一种纳米铁酸盐的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米铁酸盐的制备方法。它是采用沉淀法得到铁酸盐的前驱体，并以农业废弃物、木屑或锯末为前驱体的载体，经高温煅烧成型，制得纳米铁酸盐。本发明专利技术纳米铁酸盐的制备方法，克服了现有纳米铁酸盐制备技术的一些不足，如在水溶液中不同元素沉淀时ｐＨ条件的差异所造成的相态不匀、化学均匀性较差且颗粒大小难以控制等缺点。制得的纳米铁酸盐具有孔隙度高、比表面积大、催化活性强的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米功能材料的制备技术，尤其涉及一种纳米铁酸盐的制备方法。
技术介绍
锰、锌、钴、镍的铁酸盐是重要的功能性材料。其中Mn-Zn、Ni-Zn铁酸盐是世界上目前产量最大的高频软磁体，常用作高频变压器、感应器和记录磁头等的磁性材料。铁酸盐还是重要的催化剂，已被应用于合成氨、费托合成，以及乙苯、丁烯等的氧化脱氢反应，它在化学和化工合成等领域具有广阔的应用前景。以往通常是将三氧化二铁和锰、锌、钴、镍的碳酸盐混合物高温煅烧，再经研磨制备铁酸盐。该方法有两个缺点，即化学均匀性较差且颗粒大小难以控制。为克服上述缺点，发展了共沉淀法和醇盐水解法。共沉淀法铁是将可溶性三价Fe和二价Mn、Zn、Ni或Co配制成混合溶液，经过中和反应后形成氢氧化物沉淀，再经水热反应或煅烧形成铁酸盐。由于Fe3+与二价阳离子在中和过程中发生沉淀时的pH值相差很大，因此沉淀物并非均匀的物相，从而影响合成产物的化学均匀性。而醇盐水解法需要合成相应的金属醇盐，设备投资和生产成本均很高，产品在价格上不具竞争力。为了提高铁酸盐的磁导率和催化活性，需要制备纳米尺寸铁酸盐。纳米级铁酸盐的出现进一步拓展了铁酸盐的应用领域。见诸报道的关于铁酸盐纳米材料的制备方法很多，如化学共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法、微乳液法、相转化法、超临界法、冲击波合成法、微波场下湿法合成、爆炸法、高能球磨法和自蔓延高温合成法等。这些方法各有千秋，如何简化工艺、降低成本是纳米材料制备技术承待解决的共同问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纳米铁酸盐的制备方法。纳米铁酸盐的制备方法包括如下步骤：1)将硝酸铁或其水合物与二价阳离子的硝酸盐或其水合物按摩尔比1∶0.4～0.6的比例置于容器中，加入重量相当于硝酸铁或其水合物和二价阳离子的硝酸盐或其水合物总重量0.8～1.5倍的酒精，搅拌直至硝酸铁和硝酸盐完全溶解；2)在上述溶液中加入相当于酒精重量8～16％的农业废弃物、木屑或锯末，-->搅拌下水浴加热，直至酒精被蒸干；3)将混合物加热到600～1100℃，并恒温2～3小时，冷却至室温后取出，得到纳米铁酸盐。所述的纳米铁酸盐是单晶尺寸10～100纳米的RFe2O4，R为Mn、Ni、Co、Zn、Cu中的一种或数种。二价阳离子是Mn2+、Ni2+、Co2+、Zn2+或Cu2+中的一种或数种。硝酸盐是硝酸锰、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锌或硝酸铜中的一种或数种。农业废弃物是谷类的外壳、经粉碎的农作物秸秆或玉米芯。硝酸铁或其水合物与二价阳离子的硝酸盐或其水合物按摩尔比优选1∶0.5。本专利技术采用物理沉淀法得到铁酸盐的前驱体，避免了在水溶液中因不同元素沉淀时pH条件不同所造成的相态不均匀。采用农业废弃物或锯末作为前驱体的载体，具有来源广泛、价格低廉的优点。在高温煅烧成型后，载体经燃烧氧化后气化，因此制备出的铁酸盐具有孔隙度高、比表面积大、催化活性强的优点。具体实施方式制备方法的第一步，是将硝酸铁和二价元素的硝酸盐溶解在酒精中，二者的摩尔比为1∶0.4～0.6。避免使用水作为溶剂，是因为三价铁和二价元素在水溶液中沉淀时pH相差过大，难以形成均匀的沉淀，在后续反应中将形成独立的氧化物，而不是铁酸盐。推荐使用硝酸铁和硝酸锰，是因为它们在酒精中的溶解度大，分解温度低，可以减少酒精用量以及能耗。所说的二价阳离子是Mn2+、Ni2+、Co2+、Zn2+或Cu2+中的一种或数种；所说的硝酸盐是硝酸锰、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锌或硝酸铜中的一种或数种。制备方法的第二步是将用作前驱体载体的农业废弃物、木屑或锯末与配置的酒精溶液混合，并将溶液蒸干。使用水浴加热有利于温度控制，以避免过热引起酒精燃烧，工业化生产时酒精可回收利用。蒸干过程要持续搅拌，以免出现沉淀不均匀。所说的农业废弃物是谷类的外壳、经粉碎的农作物秸秆或玉米芯。制备方法的第三步是将搭载有硝酸铁和其它硝酸盐的载体在预定温度下煅烧。在煅烧过程中硝酸盐先分解，然后进一步反应形成铁酸盐，并被烧结成载体的形状。煅烧温度应根据最终产品的用途调节，用作磁性材料的产品可选择较低的煅烧温度，用作催化剂的产品应选择较高的煅烧温度。本专利技术结合以下实例作进一步的说明，但本专利技术的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。