一種粒徑可調(diào)型氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用不同的溶劑熱反應(yīng)制備具有氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性四氧化三鐵納米材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣凝膠是一種以氣體為分散介質(zhì)的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔性凝聚態(tài)物質(zhì)，其孔隙率可達(dá)80%~99.8%，孔洞尺寸一般在lnm~100nm之間，比表面可達(dá)1000m2/g。氣凝膠的制備過程通常包括溶膠-凝膠和超臨界干燥過程。四氧化三鐵氣凝膠具有粒徑小，比表面積大，化學(xué)穩(wěn)定性好，價格低廉等諸多優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如傳感器，光學(xué)材料，催化劑，磁流體等領(lǐng)域。申請?zhí)枮?00810181688.2的中國發(fā)明專利報道了環(huán)氧丙烷法制備金屬氧化物氣凝膠的方法，此方法通過溶膠凝膠技術(shù)和水熱法合成了不同系列金屬氧化物氣凝膠，但此專利存在一些不足:通過高溫煅燒制得氧化物氣凝膠，成本高，凝膠骨架容易坍塌；申請?zhí)枮?00810033022.2、200810033022.2和200810124076.X的中國發(fā)明專利分別報道了環(huán)氧丙烷法制備過渡金屬基氣凝膠及納米Fe3O4復(fù)合氣凝膠的方法，反應(yīng)過程簡單，解決了很多過渡金屬氧化物氣凝膠難以制備的難題，但其仍然存在一定的不足:其干燥工藝結(jié)合二氧化碳超臨界干燥和熱處理工藝，反應(yīng)溫度高，壓力大，條件苛刻，成本高，危險性大，不利于Fe3O4納米材料的制備。
[0003]綜合已有專利技術(shù)，現(xiàn)有Fe3O4氣凝膠的制備主要包括溶膠一凝膠、超臨界干燥和高溫煅燒過程，從而得到性能良好的純度和結(jié)晶度較高的具有氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性四氧化三鐵納米材料。超臨界干燥技術(shù)與高溫煅燒條件苛刻，不利于氣凝膠的制備，針對這一問題，本發(fā)明采用溶劑熱法，以不同的溶劑做熱反應(yīng)溶劑制備磁性四氧化三鐵納米材料，溶劑熱反應(yīng)后的濕凝膠用乙腈浸泡洗滌，利用有機(jī)溶劑易揮發(fā)的特點，低溫真空干燥，制備Fe3O4氣凝膠納米材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對以往制備氣凝膠納米材料需采用超臨界干燥，高溫煅燒等難題而提出的一種低溫溶劑熱制備具有氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性四氧化三鐵納米材料的方法。
[0005]一種粒徑可調(diào)型氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵的制備方法，包括如下步驟:
(1)將無機(jī)金屬鹽FeCl3.6H20溶解在乙醇中，形成金屬鹽醇溶液為反應(yīng)前驅(qū)體；再向該金屬鹽醇溶液中加入去離子水，攪拌均勻后加入環(huán)氧丙烷，強(qiáng)力攪拌，靜置，形成棕紅色凝膠；
(2)將步驟(I)中所得的凝膠置于乙醇中浸泡老化，每12h更換一次溶劑，共3~4次，制得濕凝膠；
(3)向步驟(2)中濕凝膠中加入適量的熱反應(yīng)溶劑，置于25ml不銹鋼高壓釜中進(jìn)行熱反應(yīng)，得到Fe3O4濕凝膠；
(4)將步驟(3)中所得的Fe3O4濕凝膠置于乙腈中浸泡洗滌，每12h更換一次溶劑，共3-4次；洗滌后將Fe3O4濕凝膠真空干燥，制得具備粒徑可調(diào)型氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性Fe 304納米材料。
[0006]上述步驟(I)中，所述FeCl3.6H20，乙醇，去離子水和環(huán)氧丙烷的用量之比為1.0g:5.8—7.0 ml:1.2—1.7 ml:2.3 go
[0007]上述步驟(I)中，所述強(qiáng)力攪拌時間為2min，靜置時間為3 ~5min。
[0008]上述步驟(2)中，所述凝膠在乙醇中浸泡老化的溫度為40°C，
