[发明专利]一种羟基氧化铁纳米片的制备方法及其产物

说明书

技术领域

本发明涉及羟基氧化铁的制备方法，具体涉及一种羟基氧化铁纳米片的制备方法及其产物。

背景技术

目前我们面临的水污染的问题日益严重，其中很大一部分污染源是造纸，染色工业所排放的工业废水，这些工业废水中含有大量致癌的有机物，会污染河流、土壤，最终危及人体健康。目前我们对这些污水的处理方法主要是通过催化光降解，使其中的有毒有机物分解，这个光降解过程中的催化剂起到重要作用，性能优异的催化剂能更快，更彻底的分解工业废水中的有机物。目前TiO₂是最广泛使用的催化剂，但是由于其能带较宽(3.0-3.3eV)，所以它只能在紫外光下发挥催化作用，而α-FeOOH因为它的窄能带特性(2.0-2.1eV),所以它可以在可见光范围内发挥较好的催化作用。

目前报道的制备α-FeOOH的方法主要有酸法空气氧化法、碱法空气氧化法、氯酸钠氧化法、胶体化学法、羰基铁氧化法。中国发明专利(公开号CN103172123 A)公开一种纳米羟基氧化铁及其制备方法，具体先将乙二醇和去离子水混合后超声得到乙二醇水溶液，再分别将硫酸亚铁加入乙二醇水溶液中超声得到硫酸亚铁混合液，将尿素加入乙二醇水溶液中超声得到尿素混合液，随后，先按照体积比为0.8～1.2:3的比例将尿素混合液以0.8～1.2ml/min的速率注入搅拌下的硫酸亚铁混合液中，得到反应液，再向反应液中以2.5～3.5ml/min的速率注入空气，制得目标产物，所得的纳米羟基氧化铁的形貌为纳米片簇。然而这些方法中都存在一些问题，如：合成涉及使用模版剂、表面活性剂、有毒的有机溶剂、繁琐的制备步骤、能耗高和耗时长等。

相比上述方法，水热法制备α-FeOOH具有成本低，操作简单，反应时间短的优点。中国发明专利(公开号CN 104445427 A)公开一种α-FeOOH纳米片长度为300～500nm，宽度为40～100nm，厚度为8～12nm。以九水合硝酸铁为铁源，氢氧化钾调节PH，采用水热法合成，但是氢氧化钾不能抑制FeOOH晶体的生长，最终得到的纳米片尺寸较大；其次，引入钾离子，杂质离子难以去除，对FeOOH的应用带来很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种羟基氧化铁纳米片的制备方法及其产物，能够获得较小尺寸的羟基氧化铁纳米片，同时避免产物中存在其他金属杂质。

本发明所提供的技术方案为：一种羟基氧化铁纳米片的制备方法，包括如下步骤：

1)将九水合硝酸铁、四甲基氢氧化铵与去离子水混合得到前驱体溶液；所述的前驱体溶液中九水合硝酸铁的浓度为0.25～0.3mol/L，四甲基氢氧化铵的浓度为0.25～1mol/L；

2)将步骤1)得到的前驱体溶液在100～120℃下水热反应6～8h，过滤，清洗，烘干，得到羟基氧化铁纳米片。

上述技术方案中，四甲基氢氧化铵不仅仅在反应中提供氢氧根离子，四甲基氢氧化铵中的季铵阳离子会和FeOOH晶核中的O离子结合然后对FeOOH晶体的长大形成抑制作用，最终形成的纳米片的尺寸会比较小。

此外，四甲基氢氧化铵与KOH相比是不会在反应体系中引入金属离子，因为反应体系中的金属离子会不可避免的残留一部分在产物中，即使经过多次清洗。四甲基氢氧化铵能创造出一个无杂质金属离子的反应环境，而季铵阳离子可以通过简单的热处理去除，不会在产物中留下杂质阳离子。因此，选择四甲基氢氧化铵可以制备出完全不含杂质金属阳离子的产物，这是选择KOH，NaOH等做不到的。

所述的水热反应以聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜中进行。作为优选，所述的水热反应在反应釜中进行，反应釜的填充度为70～80％。为保证反应釜的填充度为70～80％，可向步骤1)的前驱体溶液中加入去离子水，调节至所需体积。

所述的步骤2)中，将反应釜置于空气中自然冷却到室温，取出产物，过滤，依次用去离子水和乙醇清洗，60℃烘干。

所述的步骤1)中采用的九水合硝酸铁和四甲基氢氧化铵的纯度均不低于分析纯。

作为优选，所述的步骤2)中水热反应时间在6～7h，水热温度在100～110℃。

作为优选，所述的步骤1)中九水合硝酸铁的浓度为0.25～0.26mol/L，四甲基氢氧化铵的浓度为0.5～0.6mol/L；所述的步骤2)中水热反应时间在6～6.5h，水热温度在100～105℃。

本发明还提供一种如上述制备方法制得的羟基氧化铁纳米片。

所述的羟基氧化铁纳米片长度为150～200nm，宽为15～25nm。