一种二价金属铁基尖晶石的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种二价金属铁基尖晶石的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：S1.将硝酸铁溶液和二价金属硝酸盐溶液按溶质摩尔比1︰2混合，得到溶液A；S2.将碳酸铵或碳酸氢铵溶液滴加至溶液A中，得到水溶胶溶液；S3.将步骤S2得到的水溶胶溶液于65℃～105℃条件下烘干；再置于350℃～550℃条件下成型得到尖晶石前驱体；S4.将尖晶石前驱体于700℃～1100℃下煅烧，得到二价金属铁基尖晶石；其中碳酸铵或碳酸氢铵滴加时溶液中不出现持续性泡沫。本发明专利技术所述方法过程简单、快速，降低了对设备的要求及制备成本，且制备过程各条件容易控制，能够实现批量生产；同时，能得到晶型结构良好、颗粒大小均匀，高温稳定性、机械稳定性和磁性良好的二价金属铁基尖晶石。

A preparation method of two valent metallic iron based spinel

The invention provides a preparation method of two valence metal iron based spinel. The preparation method comprises the following steps: S1. mixing iron nitrate solution and two valence metal nitrate solution by mixing the solute molar ratio 1: 2 to get the solution A; S2. is added to the solution A by adding ammonium carbonate or ammonium bicarbonate solution to the solution A, and S3. is used to dry the hydrosol solution obtained by step S2 at the condition of 65 to 105 centigrade; then the solution is reset. The spinel precursor was formed at 350 to 550 C, and the spinel precursor was calcined at 700 to 1100 C by S4., and two valence metal iron spinel was obtained, and no persistent foam was found in the solution of ammonium carbonate or ammonium bicarbonate drops. The method described in the present invention is simple and fast, reduces the requirements for the equipment and the preparation cost, and the preparation process is easily controlled and can be produced in batch production. At the same time, the two price metallic iron base spinel can be obtained with good crystal structure, uniform particle size, high temperature stability, mechanical stability and good magnetism.

【技术实现步骤摘要】
一种二价金属铁基尖晶石的制备方法
本专利技术属于材料制备领域，更具体地，涉及一种二价金属铁基尖晶石的制备方法。
技术介绍
