一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法与流程

本发明涉及水解反应和醇热处理技术领域，特别是一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法。

背景技术：

γ-fe2o3和fe3o4是常见的两种磁性氧化铁材料，在磁性、催化和气敏等方面有着广泛的应用价值。γ-fe2o3通常为褐色，而fe3o4则常为黑色，且两者均为尖晶石结构。当前，对fe3o4纳米颗粒的制备和应用研究报道很多，但是对一维fe3o4纳米材料的制备技术研究报道较少。同样，对一步法制备γ-fe2o3纳米材料的研究也不多。

卡拉胶(carrageen)是从海洋红藻中提取的多糖的统称，是多种物质的混合物，具有廉价易得和良好的稳定性，在食品工业中通常将其用作增稠剂、胶凝剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂等。

本发明以绿色、环保的植物胶(卡拉胶)为结构和形态控制剂，以fecl3.6h2o为铁源，采用一步水热法合成技术成功得到了γ-fe2o3和fe3o4磁性氧化铁纳米材料。此方法具有使用原料少，成本低，环境友好以及获得的产物结构和形态可控等特点，可用于批量生产各种磁性纳米材料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，以解决现有技术中的不足，它能够以卡拉胶为结构和形态控制剂，在水体系中制备出了γ-fe2o3和fe3o4两种磁性氧化铁纳米粉体。

本发明提供了一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将卡拉胶粉体加入到氯化铁水溶液中，搅拌混合后再加入氢氧化钠固体，继续搅拌后得到胶状前驱体；

(2)将步骤(1)中得到的胶状前驱体转入到反应釜中，反应温度为180-200℃，反应时间为12-24小时，即可获得γ-fe2o3磁性纳米粉体；

(3)在氯化铁-柠檬酸钠水溶液中加入卡拉胶，利用氨水调节ph值后转入反应釜内；

(4)通过水热反应可获得fe3o4纳米线。

如上所述的一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，其中，优选的是，步骤(1)中所述氯化铁水溶液的浓度为0.27-2.7g/100ml。

如上所述的一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，其中，优选的是，步骤(1)中所述卡拉胶的使用量为(0.5g-3g)/50ml。

如上所述的一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，其中，优选的是，步骤(1)中所述胶状前驱体的ph值大小为10-14。

如上所述的一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，其中，优选的是，步骤(2)中所述反应温度为180℃，反应时间为24小时。

如上所述的一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，其中，优选的是，步骤(3)中所述氯化铁与柠檬酸钠的质量比为1:2。

如上所述的一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，其中，优选的是，步骤(3)中所述卡拉胶的使用量：(0.5g～1.5g)/40ml。

如上所述的一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，其中，优选的是，步骤(4)中所述水热反应的反应温度为180℃，反应时间为12-48h。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：以卡拉胶为结构和形态控制剂，采用简单水热法成功获得了γ-fe2o3和fe3o4磁性氧化铁纳米粉体，方法具有以下优点：(1)实现了γ-fe2o3纳米晶一步法合成以及fe3o4纳米线可控制备，为一维磁性纳米材料的制备提供了一种新的方法。(2)本发明方法具有操作简单、成本低廉，且获得的产物结构和形态可控等优点。

附图说明

图1是本发明的实施例1的产物γ-fe2o3磁性纳米粉体的xrd和sem谱图；

图2是本发明实施例1的产物fe3o4纳米线的xrd和sem谱图；

图3是实施例1中不同用量卡拉胶对fe3o4纳米线的影响。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将卡拉胶粉体加入到氯化铁水溶液中，搅拌混合后再加入氢氧化钠固体，继续搅拌后得到胶状前驱体；

(2)将步骤(1)中得到的胶状前驱体转入到反应釜中，反应温度为180-200℃，反应时间为12-24小时，即可获得γ-fe2o3磁性纳米粉体；

(3)在氯化铁-柠檬酸钠水溶液中加入卡拉胶，利用氨水调节ph值后转入反应釜内；

(4)通过水热反应可获得fe3o4纳米线。

步骤(1)中所述氯化铁水溶液的浓度为0.27-2.7g/100ml。

步骤(1)中所述卡拉胶的使用量为(0.5g-3g)/50ml。

步骤(1)中所述胶状前驱体的ph值大小为10-14。

步骤(2)中所述反应温度为180℃，反应时间为24小时。

步骤(3)中所述氯化铁与柠檬酸钠的质量比为1:2。

步骤(3)中所述卡拉胶的使用量：(0.5g～1.5g)/40ml。

本发明的实施例：一种磁性氧化铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将0.5g卡拉胶粉体加入到0.27g氯化铁水溶液中，搅拌混合后再加入氢氧化钠固体，使用naoh溶液调节ph值到10后继续搅拌得到胶状前驱体；

(2)将步骤(1)中得到的胶状前驱体转入到反应釜中，反应温度为180℃，反应时间为24小时，即可获得γ-fe2o3磁性纳米粉体；

(3)0.27gfecl3.6h2o和0.54g柠檬酸钠加入到50ml去离子水中形成氯化铁-柠檬酸钠水溶液，向氯化铁-柠檬酸钠水溶液中加入1g卡拉胶，用氨水将溶液的ph值调节到8～9，然后将其转入反应釜内；

(4)通过水热反应可获得fe3o4纳米线。

如图1a可知，此条件下获得的产物为γ-fe2o3(xrd标准谱图：pdf#39-1346)。sem观察表明，产物为无规则颗粒状(见图1b)，平均粒径约为50～120nm。γ-fe2o3纳米晶的形成可以看成经过以下两个过程：首先，亚稳态的fe(oh)3与卡拉胶发生还原反应生成了fe3o4。接着，fe3o4氧化形成了γ-fe2o3，上述两过程可以用式子(1)和(2)分别表示：

由图2a可以看出，获得的产物多为线状，线的直径约为50～100nm(见图2a)，线的主要化学组成为fe和o(见图2c)。xrd分析结果进一步证实(见图2d)，此纳米线为fe3o4(xrd标准谱图：pdf#19-0629)。fe3o4的形成可以用式子(3)来表示。

卡拉胶的存在和使用量对产物的形态有很大的影响：在该体系中，不适用卡拉胶时，将得到fe3o4无规则纳米颗粒(见图3a)；当卡拉胶的使用量为(0.5g～1.5g)/50ml，产物的形态将从纳米颗粒逐渐向fe3o4纳米线转变(见图3b和图3c)，而卡拉胶使用量过多时(大于1.5g)/50ml，将得到了束状fe3o4聚集体(见图3d)。可以得出结论，反应过程中，适量的卡拉胶起到了模板组装作用，从而得到了一维fe3o4纳米材料。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。