共沉淀法制备磁性Fe3O4

共沉淀法制备磁性Fe3O4余春宇08化学85号摘要考察了普通共沉淀法制备过程中的一些影响因素，采用一种改进，了的共沉淀法，制备磁性Fe3O4 纳米粒子。

并对获得的粉体采用进行初步表征用化学共沉淀法制备了纳米Fe3O4颗粒, 研究了影响纳米Fe3O4 颗粒磁性的因素[1]。

关键词磁性Fe3O4；共沉淀法；制备；引言磁流体作为一种新型纳米材料，在工业上也有着广阔的应用前景。

目前磁流体技术在国内未得到广泛应用的主要原因是纳米铁氧体粉体的制备不够完善，目前应用较广泛的铁氧体是纳米Fe3O4，近年来纳米材料取得了很大的进展[2]Fe3O4更多应用于化学领域[3]近几年来Fe3O4便成为了一种新型材料[4]纳米粒子(nano particle)也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100 am间的粒子[5]Fe3O4纳米粒子是一种新型材料，具有良好的磁性能，即超顺磁性[6]Hao-Yu等人制备出来的Fe3O4可达5–10 nm[7]使用XRD，TEM，VSM 对材料进行了相关测试，测试结果发现，用水热法制备的磁性纳米复合材料具有典型的层型结构[8]。

，近年来有关纳米粒子的制备方法及其物性的研究受到很大的重视，这在纳米粒子基本理论上有重大意义[9]通过共沉淀法制备纳米FeO 性能影响因素的研究，以得到合理优化的制备工[10]采用化学沉淀法制备纳米Fe304颗粒，并以聚乙二醇为改性剂，蒸馏水为载液[11]本文综述了多种制备磁性Fe3O4纳米粒子的方法且分析了它们的诸多影响因素，在前人的基础上总结了很多经验取长补短得出了在共沉淀发的基础上再对一些反应条件以及其他一些试剂进行了改进内容近年来，随着纳米技术的飞速发展，有关纳米Fe304的制备方法及其性能的研究受到很大的重视。

纳米材料的制备方法多种多样，目前纳米Fe304的制备方法主要有[12]机械球磨法、溶胶一凝胶法、化学共沉淀法、热分解法、电弧蒸发法、液相微介质电加热分解法、水热法等，但每种方法有其自身的不足。

机械球磨法机械球磨法机械球磨法是在球磨机中加入粒度为几十微米的FeO 粗颗粒，通过钢球之间或钢球与研磨罐内壁之间的撞击，使FeO。

产生强烈的塑性变形并破碎，进而粗颗粒细化，直到形成纳米颗粒。

机械球磨法制备纳米材料重现性好，操作简单，但生产周期长，粒径细，以水或油类作为分散介质，油酸作为表面活性剂，通过球磨得到l5 nm左右的FeO 纳米颗粒。

但由于强烈的塑性变形，会造成FeO 颗粒晶粒有较大的晶格畸变。

[13]溶胶一凝胶法此法利用金属醇盐的水解和聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的均匀溶胶，再浓缩成透明胶经干燥、热处理可得到氧化物超微粉。

其中控制溶胶一凝胶化的主要参数有溶液的pH值、溶液浓度、反应温度和时间等。

通过调节工艺条件，可以制备出粒径小、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级混合物，以及可制备传统方法不能或难以制得的产物等[14]。

化学共沉淀法。

采用氧化沉淀法制备球形纳米Fe304粒子，其反应程序非常复杂，要求条件控制的相当严格才能得到球形纳米FeO 粒子。

本工作采用改进的化学共沉淀法和氧化沉淀法制备粒径均匀的纳米Fe。

O 粒子，经生物相容的柠檬酸三钠对其进行包覆后分散到水溶液中制得磁性液体，并使用SEM、XRD对制备的FeO 粒子进行了比较研究[15]。

化学共沉淀法是指在包含两种或两种以上金属阳离子的可溶性溶液中，加人适当沉淀剂，将金属离子均匀沉淀或结晶出来，然后再将沉淀物进行脱水或热分解后制得纳米微粉。

其优点主要有：产品纯度高，反应温度低，颗粒均匀，粒径小，分散性也好。

但此法对于多组分来说，要求各组分具有相同或相近的水解或沉淀条件，因而工艺具有一定的局性。

化学共沉淀法为目前制备Fe 0 纳米颗粒最常用的方法之一，其反应基本原理为：“+2Fe”+80H一=Fe104+4H'0通常是把Fe 和Fe的硫酸盐或氯化物溶液以1：2，由于Fe 在空气中很容易被氧化成FeO。

以共沉淀法最简捷和优越，该法是将铁盐和亚铁盐以一定的比例配合成溶液，选用适当的碱性沉淀剂进行共沉淀，通过控制工艺条件，可得到性能优良的超徽粒子[6]（一般该比值略大于1：2) [17]，用过量的氨水或NaOH溶液在一定温度(55～60℃)和pH值下，高速搅拌进行沉淀反应，即可制得粒径分布在8～10 nm的Fe0纳米颗粒，其磁饱和强度可达85×10一A·m ／g。

此法制得的磁流体微粒细小均匀、饱和磁化强度高[18]采用化学共沉淀法制备磁性纳米四氧化三铁是将二价铁盐和三价铁盐溶液按一定比例混合[19]热分解法热分解法得到的Fe3O4粒子较大,选择合适的铁盐、加适当的表面活性剂并且适当降低反应温度,会使得产物粒子减小。

华国等将FeCl2·4H2O 溶于含有PVA 的水溶液中,加入适量氨水形成复合物,复合物经100 ℃干燥12h 后,600 ℃分解得到40nm 左右的Fe3O4纳米粒子。

