四氧化三铁的制备实验报告

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篇一：四氧化三铁纳米材料的制备
四氧化三铁纳米材料的制备一、原理
化学共沉淀法制备超微粒子的过程是溶液中形成胶体
粒子的凝聚过程,可分为2个阶段:第一个阶段是形成晶核,第二个阶段是晶体(晶核)的成长。

而晶核的生成速度vl和晶体(晶核)的成长速度v2可用下列两式表示:
为过饱和浓度,s为其溶解度,故(c-s)为过饱和
度,k1,k2分别为二式的比例常数,D为溶质分子的扩散系数。

当V1>V2时,溶液中生成大量的晶核,晶粒粒度小;
当vl 采用化学共沉淀法制备纳米磁性四氧化三铁
是将二价铁盐和三价铁盐溶液按一定比例混合,将碱性沉淀剂快速加入至上述铁盐混合溶液中,搅拌、反应一段时间即得纳米磁性Fe304粒子,其反应式如下:
Fe2++Fe3++oh-→Fe(oh)2/Fe(oh)3(形成共沉淀)
Fe(oh)2+Fe(oh)3→Feooh+Fe304(ph≤7.5)
Feooh+Fe2+→Fe3o4+h+(ph≥9.2)
Fe2++2Fe3++8oh-→Fe3o4+4h2o
由反应式可知,该反应的理论摩尔比为
Fe2+:Fe3+:oh-=l:2:8,但由于二价铁离子易氧化成三价铁离子,所以实际反应中二价铁离了应适当过量。

该法的原理虽然简单,但实际制备中还有许多复杂的中间反应和副产物:Fe3o4+0.25o2+4.5h2o→3Fe(oh)3(4)
2Fe3o4+0.5o2→3Fe2o3(5)
此外,溶液的浓度、nFe2+/nFe3+的比值、反应和熟化温度、溶液的ph值、洗涤方式等,均对磁性微粒的粒径、形态、结构及性能有很大影响。

目前,纳米二氧化硅主要制备方法有：以硅烷卤化物为原料的气相法;以硅酸钠和无机酸为原料的化学沉淀法;以及以硅酸酯等为原料的溶胶凝胶法和微乳液法。

在这些方法中,气相法原料昂贵,设备要求高,生产流程长,能耗大;溶胶凝胶法原料昂贵,制备时间长;而微乳液法成本高、有机物难以去除易对环境造成污染。

与上述三种方法相比,化学沉淀法具有原料来源广泛、价廉,能耗小,工艺简单,易于工业化等优点,但同时也存在产品粒径大或分布范围较宽的问题,这是由于产品性状在制备过程中受许多可变因素的影响。

以硅酸钠为硅源,氯化铵为沉淀剂,加入表面活性剂十
六烷基三甲基溴化铵(cTAb)和乙醇,通过化学沉淀法合成了粒径小且分布窄的纳米二氧化硅。

在硅酸钠溶液中,简单的偏硅酸离子并不存在,偏硅酸钠的实际结构为na2(h2sio4)和na(h3sio4),因此溶液中的负离子为h2sio4（2-）和h3sio4（-）。

二者在溶液中皆可与氢离子结合生成硅酸。

氯化铵是一种强酸弱碱盐,能缓慢地释放出h+,可以有效避免ph变化过大。

另外反应在碱性条件下进行,反应所生成的粒子带负电,可吸引nh+4和溶液中的na+形成双电层,通过双电层之间库仑排斥作用,平衡离子表面电荷,从而可以使粒子之间发生团聚的引力大大降低。

较高浓度硅酸钠溶液的加入会导致溶液局部ph值瞬间变化较大,易导致粉末硬团聚的发生。

因此实验中采用较低浓度的硅酸钠溶液。

在反应过程中,沉淀时ph值过小会影响产物的得率,再者在酸性条件下,溶液中的nh+4和na+无法起到平衡粒子表面电荷的作用,因此将ph控制在碱性条件下。

硅酸钠在水溶液中酸化时,2ona转化成2oh,是一种高表面积的微粒,在它的表面吸附有大量的水,如果失水,这种结合就会迅速发生,迅速增长成粗大的颗粒,因此,要在这一时期采取有效措施控制这种结合的发生。

