的孔径范围为50~1500nm。所述合成方法包括将Beta分子筛预处理;然后将Beta分子筛,硝酸铁,糖类和水混合,搅拌超声处理;再进行干燥处理和高温处理;最后在碱溶液中处理得到大孔氧化铁。本发明专利技术方法不使用昂贵的有机添加物,制备的大孔氧化铁的孔径分布均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铁及其合成方法
本专利技术属于多孔无机材料合成领域,具体地说是一种大孔氧化铁及其合成方法。
技术介绍
氧化铁是一种廉价易得、绿色环保的功能材料,在催化、磁性设备、传感器、环境保护、医学诊断与治疗、水质净化及污染处理等诸多领域有着广阔的应用前景。CN102260542公开了一种三维有序大孔氧化铁脱硫剂的制备方法,该专利采用胶晶模板法制备大孔材料,以聚苯乙烯微球胶晶模板作为大孔模板,再将前驱物填充在模板的缝隙中,最后除去模板得到三维有序大孔氧化铁。但是模板组装耗时过长,制备成本过高。CN101723469A公开了一种制备介孔孔壁的三维有序大孔氧化铁的软硬双模板法,该方法在常温、常压和超声条件下,将九水硝酸铁和软模板P123,溶于无水乙醇或无水甲醇与无水乙二醇混合液中,再用该混合液浸润呈密堆积排列的硬模板PMMA微球,含有PMMA的混合液经抽滤、干燥和程序升温焙烧后,即可制得菱方结构的具有介孔孔壁的三维有序大孔氧化铁。该专利的特征是使用了双模板,一个是胶晶模板,另一个是软模板P123,其制备成本也过高。CN102951687A公开了一种氧化铁介孔微球及其制备方法,先制备含有成孔剂的前驱液,再将前驱液通过喷雾干燥造粒,得到微球粉末;最后焙烧得到介孔氧化铁。所用的成孔剂是高分子聚合物。CN101733102A公开了氧化铁多孔整体式催化剂的制备,公开了一种大孔氧化铁的制备方法。该专利是先以烷氧基硅烷为硅源,以聚乙二醇为大孔模板剂,以氨水为中孔模板剂,先制备双孔硅胶整体柱模板。然后将硝酸盐溶液通过硅胶整体柱,最后以氢氧化钠溶液溶解硅胶,得到一种包含大孔和介孔的整体式多孔氧化铁。结合上述分析可知,现有大孔或多孔氧化铁材料制备方法仍然存在着如模板组装耗时过长、制备成本高、难以工业化生产、材料的孔分布不均匀,物化性质较差等问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术提供一种大孔氧化铁及其合成方法,本专利技术提供的大孔氧化铁具有丰富的大孔结构,且孔分布均匀,所属合成方法简单易行,生产成本低。本专利技术提供一种大孔氧化铁,所述大孔氧化铁具有如下特征:组成成分为α-氧化铁,具有两级孔道,其中介孔最可几孔径尺寸为15~25nm;大孔的孔径范围为50~1500nm,大孔最可几孔径D为60-1000nm,其中,0.8D-1.2D之间内的大孔占整个大孔的比例大于60%。上述大孔氧化铁中,所述大孔氧化铁比表面积为50~150m2/g。本专利技术提供一种大孔氧化铁的合成方法,所述方法包括如下内容:(1)将Beta分子筛与苯甲酸钠溶液混合,混合均匀后进行固液分离,并对收集到的固体进行干燥;(2)将步骤(1)得到的Beta分子筛,硝酸铁,糖类物质和水混合均匀;(3)将步骤(2)的得到的物料干燥至水分完全蒸发;(4)将步骤(3)得到的固体物料在氮气或惰性气氛中高温处理;(5)将步骤(4)得到的固体物料在空气气氛中高温处理;(6)将步骤(5)得到的固体物料与碱液混合,在100~200℃处理1~10h,然后过洗涤、干燥得到大孔氧化铁。本专利技术方法中,所述Beta分子筛的晶体尺寸为70~1000nm,所述Beta分子筛可以购买市场售卖的符合要求的商品,也可以按照现有的方法进行制备。