-->实施例1：铁酸锰的制备1)分别称取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Mn(NO3)2·4H2O 125.5克置于反应瓶中，加入423.6克工业酒精，搅拌直至硝酸铁和硝酸锰完全溶解；2)加入34克稻壳粉，搅拌下水浴加热，直至酒精被蒸干；3)将混合物从反应瓶中取出，置于马沸炉中，升温到600℃，恒温2小时，冷却至室温后取出，即得到纳米～亚微米级铁酸锰。实施例2：铁酸锰锌的制备(Mn0.6Zn0.4Fe2O4)1)分别称取Fe(NO3)3·9H2O 404克、Mn(NO3)2·4H2O 75.3克和Zn(NO3)2·6H2O59.5克置于反应瓶中，加入808.2克无水酒精，搅拌直至硝酸铁、硝酸锰和硝酸锌完全溶解；2)加入129.3克玉米芯粉，搅拌下水浴加热，直至酒精被蒸干；3)将混合物从反应瓶中取出，置于马沸炉中，升温到1100℃，恒温3小时，冷却至室温后取出，即得到纳米～亚微米级铁酸锰锌。实施例3：铁酸钴的制备1)分别称取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Co(NO3)2·6H2O 145.02克置于反应瓶中，加入549克工业酒精，搅拌直至硝酸铁和硝酸锰完全溶解；2)加入55克玉米秸秆粉，搅拌下水浴加热，直至酒精被蒸干；3)将混合物从反应瓶中取出，置于马沸炉中，升温到900℃，恒温2.5小时，冷却至室温后取出，即得到纳米～亚微米级铁酸钴。实施例4：铁酸镍的制备1)分别称取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Ni(NO3)2·6H2O 145.4克置于反应瓶中，加入600克工业酒精，搅拌直至硝酸铁和硝酸镍完全溶解；2)加入70克玉米秸秆粉，搅拌下水浴加热，直至酒精被蒸干；3)将混合物从反应瓶中取出，置于马沸炉中，升温到850℃，恒温2.5小时，冷却至室温后取出，即得到纳米～亚微米级铁酸镍。实施例5：铁酸铜的制备1)分别称取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Cu(NO3)2·3H2O 120.8克置于反应瓶中，加入630克工业酒精，搅拌直至硝酸铁和硝酸铜完全溶解；2)加入58克麦麸，搅拌下水浴加热，直至酒精被蒸干；3)将混合物从反应瓶中取出，置于马沸炉中，升温到1000℃，恒温2.5小时，冷却至室温后取出，即得到纳米～亚微米级铁酸铜。实施例6：铁酸钴镍的制备(Ni0.6Co0.4Fe2O4)-->1)分别称取Fe(NO3)3·9H2O 404克、Co(NO3)2·6H2O 58克和Ni(NO3)2·6H2O87.2克置于反应瓶中，加入670克无水酒精，搅拌直至硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍完全溶解；2)加入80克锯末粉，搅拌下水浴加热，直至酒精被蒸干；3)将混合物从反应瓶中取出，置于马沸炉中，升温到950℃，恒温3小时，冷却至室温后取出，即得到纳米～亚微米级铁酸钴镍。实施例7：铁酸锌的制备1)分别称取Fe(NO3)3·9H2O 404克和Zn(NO3)2·6H2O 148.7克置于反应瓶中，加入550克工业酒精，搅拌直至硝酸铁和硝酸锌完全溶解；2)加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米铁酸盐的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：１）将硝酸铁或其水合物与二价阳离子的硝酸盐或其水合物按摩尔比１∶０．４～０．６的比例置于容器中，加入重量相当于硝酸铁或其水合物和二价阳离子的硝酸盐或其水合物总重量０．８～１．５倍的酒精，搅拌直至硝酸铁和硝酸盐完全溶解；２）在上述溶液中加入相当于酒精重量８～１６％的农业废弃物、木屑或锯末，搅拌下水浴加热，直至酒精被蒸干；３）将混合物加热到６００～１１００℃，并恒温２～３小时，冷却至室温后取出，得到纳米铁酸盐。

【技术特征摘要】
1.一种纳米铁酸盐的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：1)将硝酸铁或其水合物与二价阳离子的硝酸盐或其水合物按摩尔比1∶0.4～0.6的比例置于容器中，加入重量相当于硝酸铁或其水合物和二价阳离子的硝酸盐或其水合物总重量0.8～1.5倍的酒精，搅拌直至硝酸铁和硝酸盐完全溶解；2)在上述溶液中加入相当于酒精重量8～16％的农业废弃物、木屑或锯末，搅拌下水浴加热，直至酒精被蒸干；3)将混合物加热到600～1100℃，并恒温2～3小时，冷却至室温后取出，得到纳米铁酸盐。2.根据权利要求1所述的一种纳米铁酸盐的制备方法，其特征在于所述的纳米铁酸盐是单晶尺寸10～100纳米的RFe...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶瑛，吕双双，夏枚生，陈雪刚，张维睿，胡秀芳，邬黛黛，韩沉花，李秀悌，姚志通，高奇东，刘利光，
申请(专利权)人：浙江大学，恩达电路深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]