專利名稱：一種鐵酸鹽納米超結構多孔材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鐵酸鹽納米超結構多孔材料及制備方法，特別涉及一種鐵酸鎳、鐵酸鈷和鐵酸鋅納米超結構多孔材料的制備方法，屬于濕法化學制造納米材料領域。
背景技術：
近年來，鐵酸鹽材料在實際應用中日趨廣泛。如鐵酸鎳不僅是性能優(yōu)良的軟磁材料、磁頭材料、矩磁材料、微波磁性材料，而且還是制備性能優(yōu)異的磁電轉換復合材料所選用的磁致伸縮材料；具有尖晶石結構的鐵酸鈷也是一種應用非常廣泛的磁性材料；鐵酸鋅是一種重要的磁性材料與催化劑，同時它還是一種良好的脫硫劑，超細鐵酸鋅粒子是性能優(yōu)良的透明無機顏料，具有耐熱、耐光和防銹等特點。鐵酸鹽傳統(tǒng)的合成方法系固相反應，如鐵酸鋅由三氧化二鐵與氧化鋅(或堿式碳酸鋅)在高溫條件下經(jīng)固態(tài)化學反應而得。近年，許多合成方法已經(jīng)在制備納米鐵酸鹽材料中有所應用。如水熱法能制備出粒徑小的鐵酸鹽納米粒子，但反應需高壓，且升溫速率、攪拌速率等因素均會對產(chǎn)物的粒徑大小和性能產(chǎn)生影響；溶膠-凝膠法能制備出顆粒尺寸小、分散均勻且性能較好的鐵酸鹽納米材料，但工藝復雜、條件苛刻，影響了其工業(yè)應用；相比而言，液相化學沉淀法是制備鐵酸鹽納
米粉體材料最經(jīng)典方法。
目前尚未見到關于鐵酸鎳、鐵酸鈷或鐵酸鋅納米多孔超結構材料制備的專利報道，國內(nèi)關于納米級鐵酸鹽材料的專利僅限于制備納米鐵酸鎳、鐵酸鈷和鐵酸鋅顆粒，而不是納米多孔超結構材料。如采用有機相前驅物法制備尖晶石結構鐵酸鎳納米粉(申請?zhí)枮?br> 200710057617);用脈沖激光沉積法制備鐵酸鎳薄膜，用高溫焙燒法或微波加熱法制備鐵酸鎳粉體(公丌號為CN02136299.8);通過溶劑熱法制備一種磁性鈷鐵氧體自組裝亞微米球(申請?zhí)枮?00810006944);通過超臨界水法制備納米鐵酸鈷粉體材料(申請?zhí)枮?0071001043 );利用溶膠法制備一種可見光響應鐵酸鋅納米晶溶膠(申請?zhí)枮?00810062663)。這些專利中采用的制備工藝較復雜，且成本較高。
本發(fā)明利用液相化學沉淀法制備具有納米多孔超結構的鐵酸鎳、鐵酸鈷和鐵酸鋅納米材料，具有反應條件溫和，設備簡單，工藝條件易控，而且成本低的優(yōu)點，便于進一步擴大化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用液相化學沉淀法合成具有納米超結構多孔的鐵酸鹽材料及其制備方法，采用可溶性鎳鹽、鈷鹽或鋅鹽為原材料，草酸鈉作為沉淀劑，與鐵鹽反應制備出鐵酸鎳、鐵酸鈷或鐵酸鋅納米超結構多孔材料，該納米超結構多孔材料具有較好的磁性能和催化性能。
實現(xiàn)上述目的的一種鐵酸鹽納米超結構多孔材料，其特征在于所述的鐵酸鹽包括鐵
酸鎳、鐵酸鈷或鐵酸鋅，該鐵酸鹽顆粒尺寸為寬度1 5 iam，長度10 30pm，而每個微米級尺寸的顆粒又是由10 100nm的小顆粒組成的，所述的鐵酸鹽納米超結構多孔材料的制備方法，其制備步驟為
步驟l、采用可溶性二價鎳鹽、二價鈷鹽或二價鋅鹽為原材料，用蒸餾水配置成鎳鹽、
鈷鹽或鋅鹽溶液，溶液中鎳、鈷或鋅離子的含量為0.1-lmol/L;
步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置二價鐵鹽或三價鐵鹽溶液，溶液中鐵離子的含量為0.2匿2mol/L;
步驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至80 100 'C，在步驟1所得的溶液處于攪拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟1所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為0.1-lmol/L，并加熱至80 100 。C;
步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所得的溶液屮，反應0.5 2小時；
步驟6、在歩驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇淋洗產(chǎn)物3次以上；
