[发明专利]尖晶石结构铁酸镁纳米粒子的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料和半导体气敏材料的制备领域，特别涉及一种尖晶石结构铁酸镁纳米粒子的合成方法。

背景技术

分子组成为MFe₂O₄(M＝Mn，Fe，Co，Ni，Zn，Cd，Mg，Ba等)的尖晶石纳米复合金属氧化物是一类重要的磁性材料，具有价格低廉、良好的磁性能和吸波性能等优点，其磁学性能早已受到人们的普遍关注。在MgFe₂O₄中Mg不具有磁矩，磁偶极完全由具有磁矩的Fe产生且相对较弱，所以在MgFe₂O₄中磁各向异性将比其它带有磁矩的金属阳离子尖晶石铁酸盐低，近年来，MgFe₂O₄又被发现具有良好的气敏性能，是一种新型n型半导体气敏材料。目前，制备纳米MgFe₂O₄的方法主要有草酸盐共沉淀法、反滴定化学共沉淀法、固相反应法、微乳液沉淀法、溶胶-凝胶法、超声波化学合成法和水热合成法等。这些方法存在如下缺陷：(1)高温煅烧和球磨过程；(2)草酸盐、碳酸盐等的消耗会对环境造成污染。

发明内容

本发明目的是通过使用价廉易得的有机原料将铁和镁离子变成金属有机化合物，使沉淀的过程变的“温和”，容易将氧化物沉淀粒子的大小控制在超微米范围内，省去了高温煅烧和球磨，克服了直接水解法难以控制氧化物粒度的弊病；同时有机原料又能循环使用，即能保证产品纯度，又减少了化工产品的消耗和废水的排放。

本发明的技术方案如下：

(1)负载金属有机相的制备：

通过有机萃取剂来萃取水相中的三价铁离子和二价镁离子，制得负载三价铁的有机相前驱物及负载二价镁的有机相前驱物；萃取反应如下：

用二次蒸馏水洗涤2-3次，获得纯净的负载金属有机相前驱物；

(2)水热反萃：

按照Mg²⁺和Fe³⁺摩尔比1∶2将负载金属铁和镁的有机相混合均匀后引入高压釜中，按照有机相与水相的比例为3∶1或4∶1加入蒸馏水，密封后，对溶液进行强力搅拌，水热反萃的温度在200-300℃之间反应2.5小时；

(3)产品处理：

将反应体系自然冷却至室温，分液，离心分离，所得产品用无水乙醇洗涤2-3次，在50℃条件下干燥30-180分钟，得铁酸镁产品。

上述步骤(1)中所述三价铁离子来源于硫酸铁，上述二价镁离子来源于硫酸镁。

上述步骤(1)中所述三价铁离子来源于氯化铁，上述二价镁离子来源于氯化镁。

上述步骤(1)中所述有机萃取剂为环烷酸。

上述步骤(1)中负载三价铁的有机相前驱物的制备方法具体如下：在磁力搅拌下，向环烷酸中加入适量体积比为1∶1的氨水进行皂化，控制溶液的pH＝3，之后加入浓度为0.2mol/L的Fe³⁺溶液，磁力搅拌0.5小时后分出有机相。

上述步骤(1)中负载二价镁的有机相前驱物的制备方法具体如下：在磁力搅拌下，向环烷酸中加入适量体积比为1∶1的氨水进行皂化，控制溶液的pH＝10，之后加入浓度为0.2mol/L的Mg²⁺溶液，磁力搅拌0.5小时后分出有机相。

掺杂镧的铁酸镁纳米粉的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)负载金属有机相的制备：

在磁力搅拌下，向环烷酸中加入适量体积比为1∶1的氨水进行皂化，控制溶液的pH＝3，之后加入浓度为0.2mol/L的Fe³⁺溶液，磁力搅拌0.5小时后分出载铁有机相；

在磁力搅拌下，向环烷酸中加入适量体积比为1∶1的氨水进行皂化，控制溶液的pH＝10，之后加入浓度为0.2mol/L的Mg²⁺溶液，磁力搅拌0.5小时后分出载镁有机相；

在磁力搅拌下，向环烷酸中加入适量体积比为1∶1的氨水进行皂化，控制溶液的pH＝5，之后加入浓度为0.2mol/L的La³⁺溶液，磁力搅拌0.5小时后分出载镧有机相；

(2)水热反萃：

按照Mg²⁺、Fe³⁺和La³⁺摩尔比1∶1.98∶0.02将负载金属铁、镁和镧的有机相混合均匀后引入高压釜中，按照有机相与水相的比例为4∶1加入蒸馏水，密封后，对溶液进行强力搅拌，水热反萃的温度在220℃反应2.5小时；有关反应如下：