一种分散纳米铁颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种分散纳米铁颗粒及其制备方法，属于纳米金属材料技术领域。通过加入某种分散剂，采用液相化学还原法，将可溶性二价铁或三价铁盐溶于蒸馏水(或蒸馏水与乙醇的混合液)中，形成铁盐溶液，然后采用带有强还原性的还原剂如硼氢化物直接将铁离子还原为单质铁。产物经过滤和洗涤后真空干燥，即得到具有纳米微观结构的分散性能较好的纳米铁粉末材料。该法制得的纳米铁颗粒呈球形，粒径小，粒度范围窄。该法简单易行，整个工艺过程容易控制，在常温常压下进行，且能够克服纳米铁的团聚问题，符合生产实际需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米金属材料
，具体涉及一种分散纳米铁颗粒及其制备方法。
技术介绍
通常把颗粒尺寸在1～100纳米(nm)范围的粉末或材料叫做纳米材料。纳米材料因其独特的性质在各个领域都有着广泛的应用。纳米铁因其介于宏观的常规细粉和微观的原子团簇之间的过渡区域，故呈现出一些独特的性质，其中一个重要的特性就是表面效应。由于粒径小，比表面积大，表面活性强，纳米铁在污染物修复中具有比普通铁粉更独特的优势。国外的许多研究表明纳米铁能还原去除水中的许多污染物，如溶解性有机氯化物、PCBs和硝基苯类化合物等。由于纳米铁粒径小、活性强，易聚结、易氧化，因此常是现用现制，在制备和使用时都必须隔绝氧气，使用不方便，代价高，因此，在实际应用中受到限制，目前常用的制备方法有物理法和化学法。一些方法在理论上行得通，但实际操作条件要求很高，不容易做到。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分散纳米铁颗粒及其制备方法，通过在液态还原过程中直接加入分散剂，使生产出的纳米铁粒径小、分散均匀、粒径范围窄，且具有一定的抗氧化性，能够解决在纳米铁生产过程中产生的团聚问题，有良好的实际应用效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种分散纳米铁颗粒的制备方法，包括如下步骤：(1)以可溶性二价铁或三价铁盐为原料，将其溶解于溶剂中配制铁盐溶液，铁盐溶液中铁离子浓度达到0.2-2mol/L，其中，所述溶剂为蒸馏水或蒸馏水与乙醇的混合溶液(体积比为7:3)。(2)向步骤(1)中所得铁盐溶液中加入表面活性剂，使其浓度达到0.2-0.4g/L；然后加入络合剂，使其浓度达到0.002-0.005g/L。(3)向步骤(2)所得溶液中加入分散剂，使其浓度达到0.1-0.5wt.％。(4)配置硼氢化物水溶液，使其浓度为0.02-0.1mol/L。(5)在搅拌状态下，将硼氢化物水溶液滴入步骤(3)所得溶液中，滴速为1-10ml/s，反应过程温度为室温，滴加至反应完全(所述反应完全是指滴加到反应溶液不再产生气泡后，再振荡30分钟)。(6)将步骤(5)所得反应产物进行抽滤，再用蒸馏水及无水乙醇进行多次洗涤后，将所得产物经60℃真空干燥10-24h，即得到黑色分散纳米铁颗粒。所述二价铁盐为氯化亚铁，所述三价铁盐为硫酸铁或氯化铁。所述表面活性剂为可溶性淀粉。所述络合剂为柠檬酸。所述分散剂为2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)。所述硼氢化物(还原剂)为硼氢化钠或硼氢化钾。采用上述方法制备的分散纳米铁颗粒产品呈球形，纯度高，粒径小，粒度均匀，粒径在100nm以下，且具有一定的抗氧化性。本专利技术的优点与效果是：1、本专利技术通过加入分散剂，采用液相化学还原法，将可溶性二价铁或三价铁盐溶于蒸馏水(或蒸馏水与乙醇的混合液)中，形成铁盐溶液，然后采用带有强还原性的还原剂如硼氢化物直接将铁离子还原为单质铁。产物经过滤和洗涤后真空干燥，即得到具有纳米微观结构的分散性能较好的纳米铁粉末材料。2、本专利技术方法有效阻止纳米铁颗粒的团聚，合成的纳米铁颗粒材料分散性能良好，有效解决纳米铁颗粒团聚问题；且产品纯度高，粒径小，粒度均匀。3、本专利技术合成路线简单，工艺过程控制容易。4、本专利技术在常温常压下进行生产制备过程，符合生产实际需要。具体实施方式实施例1制备分散纳米铁颗粒，制备步骤为：(1)称取氯化铁，将其溶于蒸馏水中，配成铁离子浓度为0.8摩尔/升的溶液；(2)在(1)中所得溶液中加入表面活性剂可溶性淀粉，使其浓度达到0.4克/升，加入络合剂柠檬酸，使其浓度达到0.004克/升；(3)将2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)原液稀释100倍后加入(2)所得溶液中，使PBTCA质量浓度达0.2％。