本专利技术方法中,所述Beta分子筛可以通过如下方法制备:将碱源、硅源、铝源、水和模板剂(TEAOH)按照摩尔比3~8Na2O:40~100SiO2:A12O3:800~1200H2O:10~30TEAOH的比例混合均匀,然后装入密闭反应器中在100~180℃下晶化10~60h,最后经分离、洗涤、干燥,得到Beta分子筛。上述方法中,所述的无机碱是氢氧化钠;铝源是铝酸钠、硫酸铝、氯化铝、硝酸铝中的一种或几种;硅源是白碳黑和/或硅溶胶;模板剂是四乙基氢氧化铵。上述方法中,所述晶化反应温度为100~180℃,反应时间为10~60h,优选反应温度为105~160℃,反应时间为20~50h。上述方法中,洗涤为用蒸馏水洗涤;所述的干燥条件是100~150℃条件下处理5~15h,优选110~140℃条件下处理6~12h。本专利技术方法中,步骤(1)之前还包括一个预处理步骤(1A),首先将所述Beta分子筛投入到筛选溶液中,让Beta分子筛在筛选溶液中自然沉降,当分子筛沉降到筛选液底部时,将筛选液分为若干个等分区段,如分为n个等分区段,n取值为大于1的奇数(n的值可以为3、5、7、9、11等奇数)。若分子筛的晶体粒度比较均匀,n值可以取较小的数值,反之则取较大的数值。筛选分子筛时,可以根据需要选择不同区段的分子筛,优选选择最中心区段的分子筛(如分成三份时,取中间的1/3,分成5份时,取中间的1/5),并将筛选出的分子筛过滤干燥。上述方法中,所述筛选溶液为丙二醇水溶液、丙三醇水溶液中的任一种,所述筛选溶液的浓度为5~75wt%,优选为10~70wt%;筛选溶液与Beta分子筛的质量比为1~10:1,优选2~8:1。本专利技术方法中,步骤(1)中所述固液分离为本领域现有的任意可以实现固液分离的技术手段,如采用过滤,将固体物料与液体分离,所述固体物料不用洗涤直接进行干燥。本专利技术方法中,步骤(1)苯甲酸钠质量浓度为2~20wt%,优选3~18wt%;苯甲酸钠溶液与固体物质液固质量比为1~10:1,优选2~8:1。本专利技术方法中,步骤(2)中所述的干燥条件是100~150℃条件下处理5~15h,优选110~140℃条件下处理6~12h。本专利技术方法中,步骤(2)中所述的Beta分子筛、硝酸铁、糖类物质、水的质量比为0.1~2:1:0.1~2:10~33,优选为0.2~1:1:0.2~1:12~30。本专利技术方法中,步骤(2)中所述的糖类物质包括蔗糖、葡萄糖中的一种或几种。本专利技术方法中,步骤(3)中所述干燥温度为100~150℃。本专利技术方法中,步骤(4)中所述高温处理温度为300~900℃,优选为400~800℃;焙烧时间为为1~10h,优选2~8h。本专利技术方法中,步骤(5)中所述高温处理温度为300~900℃,优选为400~800℃;焙烧时间为为1~10h,优选2~8h。本专利技术方法中,步骤(6)碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等溶液中的一种或几种,碱液浓度为15~55wt%,优选20~50wt%;所述碱液与固体物料的质量比为1~10:1,优选为2~8:1。本专利技术方法中,步骤(6)中处理温度为100~200℃,优选为120~180℃;处理时间为1~10h,优选2~8h。本专利技术方法中,步骤(6)中所述洗涤为用蒸馏水洗涤;步骤(6)中所述的干燥条件是100~150℃条件下处理5~15h,优选110~140℃条件下处理6~12h。