混合金属氧化物，尤其是通式为AB2O4的尖晶石是一种有着重要应用前景的材料。由于它们具有高磁导率、低磁滞损耗的优点而被广泛应用于互感器件、磁芯轴承、转换开关以及磁记录等方面。最近，有研究表明氧缺位的铁基尖晶石作为载氧体具备非常好的氧化还原活性，在化学链循环反应方面具有非常巨大的潜力，另外由于其具备良好的磁性也使得其更容易与其他材料分离，多次重复使用。目前研究较多的载氧体多为过渡态金属氧化物。在这些氧化物中，氧化铁作为载氧体活性比稍低，有效载氧率低，但是原料廉价易得，环境友好，是一种很有竞争力的载氧体，而尖晶石结构能够结合其他金属的活性优势而得到更具竞争力的载氧体。目前常见的铁基尖晶石制备方法有：机械混合法、浸渍法、冷冻成粒法、溶胶凝胶法等，而制备方法对铁基尖晶石载氧性能有很大的影响。尽管机械混合法、浸渍法、冷冻成粒制备方法简单，但是载氧体各组分难以充分混合；溶胶凝胶法所用试剂价格较贵，制备时间较长且操作过程繁杂；醇盐水解法需要昂贵的醇盐，制作成本极高。共沉淀法过程简单，易于操作，但煅烧过程易团聚。因此，亟待提供一种二价金属铁基尖晶石的制备方法，不仅制备过程简单、快速，且制备得到的二价金属铁基尖晶石具备良好的晶型结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于基于现有技术的不足，提供一种二价金属铁基尖晶石的制备方法。本专利技术所述方法操作简单、快速，且制备的二价金属铁基尖晶石的晶型结构良好，具有较好的高温稳定性，在高温环境下不易团聚，尖晶石形态不易被破坏。本专利技术的上述目的是通过以下方案予以实现：一种二价金属铁基尖晶石的制备方法，包括以下过程：S1.将硝酸铁溶液和二价金属硝酸盐溶液按溶质摩尔比1︰2混合，得到溶液A；S2.将碳酸铵或碳酸氢铵溶液滴加至溶液A中，得到水溶胶溶液；S3.将步骤S2得到的水溶胶溶液于65℃～105℃条件下烘干；再置于350～550℃条件下成型得到尖晶石前驱体；S4.将尖晶石前驱体于700℃～1100℃下煅烧，得到二价金属铁基尖晶石；其中，碳酸铵或碳酸氢铵滴加时溶液中不出现持续性泡沫。铁基尖晶石的常用共沉淀法中，通常是将硝酸铁溶液和其他金属的硝酸盐混合后得到沉淀，再将该沉淀直接在高温下煅烧制备得到铁基尖晶石。而该制备方法容易导致载氧体组分团聚，进而直接影响尖晶石的晶型结构。而本专利技术通过控制步骤S2中碳酸盐或碳酸氢盐溶液的滴加过程，使得混合后的溶液为水溶胶溶液，而不是直接完全沉淀，从而保证了物相中各组分的均匀分布，在后期的煅烧过程中也不容易出现团聚；若不控制碳酸盐或碳酸氢盐的滴加过程，溶液中将产生大量的泡沫，使得滴入液体无法及时被混合均匀而导致局部pH过高引发沉淀物团聚形成大颗粒沉淀，最终将导致物质间的分布不均而影响最终尖晶石的晶型结构。将制备的水溶胶溶液进行分段控温，得到分散均匀的碳酸盐与硝酸盐混合水凝胶；再将得到的混合水凝胶加热至350℃～550℃，促使金属盐分解为金属氧化物，得到尖晶石前驱体；最后将尖晶石前驱体在高温下进行煅烧，高温不稳定的金属氧化物会向热稳定更好的金属氧化物结构转变，同时在高温作用下，金属氧化物中阳离子和氧离子将进入彼此的晶体结构中而形成尖晶石的四面体与八面体混合的晶体结构，进而得到二价金属铁基尖晶石。优选地，所述二价金属硝酸盐为硝酸镍、硝酸镁或硝酸铜。优选地，所述溶液A中硝酸铁的浓度为0.2～2mol/L，二价金属硝酸盐的浓度为0.1～1mol/L。优选地，所述碳酸铵或碳酸氢铵的滴加条件为：滴加速率≤20mL/min；滴加量为水溶胶溶液的pH值比溶液A上升2～2.5。更有选地，碳酸铵或碳酸氢铵的滴加速率为5～10mL/min；滴加量为水溶胶溶液的pH值比溶液A上升2。本专利技术中通过控制步骤S2中碳酸盐或碳酸氢盐溶液的滴加速率和滴加量，使得混合后的溶液中各组分均匀分布，在后期的煅烧过程中也不出现团聚现象，进而保证得到的二价铁基尖晶石具有良好的晶型结构。优选地，所述碳酸盐或碳酸氢盐的浓度为0.5～2mol/L。优选地，步骤S2中溶液A和碳酸盐溶液在混合过程中可搅拌，搅拌速度为600～800r/min。优选地，步骤S3中水溶胶的烘干温度为85～105℃℃；烘干时间为6～12h。更优选地，水溶胶在烘干的过程中，为保证效率和效果，水溶胶的厚度为1～3cm。优选地，步骤S3中成型温度为350～550℃；成型时间不低于1h。优选地，步骤S4中的煅烧温度为900～1000℃；煅烧时间为4～8h。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术所述方法过程简单、快速，降低了对设备要求，在1100℃以内即可制备二价金属铁基尖晶石，进而降低了制备成本，且制备过程各条件容易控制，能够实现批量生产。