(4)称取硼氢化钠溶于蒸馏水中，配成硼氢化钠含量为0.02摩尔/升的溶液；(5)在(3)所得溶液处于搅拌状态下，将溶液(4)滴入进行还原反应，滴加速度为5毫升/秒，反应过程中温度控制在20摄氏度，直至反应完全；(6)在(5)反应结束后，将反应得到的固体产物抽滤，并用蒸馏水淋洗产物三次，无水乙醇淋洗产物三次；(7)将(6)所得产物于60摄氏度真空干燥10h，即可得到黑色的分散均匀的纳米铁颗粒。所制备的分散纳米铁颗粒其粒径范围为70-80纳米。实施例2制备分散纳米铁颗粒，制备步骤为：(1)称取硫酸铁，将其溶于蒸馏水和无水乙醇混合溶液(体积比＝7:3)中，配成铁离子浓度为0.2摩尔/升的溶液；(2)在(1)中所得溶液中加入表面活性剂可溶性淀粉，使其浓度达到0.2克/升，加入络合剂柠檬酸，使其浓度达到0.002克/升；(3)将2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)原液稀释100倍后加入(2)所得溶液中，使PBTCA质量浓度达0.3％。。(4)称取硼氢化钠溶于蒸馏水中，配成硼氢化钠含量为0.02摩尔/升的溶液；(5)在(3)所得溶液处于搅拌状态下，将溶液(4)滴入进行还原反应，滴加速度为10毫升/秒，反应过程中温度控制在20摄氏度，直至反应完全；(6)在(5)反应结束后，将反应得到的固体产物抽滤，并用蒸馏水淋洗产物三次，无水乙醇淋洗产物三次；(7)将(6)所得产物于60摄氏度真空干燥24h，即可得到黑色的分散均匀的纳米铁颗粒。所制备的分散纳米铁颗粒其粒径范围为70-80纳米。实施例3制备分散纳米铁颗粒，制备步骤为：(1)称取氯化亚铁，将其溶于蒸馏水中，配成铁离子浓度为1.6摩尔/升的溶液；(2)在(1)中所得溶液中加入表面活性剂可溶性淀粉，使其浓度达到0.4克/升，加入络合剂柠檬酸，使其浓度达到0.004克/升；(3)将2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)原液稀释100倍后加入(2)所得溶液中，使PBTCA质量浓度达0.2％。(4)称取硼氢化钾溶于蒸馏水中，配成硼氢化钾含量为0.02摩尔/升的溶液；(5)在(3)所得溶液处于搅拌状态下，将溶液(4)滴入进行还原反应，滴加速度为5毫升/秒，反应过程中温度控制在20摄氏度，直至反应完全；(6)在(5)反应结束后，将反应得到的固体产物抽滤，并用蒸馏水淋洗产物三次，无水乙醇淋洗产物三次；(7)将(6)所得产物于60摄氏度真空干燥24h，即可得到黑色的分散均匀的纳米铁颗粒。所制备的分散纳米铁颗粒其粒径范围为70-80纳米。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分散纳米铁颗粒的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)以可溶性二价铁或三价铁盐为原料，将其溶解于溶剂中配制铁盐溶液，铁盐溶液中铁离子浓度达到0.2‑2mol/L；(2)向步骤(1)中所得铁盐溶液中加入表面活性剂，使其浓度达到0.2‑0.4g/L；然后加入络合剂，使其浓度达到0.002‑0.005g/L；(3)向步骤(2)所得溶液中加入分散剂，使其浓度达到0.1‑0.5wt.％。(4)配置硼氢化物水溶液，使其浓度为0.02‑0.1mol/L；(5)在搅拌状态下，将硼氢化物水溶液滴入步骤(3)所得溶液中，滴速为1‑10ml/s，反应过程温度为室温，滴加至反应完全；(6)将步骤(5)所得反应产物进行抽滤，再用蒸馏水及无水乙醇进行多次洗涤后，将所得产物经60℃真空干燥10‑24h，即得到黑色分散纳米铁颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种分散纳米铁颗粒的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)以可溶性二价铁或三价铁盐为原料，将其溶解于溶剂中配制铁盐溶液，
铁盐溶液中铁离子浓度达到0.2-2mol/L；
(2)向步骤(1)中所得铁盐溶液中加入表面活性剂，使其浓度达到0.2-0.4g/L；
然后加入络合剂，使其浓度达到0.002-0.005g/L；
(3)向步骤(2)所得溶液中加入分散剂，使其浓度达到0.1-0.5wt.％。
(4)配置硼氢化物水溶液，使其浓度为0.02-0.1mol/L；
(5)在搅拌状态下，将硼氢化物水溶液滴入步骤(3)所得溶液中，滴速为
1-10ml/s，反应过程温度为室温，滴加至反应完全；
(6)将步骤(5)所得反应产物进行抽滤，再用蒸馏水及无水乙醇进行多次
洗涤后，将所得产物经60℃真空干燥10-24h，即得到黑色分散纳米铁颗粒。
2.根据权利要求1所述的分散纳米铁颗粒的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜立宇，梁成华，冯婧薇，兰西平，吴岩，董淑萍，李杰颖，尹岩，
申请(专利权)人：沈阳农业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21