上述步驟(3)中，所述的熱反應(yīng)溶劑為乙醇，乙二醇或叔丁醇；所述熱反應(yīng)溶劑與濕凝膠的體積比為1:3~4，且不同的熱反應(yīng)溶劑所制得的納米顆粒尺寸不同，粒子直徑在10 nm~50nm范圍內(nèi)。
[0009]上述步驟(3)中，所述熱反應(yīng)的溫度為200°C，時間為12~24h。
[0010]上述步驟(4)中，所述Fe3O4濕凝膠在乙腈中浸泡洗滌的溫度為40°C，真空干燥溫度為30~60°C分階段干燥，干燥時間為4~6h。
[0011]利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等對產(chǎn)物進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)分析。
[0012]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(I)本發(fā)明制備的具有氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性四氧化三鐵納米材料，其創(chuàng)新在于制備方法的創(chuàng)新，無需添加表面活性劑和模板劑，通過環(huán)氧丙烷法合成粒徑可調(diào)、具有氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性Fe3O4納米材料。
[0013](2)本方法工藝簡單，制備過程易控，乙醇，乙二醇，叔丁醇等做溶劑熱反應(yīng)溶劑，制得的納米顆粒微觀尺寸逐漸變小，在10nm~50nm范圍內(nèi)，形貌有所不同，分布均勾，使用不同的溶劑，制得不同顆粒尺寸和形貌的具有氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性Fe3O4納米材料。
[0014](3)用乙腈浸泡溶劑熱反應(yīng)后的濕凝膠36 h ~48h，置于30°C -60°C的真空干燥箱中干燥，在乙腈氛圍下無需高溫高壓，方法簡單，改變了傳統(tǒng)的條件苛刻、成本高、危險性大的超臨界干燥方法。
[0015](4)以乙醇，乙二醇，叔丁醇做溶劑進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，制得的具有氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性Fe3O4納米材料純度和結(jié)晶度很高，改變了傳統(tǒng)的通過高溫煅燒改變氣凝膠無定型相的方法。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例1和實施例4所制備樣品的XRD圖；
圖2為本發(fā)明實施例4所制備的具有氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性Fe3O4在掃描電鏡成像期間收集的EDS圖；
圖3為本發(fā)明實施例2所制備的磁性Fe3O4的掃描電鏡圖；
圖4為本發(fā)明實施例3所制備的磁性Fe3O4的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例和說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。
[0018]實施例1 稱取0.433g FeCl3.6H20溶于3mL乙醇中，攪拌至FeCl3.6H20完全溶解，向溶液中加入0.537g H2O,然后加入1.(^環(huán)氧丙烷，強(qiáng)力攪拌211^11，靜置3 min ~5min，形成棕紅色凝膠。將凝膠在40°C溫度下用乙醇浸泡老化，每12h換一次乙醇，共3次。老化后的濕凝膠用乙腈浸泡洗滌，每12h洗滌一次，共3次。將洗滌后的濕凝膠置于真空干燥箱中控制溫度30 0C，50 °0和60°C各干燥2h，制得具備氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)的磁性四氧化三鐵納米材料。
[0019]實施例2
稱取0.433g FeCl3.6H20溶于3mL乙醇中，攪拌至FeCl3.6H20完全溶解，向溶液中加入0.537g H20，然后加入1.0g環(huán)氧丙烷，強(qiáng)力攪拌2min，靜置3~5 min，形成棕紅色凝膠。將凝膠在40°C溫度下用乙醇浸泡老化36h，每12h換一次。將濕凝膠置于25 ml聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜中溶劑熱反應(yīng)，加入15mL乙醇熱