步驟7、將歩驟6的產(chǎn)物在500 700 'C空氣氣氛中焙燒2 4小時，即可得到紅色的鐵酸鎳、鐵酸鈷或鐵酸鋅納米超結構多孔材料。
本發(fā)明的鐵酸鹽納米超結構多孔材料的制備方法中，所述的二價鎳鹽為硫酸鎳，氯化鎳或硝酸鎳；所述的二價鈷鹽為硫酸鈷，氯化鉆或硝酸鈷；所述的二價鋅鹽為硫酸鋅，氯化鋅或硝酸鋅；所述二價鐵鹽為硫酸亞鐵或氯化亞鐵；所述的三價鐵鹽為硫酸鐵、氯化鐵或硝酸鐵。
本發(fā)明的優(yōu)點
1、 合成路線簡單，整個工藝過程容易控制，反應條件溫和，符合實際生產(chǎn)的需要；
2、 合成的鐵酸鎳、鐵酸鈷和鐵酸鋅納米超結構多孔材料純度高，顆粒尺寸大小均勻，顆粒與顆粒間孔道分布均勻，分散性好；
3、 鐵酸鎳、鐵酸鈷和鐵酸鋅的顆粒尺寸為寬度1 5 iam，長度10 30nm，而每個微米級尺寸的顆粒又是由10 100nm的小顆粒組成的，具有較好的磁性能和催化性能。


圖1是本發(fā)明制備的鐵酸鎳納米超結構多孔材料的2千倍放大的掃描電子顯微鏡2是本發(fā)明制備的鐵酸鎳納米超結構多孔材料的8萬5千倍放大的掃描電子顯微鏡
圖
圖3是本發(fā)明制備的鐵酸鎳納米超結構多孔材料的XRD圖
圖4是本發(fā)明制備的鐵酸鈷納米超結構多孔材料的2千7百倍放大的掃描電子顯微鏡
圖
圖5是本發(fā)明制備的鐵酸鈷納米超結構多孔材料的4萬5千倍放大的掃描電子顯微鏡
圖
圖6是本發(fā)明制備的鐵酸鈷納米超結構多孔材料的XRD圖
圖7是本發(fā)明制備的鐵酸鋅納米超結構多孔材料的2千倍放大的掃描電子顯微鏡8是本發(fā)明制備的鐵酸鋅納米超結構多孔材料的5萬5千倍放大的掃描電子顯微鏡
圖
圖9是本發(fā)明制備的鐵酸鋅納米超結構多孔材料的XRD圖
所得鐵酸鎳納米超結構多孔材料樣品經(jīng)過掃描電子顯微鏡圖(JSM-5600) 2千倍放大下觀察(見圖l)，顆粒的寬度在l 5|im范圍內(nèi)，長度在10 30nm范圍內(nèi)，掃描電子顯微鏡8萬5千倍放大下的觀察結果(見圖2)，說明鐵酸鎳顆粒是由更小尺寸的顆粒(10 100 nm)組成，孔道分布均勻。所得鐵酸鎳納米超結構多孔材料樣品經(jīng)XRD測試，衍射圖譜中(見圖3)的特征峰與標準衍射圖譜(MFe204 PDF 3-875)的峰值吻合。
所得鐵酸鈷納米超結構多孔材料樣品經(jīng)過掃描電子顯微鏡圖(JSM-5600) 2千7百倍放大下觀察(見圖4)，顆粒的寬度在1 5pm范圍內(nèi)，長度在10 30nm范圍內(nèi)，納米超結構多孔材料在樣品中比例接近100%，有非常好的純度。掃描電子顯微鏡4萬5千倍放大下的觀察結果(見圖5)，說明鐵酸鎳顆粒是由更小尺寸的顆粒(10 100nm)組成，孔道分布均勻。所得鐵酸鈷納米超結構多孔材料樣品經(jīng)XRD測試，衍射圖譜中(見圖6)的特征峰與標準衍射圖譜(CoFe204 PDF 22-1086)的峰值吻合。
所得鐵酸鋅納米超結構多孔材料樣品經(jīng)過掃描電子顯微鏡圖(JSM-5600) 2千倍放大下觀察(見圖7)，顆粒的寬度在1 5pm范圍內(nèi)，長度在10 30pm范圍內(nèi)，納米超結構多孔材料在樣品中比例接近100%，有非常好的純度。掃描電子顯微鏡5萬5千倍放大下的觀察結果(見圖8)，說明鐵酸鎳顆粒是由更小尺寸的顆粒(10 100nm)組成，孔道分布均勻。所得鐵酸鋅納米超結構多孔材料樣品經(jīng)XRD測試，衍射圖譜中(見圖9)的特祉峰與標準衍射圖譜(ZnFe204 PDF 79-1150)的峰值吻合。
具體實施方式
實施例1
制備鐵酸鎳納米超結構多孔材料，制備步驟為
歩驟1、采用可溶性硫酸鎳為原材料，用蒸餾水配置成二價鎳鹽溶液，溶液中鎳離子的含量為O.lmol/L;
步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置氯化亞鐵溶液，溶液中鐵離子的含量為0.2mol/L;
歩驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至80°C，在步驟1所得的溶液處于攪拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟1所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為0.5mol/L，并加熱至80°C;
步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所得的溶液中，反應0.5小時；
步驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇3次淋洗產(chǎn)物；
步驟7、將步驟6的產(chǎn)物在50(TC空氣氣氛中焙燒2小時，即得到紅色的鐵酸鎳納米超結構多孔材料。實施例2
制備鐵酸鎳納米超結構多孔材料，制備步驟為
步驟1、采用可溶性硝酸鎳為原材料，用蒸餾水配置成二價鎳鹽溶液，溶液中鎳離子
的含量為lmol/L;
步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置硫酸鐵溶液，溶液中鐵離子的含量為2mol/L;
步驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至IO(TC,在步驟1所得的溶液處于攪 拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟1所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為lmol/L， 并加熱至100'C;
步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所 得的溶液中，反應2小時；
步驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇3次淋洗 產(chǎn)物；
步驟7、將步驟6的產(chǎn)物在6(XrC空氣氣氛中焙燒4小時，即得到紅色的鐵酸鎳納米超 結構多孔材料。 實施例3
制備鐵酸鎳納米超結構多孔材料，制備步驟為
步驟1、采用可溶性氯化鎳為原材料，用蒸餾水配置成二價鎳鹽溶液，溶液中鎳離子
的含量為0.5mol/L;
歩驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置氯化鐵溶液，溶液中鐵離子的含量為lmol/L;
步驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至80°C，在步驟1所得的溶液處于攪 拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟l所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為0.5mol/L, 并加熱至8CTC;
步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所 得的溶液中，反應0.5小時；
步驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇3次淋洗 產(chǎn)物；
步驟7、將步驟6的產(chǎn)物在70(TC空氣氣氛中焙燒2小時，即得到紅色的鐵酸鎳納米超 結構多孔材料。 實施例4
制備鐵酸鈷納米超結構多孔材料，制備步驟為
步驟1、釆用可溶性硫酸鈷為原材料，用蒸餾水配置成二價鈷鹽溶液，溶液中鈷離子 的含量為0.1mol/L;
步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置氯化亞鐵溶液，溶液中鐵離子的含量為0.2mol/L; 步驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至8CTC，在步驟l所得的溶液處于攪拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟1所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為0.5mol/L，-并加熱至80°C;
步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所 得的溶液中，反應0.5小時；
步驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇4次淋洗 產(chǎn)物；
歩驟7、將步驟6的產(chǎn)物在50(TC空氣氣氛中焙燒2小時，即得到紅色的鐵酸鈷納米超 結構多孔材料。 實施例5
制備鐵酸鈷納米超結構多孔材料，制備步驟為
步驟1、采用可溶性硝酸鈷為原材料，用蒸餾水配置成二價鈷鹽溶液，溶液中鈷離子
的含量為lmol/L;