而极性分子乙醇的存在可起到隔离的作用,乙醇分子靠与顶氧生成氢键来阻碍顶氧形成硅一氧联结,从而制得小颗粒的sio2。

sio2在成核过程中带负电,而cTAb是阳离子表面活性剂,在溶液中可形成胶束,吸附并包覆在微粒上,从而起到抑制
晶核的生长、控制粒径大小的作用。

再者,由于cTAb的包覆,可阻止杂质离子对sio2的吸附,同时在高温煅烧下,cTAb可以完全分解,不会引入杂质,从而保证了sio2的纯度。

在洗涤的乙醇水溶液中也应加入cTAb,以防因为洗涤而导致cTAb 减少,最终造成团聚的发生。

二、试剂和仪器
Fecl36h2o(AR)、Feso47h2o(AR)、去离子水、
0.25mol/Lnaoh（AR）、0.4mol/L硅酸钠(na2sio3·9h2o)（分析纯）、氯化铵(nh4cl)（分析纯）、无水乙醇（分析纯）；
控温磁力搅拌器、phs225型ph计、高速离心机、三口烧瓶、烧杯、量筒、玻璃棒、ph试纸三、制备
〒〒【将一定量的二价铁盐(Feso4·7h2o)和三价铁盐(Fecl3·6h2o)溶液按物质的量比为1:2的比例混合，铁盐总浓度为0.5mol/L,加入到三口烧瓶中,加入200mL蒸馏水,温度控制在(30±1)℃,在氮气氛下，再将0.25mol/Lnaoh缓慢滴加到三口烧瓶中至ph=10,剧烈搅拌,高温恒温水浴晶化一定时间。

混合液由橙红色逐渐变成黑色后,再继续搅拌
15min后结束反应,所得四氧化三铁颗粒离心,用蒸馏水反复洗涤直至ph=7,移去上层清液,将产物在80℃下保温30min,使之陈化,研磨即得纳米磁性四氧化三铁粒子。

】三、包覆首先,配制体积比1:8配制乙醇水溶液,称取一定质量的
硅酸钠溶解于乙醇水溶液中,并向其中加入少量阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(cTAb)。

然后配置浓度为
1.5mol/L的氯化铵溶液,将氯化铵溶液置于恒温磁力搅拌器上,温度控制在40℃,接着将硅酸钠溶液缓慢滴入氯化铵溶液中,直至达到ph=8.5,继续搅拌反应1h,将所得的沉淀用加入cTAb的乙醇水溶液离心洗涤,最后将所得白色粉末置于烘箱于100℃烘干,并用马弗炉煅烧。

本实验采用nh3.h2o作为沉淀剂,将一定量的二价铁盐(Feso4·7h2o)和三价铁盐(Fecl3·6h2o)混合溶液加入到三口烧瓶中,在氮气氛下再将一定浓度的nh3·h2o加入到三口烧瓶中,剧烈搅拌,水浴恒温。

混合液由橙红色逐渐变成黑色后,再继续搅拌15min后结束反应,离心,用蒸馏水反复洗涤直至ph=7,移去上层清液,在60℃下真空干燥24h,研磨即得纳米磁性四氧化三铁粒子。

将Fecl2·4h2o和Fecl3·6h2o按物质的量比为1:2的比例混合放入烧瓶中,加入200mL蒸馏水,温度控制在(30±1)℃,强烈搅拌并缓慢滴加0.4mol/L的nh3·h2o至ph=9,将溶液高温恒温水浴晶化一定时间。

反应结束,Fe3o4晶体粒子经沉淀、离心分离,并用去离子水多次洗涤至溶液ph=7。

所得纳米级四氧化三铁颗粒,通过x射线谱图证实了该粒子的组成结构。

通过Tem研究表明,所制得的四氧化三铁粒子主要为球形,粒径分布均匀,平均粒径在10nm左右。