电弧蒸发法此法是在催化剂存在的条件下, 运用电弧放电技术蒸发石墨等原料, 然后再冷凝制得碳纳米[20]直流电弧等离子体方法用于制备Fe3O4 纳米粒子的最大优点是可以连续生产[21]结论以上五种制备Fe3O4的方法各有利弊，但是用化学共沉淀法用得最多，而且此方法制备间单，反应可以在较为温和的条件下进行，便于操作，所用的原材料为廉价的无机盐，工艺流程简单、而且生物相容性较好的磁性材料[22]，易扩大到工业化生产，若从节约能源这点出发，化学共沉淀法已是最佳选择，反应所用试均为分析纯试剂。

反应前所用蒸馏水通氮30 min以除去水中的氧气。

将FeC1 和FeC11按物质的量之比2：l的比例溶解在250 mL的蒸馏水中，移入500 mL三口瓶，然后放置在50℃恒温水浴中。

氨水和不同浓度的柠檬酸钠溶液混合后作为碱源逐滴加入铁盐溶液中。

反应物中柠檬酸根与总铁的物质的量之比用表示=n(柠檬酸根)／n(Fe +Fe1)。

反应过程中搅拌器以l 300 r·min搅拌，整个反应过程在氮气的保护下进行2 h[23]即得。

常用的氧化沉淀法是通空气或氧气来进行氧化, 并在前期采用氮气保护其缺点是反应周期长[24], 有人还用了原电池电动势来控制Fe3O4的粉体，考虑到离子选择性电极具有响应速度快、不污染试液、溶液有色时也不干扰测定的优点，同时目前原电池电动势的测定可以达到很高的准确度，故在我们的工作中，通过控制原电池的电动势来严格控制F 与Fe2+ 的浓度之比，从而制得较纯的FeO|超细粉体[25]。

由于考虑到氮气的成本比较高，而且不易操作可以不用氮气保护而把Fe2+与Fe3+的物质的量之比改为1：1.8,有意的提高了Fe2+在组分当中所占的比例，以防Fe2+在空气中被氧化参考文献[1] 李剑玲, 李德才, 张少兰, 崔红超, 王翠纳米Fe3O4颗粒磁性的影响因素分析北京交通大学机械与电子控制工程学院《中国科学》杂志社 2010 年第55 卷第1 期：1 -8[2] PENG Jian(~ 健) ，ZOU Fen(~ 芬) ，LIU Lu(RO路) ，TANG Liang0~ 亮) ，YU Li(丽)CHEN Wei(~ 伟) ，LIU Hui(5~1]辉) ，TANG Jing．1)o(唐静波) ，WU Li-xiang(邬)SciencePress Trans．Nonferrous Met．Soc．China 1 8(2008)393—39[3] Chen Shouming1 Zhang Yonghua1 Xiong Hong Bing1 Shen Hui2 Gong Kecseng1 Structure And Properties Of Fe3O4 nano particle composite Commnicaitions 2003-03-15 26(2):119[4] CUI Yali (崔亚丽)1, HU Da oda o (胡道道)1, FANG Yu (房喻)1,2&MA J ia nbia o (马建标)2 Preparation and mechanism of Fe3O4/Au core/shellsuper -paramagnet ic microspher es SCIENCEIN CHINA (Series B) August 2001 Vol.44 No. 4[5] 周曾艳 磁性纳米Fe3O4的制备及性能表征(铜仁学院生化系， 贵州铜仁554300) 2006年5月第8卷第3期92-94[6] 李 曦1，靳艳巧2，丁玲1，张超灿2 Fe 3O 4纳米粒子的制备及微量热应用研究* (1. 武汉理工大学理学院；2. 武汉理工大学材料学院，湖北 武汉 430070) 2004 年增刊（35）卷[7] Hao-Yu Shen & Yong Zhu & Xia-Er Wen &Yu-Miao Zhuang Preparation of Fe3O4-C18 nano-magnetic compositematerials and their cleanup propertiesfor organophosphorous pesticides Anal Bioanal Chem (2007) 387:2227–2237DOI 10.1007/s00216-006-1082-1[8] Xuan Shouhu1, Zeng Suyuan2, Fan Meiqiang1, Qin Laishun1, Shu Kangying1 One-Step Method of Fabricating Fe3O4/MontmorilloniteMagnetic Nanocomposites (1. China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)(2. Liaocheng University, Liaocheng 252059, China) RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING Vol.39, Suppl.2RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING August 2010[9] 刘清波，潘礼庆，徐美，秦良强，赵雪丹，邱红梅 磁性Fe3o4纳米颗粒的制备和磁性研究 (北京科技大学物理系，北京100083) 2007年l1月第2l 卷专辑192[10] 陈兵，樊玉光，周三平 共沉淀法制备Fe3 o4纳米粉体工艺的优化 (西安石油大学机械工程学院，陕西西安710065) 机械工程材料2006年9月第3O 卷第9期 61-63[11] 杨瑞成 ，郧 栋 ，穆元春 纳米Fe3O4磁流体的制备及表征2008年2月第34卷第1期23-25[12] 宋丽贤 ，卢忠远 ，刘德春 ，崔绍波2 肖相齐 分解沉淀法制备磁性纳米Fe3O4的研究及表征 ( 西南科技大学材料学院，绵阳621010； 辽宁科技学院，本溪117022 2006年第25卷第1期第25卷54[13]赵朝辉 姚素薇 张卫国 纳米Fe3o4磁性颗粒的制备及应用现状 (天津大学化工学院应用化学系，天津300072) 2005年第24卷第8期 865[14] 许启明 ，付佳 ，张文彦。