步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置硫酸鐵溶液，溶液中鐵離子的含量為2mol/L;
步驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至IO(TC，在步驟1所得的溶液處于攪 拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟l所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為lmol/L， 并加熱至10CTC;
步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所 得的溶液中，反應2小時；
歩驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇3次淋洗 產(chǎn)物；
步驟7、將步驟6的產(chǎn)物在60(TC空氣氣氛中焙燒4小時，即得到紅色的鐵酸鈷納米超 結構多孔材料。 實施例6
制備鐵酸鈷納米超結構多孔材料，制備步驟為
歩驟1、 X用可溶性氯化鈷為原材料，用蒸餾水配置成二價鈷鹽溶液，溶液中鈷離子 的含量為0.5mo1/L;
步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置氯化鐵溶液，溶液中鐵離子的含量為lmol/L;
步驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至8(TC，在步驟l所得的溶液處于攪 拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟1所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為0.5mol/L， 并加熱至8(TC;
步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所 得的溶液中，反應0.5小時；
步驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇4次淋洗產(chǎn)物；
步驟7、將步驟6的產(chǎn)物在700'C空氣氣氛中焙燒2小時，即得到紅色的鐵酸鈷納米超 結構多孔材料。 實施例7
制備鐵酸鋅納米超結構多孔材料，制備步驟為
歩驟1、采用可溶性硫酸鋅為原材料，用蒸餾水配置成二價鋅鹽溶液，溶液中鋅離子 的含量為O.lmol/L;
步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置氯化亞鐵溶液，溶液中鐵離子的含量為0.2mol/L;
步驟3、在歩驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至80 °C，在步驟1所得的溶液處于攪 拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟1所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為0.5mol/L, 并加熱至80 °C;
歩驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所 得的溶液中，反應0.5小時；
步驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇4次淋洗 產(chǎn)物；
歩驟7、將步驟6的產(chǎn)物在50(TC空氣氣氛屮焙燒2小時，即得到紅色的鐵酸鋅納米超 結構多孔材料。 實施例8
制備鐵酸鋅納米超結構多孔材料，制備步驟為
步驟1、采用可溶性硝酸鋅為原材料，用蒸餾水配置成二價鋅鹽溶液，溶液中鋅離了-的含量為lmol/L;
步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置硫酸鐵溶液，溶液中鐵離子的含量為2molZL;
步驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至IO(TC，在步驟1所得的溶液處于攪 拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟1所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為lmol/L， 并加熱至10(TC;
