[发明专利]一种制备纳米α-Fe2

说明书

本发明提供一种制备纳米α‑Fe₂O₃的方法，属于纳米材料制备技术领域。该方法将铁源与无水碳酸钠混合研磨后置入不锈钢反应釜，升温至100～200℃，晶化36～72小时，晶化结束后，急速冷却、洗涤、干燥滤饼，得到纳米α‑Fe₂O₃。其中，所用的铁源为易溶于水的铁盐或者以含铁量95％以上的固废。该方法利用无溶剂法，制备过程中无二次污染，绿色环保。本发明第一次将无溶剂法应用在以固体废弃物为原料合成纳米α‑Fe₂O₃的工艺中。该发明以含铁固废为原料利用无溶剂法合成纳米α‑Fe₂O₃，工艺简单、产品附加值高、适用范围广。该技术不仅可缓解固废带来的资源与环境问题，而且可制备高附加值产品，经济和生态环境效益并举。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，特别是指一种制备纳米α-Fe₂O₃的方法。

背景技术

随着纳米科技的飞速发展，纳米材料已经对社会，人类生活，生产经济以及科技进步产生重要的意义，纳米材料特殊的界面结构使其具有传统意义上的材料所不具备的物理和化学性质，被广泛用于医疗，电子，生物工程等领域。纳米α-Fe₂O₃是一种重要的窄禁带n型半导体材料，具有稳定性好，无毒性，廉价易得等优点。当氧化铁的尺寸范围在0.1-100nm时，表面原子数占总原子数的比例急剧变大，会展现出一些纳米材料所具备的特殊性能，如独特的光，磁和电性能。纳米α-Fe₂O₃在无机染料，催化剂，气体和湿度传感器，光电化学电池的阳极，光催化反应，水处理以及锂离子电池等应用上有着突出的表现。目前研究者已经采用不同的方法制备出多种形貌的α-Fe₂O₃纳米材料，并发现其性能与其结构和尺寸有着密不可分的联系，因此制备具有特殊结构的纳米氧化铁对目标功能性器件的开发显得尤为重要。

纳米α-Fe₂O₃的窄带宽度(～2.1eV)能够充分的利用太阳光中的可见光部分，但其光生载流子的扩散自由程较短，激发的电子和空穴都容易再复合，从而使其导光催化性能受到限制，α-Fe₂O₃纳米材料的粒径形貌的不同会使材料的内部禁带结构以及比表面积也有所不同，进而影响对光源的吸收效率，表面物质的吸附以及材料的光催化性能等。因此，对α-Fe₂O₃的生长机制进行深入研究，开发出简单绿色的合成方法，并能够可控制备特定粒径和形貌的α-Fe₂O₃纳米材料，研究其光电催化特性，具有十分重要的意义。

通常制备纳米α-Fe₂O₃的方法是化学沉淀法，水热法，溶胶-凝胶法。沉淀法能很好的控制和促进铁盐的水解，但是对水解温度的控制要求比较高，温度过高水分蒸发过快，体系浓度难以控制，铁盐的水解也会加快，会导致成核不均匀，温度过低则不利于水解反应的进行；溶胶-凝胶法制备的纳米粒子大小均匀，粒径比较小，但是工艺复杂，需要大量的有机溶剂，成本高；水热法是目前制备α-Fe₂O₃的常用方法，可以很好的控制反应过程，保证成核的均匀性，产品均为纳米粒子，辅加表面活性剂会合成不同形貌的纳米α-Fe₂O₃，用于多种高端材料，但是水热法在制备纳米α-Fe₂O₃过程中不能完全避免溶剂的使用，产生大量的含碱废水并且降低纳米α-Fe₂O₃合成设备的空间利用率。无溶剂法是指在纳米α-Fe₂O₃制备工艺过程中不使用任何溶剂，经过简单混合研磨后直接置入反应釜在一定温度下密封静置合成，此工艺简单、设备利用率高，在纳米α-Fe₂O₃制备上第一次被提出，并且目前尚无以固体废弃物为原料利用无溶剂法合成分子筛的报道。