本专利技术方法中,步骤(1)、步骤(2)和步骤(6)中所述的混合可以采用搅拌、高速剪切、超声处理等中的任一种方式,优选在超声条件下进行混合,当采用超声处理时,处理时间为10~60min,优选15~55min,超声波的频率为15KHz-10MHz,功率按溶液体积计为20~100W/L。本专利技术提供的大孔氧化铁具有丰富的大孔,可用作催化剂、吸附剂,或其它功能材料。与现有技术相比较,本专利技术提供的大孔氧化铁及其制备方法具有以下优点:本专利技术制备方法中,首次提出将Beta分子筛作为硬模板用于制备大孔氧化铁中。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种大孔氧化铁,所述大孔氧化铁具有如下特征:组成成分为α‑氧化铁,具有两级孔道,其中介孔最可几孔径尺寸为15~25nm;大孔的孔径范围为50~1500nm,大孔最可几孔径D为60‑1000nm,其中,0.8D‑1.2D之间内的大孔占整个大孔的比例大于60%。

【技术特征摘要】
1.一种大孔氧化铁,所述大孔氧化铁具有如下特征:组成成分为α-氧化铁,具有两级孔道,其中介孔最可几孔径尺寸为15~25nm;大孔的孔径范围为50~1500nm,大孔最可几孔径D为60-1000nm,其中,0.8D-1.2D之间内的大孔占整个大孔的比例大于60%。2.按照权利要求1所的大孔氧化铁,其中,所述大孔氧化铁比表面积为50~150m2/g。3.一种大孔氧化铁的合成方法,所述方法包括如下内容:(1)将Beta分子筛与苯甲酸钠溶液混合,混合均匀后进行固液分离,并对收集到的固体进行干燥;(2)将步骤(1)得到的Beta分子筛,硝酸铁,糖类物质和水混合均匀;(3)将步骤(2)的得到的物料干燥至水分完全蒸发;(4)将步骤(3)得到的固体物料在氮气或惰性气氛中高温处理;(5)将步骤(4)得到的固体物料在空气气氛中高温处理;(6)将步骤(5)得到的固体物料与碱液混合,在100~200℃处理1~10h,然后过洗涤、干燥得到大孔氧化铁。4.按照权利要求3所述的合成方法,其中,步骤(1)之前包括一个预处理步骤(1A),首先将所述Beta分子筛投入到筛选溶液中,让Beta分子筛在筛选溶液中自然沉降,当分子筛沉降到筛选液底部时,将筛选液分为n个等分区段,n取值为大于1的奇数,筛选分子筛时,根据需要选择不同区段的分子筛,优选选择最中心区段的分子筛,并将筛选出的分子筛过滤干燥。5.按照权利要求4所述的合成方法,其中,所述筛选溶液为丙二醇水溶液、丙三醇水溶液中的任一种,所述筛选溶液的浓度为5~75wt%,优选为10~70wt%;筛选溶液与Beta分子筛的质量比为1~10:1,优选2~8:1。6.按照权利要求3所述的合成方法,其中,步骤(1)中苯甲酸钠质量浓度为2~20wt%,优选3~18wt%;苯甲酸钠溶液与固体物质液固质量比为1~10:1,优选2~8:1。7.按照权利要求3所述的合成方法,其中,步骤(2)中所述的干燥条件是100~150℃条件下处理5~15h,优选110~140℃条件下处理6~12h。8.按照权利要求3所述的合成方法,其中,步骤(2)中所述的Beta分子筛、硝酸铁、糖类物质、水的质量比为0.1~2:1:0.1~2:10~33,优选为0.2~1:1:0.2~...

【专利技术属性】
技术研发人员:范峰凌凤香张会成王少军杨春雁
申请(专利权)人:中国石油化工股份有限公司中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院
类型:发明
国别省市:北京,11

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