同时，本专利技术所述方法制备得到的二价金属铁基尖晶石具备良好的晶型结构，颗粒大小均匀；具有良好的高温稳定性和机械稳定性，在高温环境下不易团聚，尖晶石形态不易被破坏；此外还具有良好的磁性，有利于氧载体的回收和利用。附图说明图1为实施例1制备得到的镍铁尖晶石(NiFe2O4)的XRD扫描图谱。图2为实施例1制备得到的镍铁尖晶石(NiFe2O4)的SEM扫描图。图3为实施例2制备得到的镁铁尖晶石(MgFe2O4)的XRD扫描图谱。图4为实施例2制备得到的镁铁尖晶石(MgFe2O4)的SEM扫描图。图5为实施例3制备得到的铜铁尖晶石(CuFe2O4)的XRD扫描图谱。图6为实施例3制备得到的铜铁尖晶石(CuFe2O4)的SEM扫描图。具体实施例下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本专利技术的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例1一种纳米镍铁尖晶石（NiFe2O4）的制备方法，包括以下步骤：1）配置300mL的溶液A，其中Ni/Fe摩尔比为1︰2，Ni2+浓度为0.1mol/L，Fe3+浓度为0.2mol/L；配置浓度为0.5mol/L的碳酸铵溶液200mL。2）将0.5mol/L的碳酸铵溶液以5mL/min加入到磁力搅拌速度为600r/min的溶液A中，碳酸铵溶液加入前溶液A的初始pH为0.8，加入后混合溶液的pH为2.8左右，溶液变为糊状悬浊液，磁力搅拌持续30s后形成具备一定固态结构的水溶胶。3）将水溶胶在105℃干燥箱中缓慢烘干6h，形成透明块状干燥凝胶体；再将干燥凝胶置于加盖坩埚中在马弗炉隔绝空气以400℃加热2h，金属盐将分解为金属氧化物，同时释放的气体将在固体内部形成多孔结构，即为尖晶石前驱体。4）将尖晶石前驱体在隔绝空气条件下加热至900℃保持6h，得到纳米镍铁尖晶石（NiFe2O4）。本实施例镍铁尖晶石（NiFe2O4）的得率为99%。对本实施例制备得到的镍铁尖晶石（NiFe2O4）进行XRD分析和SEM扫描分析，得到的XRD图谱如图1所示，XRD中所有特征峰均能完全与标准卡片中NiFe2O4所示特征峰吻合，这表明尖晶石具备完整的晶体结构，同时结晶度好。SEM扫描分析图如图2所示，图中尖晶石为颗粒状紧密相连，表明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二价金属铁基尖晶石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 将硝酸铁溶液和二价金属硝酸盐溶液按照溶质摩尔比1︰2混合，得到溶液A；S2. 将碳酸铵或碳酸氢铵溶液滴加至溶液A中，得到水溶胶溶液；S3.将步骤S2得到的水溶胶溶液于65℃～105℃条件下烘干；再置于350～550℃条件下成型得到尖晶石前驱体；S4.将尖晶石前驱体于700℃～1100℃下煅烧，得到二价金属铁基尖晶石；其中，碳酸铵或碳酸氢铵滴加时溶液中不出现持续性泡沫。

【技术特征摘要】
1.一种二价金属铁基尖晶石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将硝酸铁溶液和二价金属硝酸盐溶液按照溶质摩尔比1︰2混合，得到溶液A；S2.将碳酸铵或碳酸氢铵溶液滴加至溶液A中，得到水溶胶溶液；S3.将步骤S2得到的水溶胶溶液于65℃～105℃条件下烘干；再置于350～550℃条件下成型得到尖晶石前驱体；S4.将尖晶石前驱体于700℃～1100℃下煅烧，得到二价金属铁基尖晶石；其中，碳酸铵或碳酸氢铵滴加时溶液中不出现持续性泡沫。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述二价金属硝酸盐为硝酸镍、硝酸镁或硝酸铜。3.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，所述溶液A中硝酸铁的浓度为0.2～2mol/L，二价金属硝酸盐的浓度为0.1～1mol/L。4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述碳酸铵或碳酸氢铵的滴加条件为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：许细微，孙焱，蒋恩臣，王明峰，任永志，胡志锋，王家旻，李志宇，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44