步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所 得的溶液中，反應2小時；
步驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇3次淋洗 產(chǎn)物；
步驟7、將歩驟6的產(chǎn)物在60(TC空氣氣氛中焙燒4小時，即得到紅色的鐵酸鋅納米超 結構多孔材料。 實施例9
制備鐵酸鋅納米超結構多孔材料，制備步驟為
步驟1、采用可溶性氯化鋅為原材料，用蒸餾水配置成二價鋅鹽溶液，溶液中鋅離子的含量為0.5mol/L;
步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置氯化鐵溶液，溶液中鐵離子的含量為lmol/L;
步驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至80 °C，在步驟1所得的溶液處于攪 拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟1所得的溶液中，待用；
步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為0.5mol/L， 并加熱至80 °C;
步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所 得的溶液中，反應0.5小時；
步驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇3次淋洗 產(chǎn)物；
步驟7、將步驟6的產(chǎn)物在70(TC空氣氣氛中焙燒2小時，即得到紅色的鐵酸鋅納米超 結構多孔材料。
權利要求
1、一種鐵酸鹽納米超結構多孔材料，其特征在于，所述的鐵酸鹽包括鐵酸鎳、鐵酸鉆或鐵酸鋅，制備步驟為步驟1、采用可溶性二價鎳鹽、二價鈷鹽或二價鋅鹽為原材料，用蒸餾水配置成鎳鹽、鈷鹽或鋅鹽溶液，溶液中鎳、鉆或鋅離子的含量為0.1-1mol/L；步驟2、在另一容器中，用蒸餾水配置二價鐵鹽或三價鐵鹽溶液，溶液中鐵離子的含量為0.2-2mol/L；步驟3、在步驟1和步驟2所得的溶液分別加熱至80～100℃，在步驟1所得的溶液處于攪拌條件下，將步驟2所得的溶液倒入步驟1所得的溶液中，待用；步驟4、在另一容器中，用蒸餾水配置草酸鈉溶液，溶液中草酸鈉的含量為0.1-1mol/L，并加熱至80～100℃；步驟5、在步驟3所得的溶液處于攪拌的條件下，將步驟4所得的溶液倒入步驟3所得的溶液中，反應0.5～2小時；步驟6、在步驟5的反應過程結束后，將固體產(chǎn)物過濾，并用蒸餾水或乙醇淋洗產(chǎn)物3次以上；步驟7、將步驟6的產(chǎn)物在500～700℃空氣氣氛中焙燒2～4小時，即得到紅色的鐵酸鎳、鐵酸鈷或鐵酸鋅納米超結構多孔材料。
2、 根據(jù)權利要求1所述的鐵酸鹽納米超結構多孔材料的制備方法，其特征在 于所述的二價鎳鹽為硫酸鎳，氯化鎳或硝酸鎳；所述的二價鈷鹽為硫酸鈷，氯 化鈷或硝酸鈷；所述的二價鋅鹽為硫酸鋅，氯化鋅或硝酸鋅。
3、 根據(jù)權利要求1所述的鐵酸鹽納米超結構多孔材料的制備方法，其特征在 于所述二價鐵鹽為硫酸亞鐵或氯化亞鐵；所述的三價鐵鹽為硫酸鐵、氯化鐵或 硝酸鐵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵酸鹽納米超結構多孔材料及其制備方法，特別涉及一種鐵酸鎳、鐵酸鈷或鐵酸鋅納米超結構多孔材料的制備方法其制備以草酸鈉為沉淀劑，以可溶性鎳、鈷或鋅鹽為原料與可溶性鐵鹽發(fā)生反應制備出草酸鹽前驅物，然后在一定溫度下焙燒分解前驅物得到鐵酸鎳、鐵酸鈷或鐵酸鋅納米超結構多孔材料。本發(fā)明方法合成的鐵酸鎳、鐵酸鈷或鐵酸鋅納米超結構多孔材料純度高，尺寸大小均勻，分散性好，具有反應條件溫和，設備簡單，工藝條件易控，而且成本低，符合實際生產(chǎn)的需要。
文檔編號C01G49/00GK101508468SQ200910061398
公開日2009年8月19日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權日2009年4月3日
發(fā)明者張禮知, 曼 王, 艾智慧, 賈法龍 申請人:華中師范大學