[发明专利]一种可控制备羟基氧化铁、三氧化二铁和四氧化三铁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控制备羟基氧化铁、三氧化二铁和四氧化三铁的方法。

背景技术

当前，环境问题刻不容缓，它直接威胁到人类的可持续发展。严峻的环境问题呼唤着绿色化学的问世，而纳米科技为绿色化学的发展和环境问题的解决带来了很大的希望，许多纳米材料也已成功应用于环保领域。其中Fe₂O₃，MnO₂，TiO₂，CeO₂等物质纷纷被应用到水处理中，然而纵观以上物质，唯属铁基的活性物质应用成本相对最低，并且本身不具有生物毒性。羟基氧化铁广泛存在于自然界中，因其稳定的结构以及丰富的羟基从而使得它在水处理和催化方面存在着巨大的应用潜能，同时羟基氧化铁也是制备其他铁基化合物的重要前体。因此制备具有不同结构的羟基氧化铁纳米材料，提高其比表面积，对于获得大量高比表面积的铁基化合物，以及它们的广泛应用都具有重要意义。目前已有不少关于采用纳米吸附剂、纳米催化剂、生物活性纳米颗粒等纳米材料进行污水处理和催化反应方面的报道。这些纳米材料比本体材料具有更高活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可控制备不同形貌、不同尺寸的羟基氧化铁、三氧化二铁和四氧化三铁的方法。

本发明提供的制备羟基氧化铁的方法，包括如下步骤：将亚铁盐溶于水中得到亚铁盐的水溶液，再加入醇混匀后进行反应，反应完毕干燥得到所述羟基氧化铁。

该方法中，所述亚铁盐选自亚铁离子的酯盐、亚铁离子的硝酸盐、亚铁离子的硫酸盐、亚铁离子的氯化物和亚铁离子的有机盐类(二茂铁，五羰基合铁，乳酸亚铁)，优选七水合硫酸亚铁、四水合氯化铁和乳酸亚铁中的至少一种，更优选七水合硫酸亚铁；

所述醇选自能与水混溶的醇中的至少一种，优选乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯醇中的至少一种，更优选乙二醇；所述聚乙二醇的数均分子量为200-2000，优选200-1000；所述聚乙烯醇的数均分子量为25000-250000，优选25000-35000；所述聚丙烯醇的数均分子量为400-4000，优选400-4000。

所述亚铁盐的水溶液的浓度为50-500g/L，优选100-300g/L；所述醇与所述水的体积比为1∶20-1∶1，优选1∶10。由于羟基氧化铁的生长过程是中间体不断的溶解在结晶的过程，当溶液为碱性时其中间体的溶解受阻，只能原位结晶成颗粒状；其它条件下其中间体的溶解和再结晶是顺畅的，在溶解再结晶的过程中存在组装过程，在不同浓度和温度下可组装成不同的结构，具体来说，当亚铁盐的水溶液的浓度为100g/L，反应温度为100℃时，所得羟基氧化铁为海胆状羟基氧化铁；当亚铁盐的水溶液的浓度为300g/L，反应温度为100℃时所得羟基氧化铁为阵列状；当亚铁盐的水溶液的浓度为100-300g/L时，反应温度为120℃时所得羟基氧化铁为棒状；由于亚铁盐的水溶液与醇组成的反应液为酸性，若想得到羟基氧化铁纳米颗粒，在所述亚铁盐的水溶液与醇混匀进行反应之前，需要将该反应液的pH值调节为碱性(8-14)，具体为，优选pH值为10的条件下，才能得到羟基氧化铁纳米颗粒，也即当亚铁盐的水溶液的浓度为100-300g/L，反应温度为120℃，pH值为8-14，优选10时，所得羟基氧化铁为颗粒状羟基氧化铁。

所述反应步骤中，温度为90℃-140℃，优选100℃或120℃；时间为1-10小时，优选2小时；所述干燥步骤中，温度为40-80℃，优选50℃，时间1-5小时，优选2小时。当反应温度为100℃时，所得羟基氧化铁为海胆状羟基氧化铁或阵列状羟基氧化铁；当反应温度为120℃时，所得羟基氧化铁为棒状羟基氧化铁或颗粒状羟基氧化铁；

按照上述方法制备而得的羟基氧化铁，也属于本发明的保护范围。该羟基氧化铁的形貌为海胆状、棒状、纳米颗粒或三维有序阵列，为黄色粉末。

本发明提供的制备α-Fe₂O₃的方法，包括如下步骤：将所述羟基氧化铁由室温升至200-500℃进行煅烧，煅烧完毕得到所述α-Fe₂O₃。

该方法中，所述由室温升至200-500℃步骤中，升温速率为2-20℃/min，优选5℃/min；所述煅烧步骤中，温度为300-350℃，时间为2-6小时，优选3小时。