[发明专利]一种纳米氧化铁黄或纳米氧化铁红的制备方法

说明书

技术背景

本发明涉及纳米材料的制备领域，特别是涉及一种纳米氧化铁黄或纳米氧化铁红的制备方法。

背景技术

氧化铁的基本化学表达式为Fe₂O₃，其存在α型氧化铁、δ型氧化铁等多种不同形态，而不同形态的氧化铁呈现不同的颜色。氧化铁无毒、价廉，是广泛用于建材、涂料、橡胶等各种领域中性能优良的重要基材。在氧化铁的颗粒度达到纳米级水平时，由于比表面积、表面能等将随粒径的减小而明显增加，将凸显小尺寸效应，尤其是对可见光波的散射能力及表面遮盖力降低，呈现某种“透明”状态；同时，许多潜在的物理和化学的性质，如磁性、催化性能等等，能得到充分发挥，使得氧化铁在更多的领域得到更为广泛的应用。

现有纳米氧化铁的制备方法主要分为湿法和干法两类。其中湿法主要以工业级的硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁或硝酸铁为原料，以空气氧化法、胶体化学法、水解法等方法制备；而干法常以羰基铁或二茂铁为原料，采用火焰热分解法、激光热分解法及机械粉碎法等方法制备，相对成本较高。

湿法制备过程中，主要涉及沉淀的形成及控制两个环节。根据沉淀形成原理，当构晶离子相遇形成晶核并进一步长大形成沉淀微粒，随后因构晶离子种类不同使聚集速度和定向排列速度之间的竞争趋向于形成无定形沉淀或晶形沉淀。对于氧化铁，如不加控制将因其高电荷而以聚集速度为主，主要形成无定形沉淀，在沉淀过程中易形成凝胶而存在“硬团聚”现象，使沉淀颗粒在微米级以上，从而无法制得纳米级氧化铁黄和纳米级氧化铁红材料。

国内外已有一些专利公开了一些关于纳米氧化铁的制备方法：

中国专利ZL 02155680.6将可溶性三价铁盐溶液或可溶性二价铁盐溶液氧化后的产物采用胶体化学法，常温形成凝胶后再在碱性条件下经加热、保温、离心、干燥、研磨后，得到纳米α-Fe₂O₃。公告号为CN 1319864C的中国专利中同样采用胶体化学法制备纳米氧化铁，所得产品纯度高、超细、均匀，但该发明采用大量有机溶剂，不仅产品成本较高且有将引起污染环境的危险。公开号为CN 1334295A的中国专利申请中采用均质流体法制备纳米氧化铁，虽然产品纯度很高，可达99.9％，但对设备要求高且未提及产品粒度分布等问题。公开号为CN 1334295A的中国专利申请中是将环糊精溶液和铁盐溶液充分混合，经搅拌、过滤、干燥、焙烧等步骤制得纳米氧化铁粒子，该发明制备周期长，大约需48小时，难于工业化推广。纳米氧化铁还有一些其他的制备方法，但多存在方法特殊或生产条件苛刻或设备苛刻的缺陷。上述专利还有一个共同特点是反应过程中需要加热、保温等耗能过程。

发明内容

本发明提供了一种纳米氧化铁黄或纳米氧化铁红的制备方法，该方法能有效地控制粒度，使其产品粒度控制在20～100纳米之间，并可经过后续处理而得到纳米氧化铁黄(δ-Fe₂O₃)和纳米氧化铁红(α-Fe₂O₃)，且该方法还具有工艺简单、污染小、能耗低、周期短的特点。

一种纳米氧化铁黄或氧化铁红的制备方法，包括以下步骤：

(a)先向铁离子浓度为0.05mol/L～1.2mol/L的亚铁盐溶液中加入阻聚剂，所述的阻聚剂的摩尔量为原料中铁的摩尔量的1/5～1/2，再滴加沉淀剂，直至pH值为3.5～5.0，形成反应体系；

(b)在反应体系中滴加氧化剂，所述的氧化剂的摩尔量为原料中铁的摩尔量的0.8～2倍，加完氧化剂后，继续反应90～120分钟，得到产物；

(c)将步骤(b)得到的产物抽滤，所得的滤饼经洗涤和干燥，得到纳米氧化铁黄；

(d)将步骤(c)得到的纳米氧化铁黄灼烧，冷却后得到纳米氧化铁红。

原料选用亚铁盐，根据反应原理，由亚铁盐出发制备氧化铁的技术路线是最为合理的，且符合本发明的后续步骤的需求。在众多的亚铁盐中，硫酸亚铁盐最为稳定，较为合适的硫酸亚铁盐为硫酸亚铁或硫酸亚铁铵。同时，为降低成本且保护环境，原料硫酸亚铁可以选用其他行业(如钛白行业)的废副产物，也可以是废铁皮以稀硫酸溶解后进行后续反应。